Заряд протона - базисна величина фізики елементарних частинок
Відео: Елементарні частинки
Якщо ви знайомі з будовою атома, то напевно знаєте, що атом будь-якого елементу складається з трьох видів елементарних частинок: протонів, електронів, нейтронів. Протони в поєднанні з нейтронами утворюють атомне ядро хімічного елемента. Так як заряд протона позитивний, атомне ядро завжди заряджена позитивно. Електричний заряд атомного ядра компенсується оточуючим його хмарою інших елементарних частинок. Негативно заряджений електрон - це та складова атома, яка стабілізує заряд протона. Залежно від того, яка кількість електронів оточує атомне ядро, елемент можливо або електрично нейтральним (у разі рівності кількості протонів і електронів в атомі), або мати позитивний або негативний заряд (в разі нестачі або надлишку електронів, відповідно). Атом елемента, що несе на собі певний заряд, іменується іоном.
Відео: Елементарні частинки | готова система
Важливо пам`ятати, що саме числом протонів визначаються властивості елементів і їх положення в періодичній таблиці ім. Д. І. Менделєєва. Вміщені в атомному ядрі нейтрони не мають заряд. Через те що маси нейтрона і протона співвідносяться і практично дорівнюють один одному, а маса електрона дуже мала в порівнянні з ними (в 1836 разів менше маси протона), той число нейтронів в ядрі атома грає дуже важливу роль, а саме визначає стабільність системи і швидкість розпаду радіоактивних ядер. Змістом нейтронів визначається ізотоп (різновид) елемента.
Однак через невідповідність мас заряджених частинок протони й електрони мають різні питомі заряди (їх кількість визначається відношенням заряду елементарної частинки до її маси). Внаслідок цього питома заряд протона дорівнює 9,578756 (27)·-107 Кл / кг проти -1,758820088 (39)·-1011 у електрона. Через високого значення питомої заряду вільні протони не можуть існувати в рідких середовищах: піддаються гідратації.
Маса і заряд протона - це конкретні величини, які вдалося встановити ще на початку минулого століття. Хто ж із учених зробив це - одне з найбільших - відкриття двадцятого століття? Ще в 1913 році Резерфорд, грунтуючись на тому, що маси всіх відомих хімічних елементів більше маси атома водню в число раз, припустив, що ядро атома водню входить в ядро атома будь-якого елемента. Дещо пізніше Резерфорд провів досвід, в якому вивчав взаємодію ядер атома азоту з альфа-частками. В результаті проведеного експерименту з ядра атома вилетіла частка, яку Резерфорд назвав «протон» (від грецького слова «протос» - перший) і припустив, що вона і є ядром атома водорода. Припущення було доведено експериментально в ході повторного проведення цього наукового досвіду в камері Вільсона.
Відео: Велика сила електрики. Знання з фізики
Тим же Резерфордом в 1920 році було висловлено гіпотезу про існування в атомному ядрі частинки, маса якої дорівнює масі протона, але не несе на собі ніякого електричного заряду. Однак самому Резерфорду виявити цю частку не вдалося. Зате в 1932 році його учень Чедвік експериментально довів існування в атомному ядрі нейтрона - частинки, як і передбачав Резерфорд, приблизно рівній за масою протона. Виявити нейтрони було складніше, так як вони не мають електричного заряду і, відповідно, не вступають у взаємодії з іншими ядрами. Відсутністю заряду пояснюється така властивість нейтронів як дуже висока проникає здатність.
Протони і нейтрони пов`язані в атомному ядрі дуже сильним взаємодією. Зараз фізики сходяться на думці, що дві ці елементарні ядерні частинки дуже схожі один на одного. Так, вони мають рівні спини, і ядерні сили діють на них абсолютно однаково. Єдина відмінність - заряд протона позитивний, нейтрон ж взагалі не має заряду. Але так як електричний заряд в ядерних взаємодіях не має ніякого значення, він може розглядатися лише як певна мітка протона. Якщо ж позбавити протон електричного заряду, то він втратить свою індивідуальність.
