Из чего состоят протоны. Из чего состоят протоны

Содержание

1. Изотопы одного и того же химического элемента всегда имеют разные массовые числа, поскольку массовое число складывается из числа протонов и нейтронов. А изотопы имеют разное количество нейтронов.

Из чего состоят электроны нейтроны и протоны

Человек является основной единицей данных. Состав и структура индивида определяют различные свойства элемента. Например, состав атомов в кристалле кремния отличается от структуры, представляющей, например, уран. Слово «человек» происходит от греческих корней «a» (без) и «tom» (резать). Это означает «неделимый». До 20-го века атом считался наименьшей из возможных частиц.

Ядро — это центральный и очень плотный строительный блок индивидуума. Он состоит из протонов и нейтронов (совместно известных как нуклоны) и отвечает за большую часть атомной массы. Протоны и нейтроны удерживаются вместе в ядре с помощью так называемого сильного ядерного взаимодействия (самой сильной из известных сил во Вселенной). Вокруг ядра находится облако гораздо меньших и более легких электронов, которые притягиваются к ядру электромагнитной силой, возникающей при их взаимодействии с протонами. Различное количество протонов, нейтронов и электронов придает атомам различные химические свойства и определяет тип элемента.

Атомы невообразимо малы — размер ядра составляет 1/1 000 часть сантиметра. На самом деле, один кубический сантиметр кремния содержит около 5 x 10 22 атомов (т.е. от 5 до 22 нулей!).. Это масштаб Вселенной, чтобы дать визуальное представление о том, насколько они малы.

Протоны

Протоны — это положительно заряженные частицы внутри ядра. Элементы можно определить по количеству протонов в их ядрах. Кроме того, количество протонов определяет положение элемента в периодической таблице элементов. Например, атом углерода имеет в своем ядре ровно шесть протонов и поэтому в периодической таблице элементов имеет 6, а торий имеет ровно 90 протонов и поэтому в периодической таблице элементов имеет 90. Протоны отталкиваются электромагнитными силами, но притягиваются друг к другу все более сильными силами на небольших расстояниях (эти расстояния составляют около Ферми или 10-15 м). Протоны очень малы — около 10-15 м, или 1/10 000 часть человека. Несмотря на свой невероятно маленький размер, протоны сталкиваются друг с другом с огромной силой — около 100 Н, что эквивалентно весу небольшой собаки. Заряд протона полностью совпадает с зарядом электрона и противоположен ему. Поэтому число электронов в нейтральном атоме всегда равно числу протонов. Протоны состоят из более мелких частиц, называемых кварками, которые также являются нейтронами. Число протонов в ядре называется атомным номером, и этот номер определяет элемент материи. Другими словами, изменение числа протонов меняет элемент. Это число протонов (атомный номер) изменяется, когда ядро подвергается различным формам β- или α-расщепления. Сложность намеренного изменения числа протонов в атомном ядре огромна. Вот почему алхимия (средневековая практика превращения свинца в золото) так долго терпела неудачу!

Нейтроны

Поскольку нейтроны имеют ту же массу, что и протоны, число нейтронов в ядре можно легко определить. Просто вычтите количество протонов из атомной массы атома, чтобы получить количество нейтронов. Например, цезий имеет 55 протонов, потому что в периодической таблице элементов он имеет номер 55. Кроме того, его атомная масса (также обычно встречающаяся в периодической таблице) известна как 133 (единица атомной массы). Вычитание 55 из 133 дает 78, т.е. число нейтронов в атоме. Атомы одного и того же типа (определяемого числом протонов) могут иметь разное число нейтронов. Их называют различными изотопами атома. Например, углерод-12 является одним изотопом углерода, а углерод-14 — другим изотопом углерода.

Электроны и электричество

Электричество — это поток электронов через проводник, обычно в виде кабеля, и этот поток называется током.

Чтобы этот поток возник, электроны должны разорвать свои атомные связи (электричество — это поток электронов, а не поток с ядрами, с которыми они связаны). Разрыв атомных связей между электронами и ядрами требует введения энергии. Это позволяет электрону преодолеть электромагнитные силы, удерживающие его вместе, и позволяет ему свободно двигаться.

Проводящий материал

Все формы материи содержат электроны, но в некоторых материалах они более слабо связаны с ядрами. Эти материалы (известные как проводники или металлы) требуют очень мало энергии для производства электричества. Это происходит потому, что слабо связанным электронам требуется гораздо меньше энергии для преодоления электромагнитных сил, которые удерживают их на месте.

Что генерирует поток электронов?

Потоки электронов могут быть созданы различными способами, основные из которых: стягивание электронов в единый поток электронов, который может быть создан самими электронами.

Электрические генераторы – это устройства, использующие принцип электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция это процесс перемещения проводника через магнитное поле с целью создания электронного потока. Требуется только относительное движение проводника и магнитного поля, что означает, что магнитное поле может двигаться, пока проводник неподвижен. Когда электроны в проводнике проходят через магнитное поле (если поле достаточно сильное, а относительная скорость проводников через поле достаточно быстрая), то связи с их ядрами будут разорваны и будет индуцирован поток. Для того чтобы вызвать высокий уровень электронного потока, необходимо большое количество энергии для создания относительной скорости между проводником и магнитами.
Химические реакции внутри батарей также создают электродвижущую силу, заставляющую электроны течь по цепи.
Фотоны (энергия света) также могут вызывать поток электронов, когда они сталкиваются с фотоэлектрической ячейкой расположенной в солнечной панели.

Таким образом, структура или состав атома определяет его принадлежность к определенному химическому элементу.

Многие люди хорошо знают из школы, что вся материя состоит из отдельных людей. Атомы состоят из протонов и нейтронов, которые образуют ядро, а электроны находятся на некотором расстоянии от ядра. Многим также говорят, что свет также состоит из частиц, т.е. фотонов. Но мир частиц на этом не заканчивается. Сегодня известно более 400 различных субатомных частиц. Давайте попробуем понять, чем отличаются субатомные частицы.

Существует множество параметров, которые отличают субатомные частицы друг от друга.

Масса.
Электрический заряд.
Время жизни. Почти все элементарные частицы имеют конечное время жизни по истечении которого они распадаются.
Спин. Его можно, весьма приближенно считать как вращательный момент.

Еще несколько параметров, или, как их принято называть в науке, квантовых чисел. Эти параметры не обязательно имеют четкий физический смысл, но необходимы для того, чтобы отличать одни частицы от других. Все эти дополнительные параметры вводятся как конкретные величины, которые поддерживаются во взаимодействии.

За исключением фотонов и нейтрино, почти все частицы имеют массу (согласно последним данным, нейтрино действительно имеют массу, но она настолько мала, что ее часто считают нулевой). Безмассовые частицы могут существовать только в движении. Все частицы имеют разную массу. За исключением нейтрино, электроны имеют наименьшую массу. Частицы, называемые мезонами, имеют массу в 300-400 раз больше массы электрона, а протоны и нейтроны почти в 2000 раз тяжелее электрона. Открыта частица, масса которой почти в 100 раз больше массы протона. Масса (или эквивалентная энергия по формуле Эйнштейна: сохраняется во всех взаимодействиях элементарных частиц.

Свободные протоны широко используются в ускорителях протонной терапии и различных экспериментах по физике частиц, самым мощным примером которых является Большой адронный коллайдер.

Содержание

Ядро атома водорода состоит из одного протона. В химическом смысле протон — это ядро атома водорода (точнее, его легкого изотопа — протона) без электрона. В физике протон обозначается буквой P (или P+). Химический символ протона (считающегося положительным ионом водорода) — H+, а астрофизический символ — HII.

Протоны (вместе с нейтронами) являются основными компонентами отдельных ядер. Порядковый номер химических веществ в периодической таблице (и, следовательно, все их химические свойства) определяется исключительно загрузкой ядра их людей. Фонд Викимедиа.

Интересные факты

Отношение масс протона и электрона, равное 1836,152 672 1(14) 5, с точностью до 0,002 % равно значению 6 π 5 = 1836,118 108 711 686… протоны (как и любые другие адроны, а также атомные ядра) для неподвижного наблюдателя имеют форму двояковогнутой линзы6 .
Измерения радиуса протона с помощью атомов обычного водорода, проводимые разными методами с 1960-х годов, привели (CODATA-2006) к результату 0,8768±0,0069 фемтометра (1 фм = 10 −15 м) 7. Первые эксперименты с атомами мюонного водорода 8 дали для этого радиуса на 4 % меньший результат 0,8418±0,0007 фм. 9 Причины такого различия пока неясны.

Многие известные свойства протона систематически изложены в публикации Particle Data Group. 1 (англ.)

Примечания

↑ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
↑ 1 2 CODATA Value: proton mass
↑ 1 2 CODATA Value: proton mass in u
↑ CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV
↑ 1 2 CODATA Value: proton-electron mass ratio
↑ Иванов И. Какую форму имеет быстро летящий протон? = B. Blok, L. Frankfurt, M. Strikman. On the shape of a rapid hadron in QCD.
↑ www.membrana.ru Мюон указал на ошибку в размере протона.
↑ где электрон заменён на мюон
↑ Dr.Randolf Pohl How small is the proton? = „The size of the proton“ Nature, Doi:10.1038/nature09250, 8 July 2010.

Фонд Викимедиа. 2010.

Полезное

Смотреть что такое «Протон» в других словарях:

Протон К — «Протон К» запускает блок «Звезда» МКС. Протон К — для запуска лунного десанта «Протон К» вместе с блоком МКС «Заря». 20 ноября … Википедия.

Протон М — Протон К для запуска блока МКС «Заря». ‘Протон К’ для запуска ракеты ‘Протон К’ на блок ‘Заря’ МКС. 20 ноября … Википедия.

Протон (ракета-носитель) — «Протон К» запускает блок «Заря» МКС. Запуск ракеты-носителя «Протон К» к блоку МКС «Заря». 20 ноября … Википедия.

deune (космический корабль) — для этого термина существуют и другие понятия. См. протон (понятие). Протон» — серия из четырех советских научных спутников, запущенных в 1965-1968 годах, разработанных НПО «Машиностроение». Спутники имеют массу… … Это из Википедии.

Протон — (название), неподвижный элемент с положительным зарядом, равным отрицательному заряду электрона. Протоны образуют ядро более легкого изотопа водорода (протона). Вместе с нейтронами протоны образуют ядро всех других … … Научный энциклопедический словарь.

Протон — (от греч. первый) (p), стабильная, положительно заряженная фундаментальная частица, ядро атома водорода 1H. Масса 1,7; 10 24 г — Вместе с положительно заряженными нейтронами, равными электронной нагрузке E, протоны образуют ядро всех элементов. Номер … Современная энциклопедия.

(Протон-1) Искусственный спутник Земли для изучения космоса. Максимальная масса протона составляет около 17 тонн. В 1965 году СССР 68 запустил четыре многохвостых ракеты «Протон — 2» на жидком топливе. SALULAUR … В СССР использовался для запуска большой энциклопедический словарь.

Протон — (от греч. первый) (символ P), стабильная фундаментальная частица, ядро атома водорода. P = 1,672614 (14)-10 24 г «Масса 1836 Я, я — огромная масса единицы энергии» 938,3 Мэв. Электрическая нагрузка P положительна: E = 4,803242 (14)-10 10 единиц SSE ….. … Физическая энциклопедия.

Протон — протон является постоянной положительно заряженной фундаментальной частицей с зарядом 1,61; 10 19 кл и массой 11,66; 10 27 кг. Протоны составляют ядро «легкого» изотопа атомов водорода (протонов). Число протонов в ядре любого элемента является зарядом ядра, а отдельные … Определяет ядерный термин.

Протон — стабильная положительно заряженная фундаментальная частица с зарядом 1,61-10 19 к и массой 1,66-10 27 кг. Протоны образуют ядро «легкого» изотопа из атомов водорода (протонов). Количество протонов в ядре каждого элемента определяет нагрузку … Руководство технического переводчика.

Электронное облако из s электронов представляет собой сферу. На подуровне субпартера имеется максимальное число электронов, которые могут в нем находиться.

Электронные связи между атомами

Когда два атома углерода находятся достаточно близко, их ближайшие электроны взаимодействуют и образуют единую связь. Эта связь обозначается химической связью сигма. Затем облако сгибается и соединяется, создавая «пи-связь». Это похоже на дерево, соединяющее верхние ветви на дороге.

Соединения в различных ситуациях становятся все более сложными, и это выходит за рамки данной статьи. Однако есть одна вещь, которая остается неизменной во всех этих связях. Электроны все еще рассеяны в относительно больших облаках вокруг очень плотного ядра, и все еще остается много пустого пространства. Существует огромный зазор между электрическим полем и электронным облаком. Так в чем же заключается суть человека?

Протоны и нейтроны

Ядро человека состоит из протонов, открытых Эрнестом Резерфордом в 1920 году, и нейтронов, открытых Джеймсом Чедвиком в 1932 году. И протоны, и нейтроны выглядят как маленькие сферы с радиусом 10-15 метров, или четыре миллионные доли метра. Обе частицы каким-то образом приклеены друг к другу.

Когда человек нагревается, он излучает видимый свет, тогда как при нагревании ядра оно испускает гамма-лучи. Гамма-излучение в 100 000 или 1 миллион раз энергичнее видимого света. Многие модели пытаются описать поведение частиц ядра, но модель оболочки является наиболее успешной на сегодняшний день. Он помещает протоны и нейтроны в различные энергетические оболочки для описания гамма-излучения. Значит ли это, что протоны и нейтроны — это компактные маленькие шарики?

Внутри протонов и нейтронов

В 1950-х годах наука признала, что протоны и нейтроны состоят из более мелких частиц. Несколько лет спустя, в 1964 году, американский физик Мюррей Гельман представил кварки. Он не знал, сколько существует кварков, но сегодня открыто по крайней мере шесть кварков: высший (символ U A), низший (символ D A), ненужный (символ S A), привлекательный (символ C A), красивый (символ B a) и истинный (символ T A).

Кварки — это частицы протонов и нейтронов, имеющиеся в разных видах.

Верхний и нижний кварки находятся в протонах и нейтронах. Остальные четыре имеют очень короткое время жизни и встречаются только в ускорителях частиц. Протон содержит два верхних кварка и самый маленький кварк. Нейтроны, с другой стороны, содержат верхний кварк и два нижних кварка. Эти кварки удерживаются вместе в женской сфере самой мощной силой, обнаруженной на сегодняшний день, — сильной силой.

Если рассматривать протон как баскетбольный мяч, то каждый кварк меньше песчинки. Следовательно, большинство протонов и нейтронов также являются пустым пространством, а кварки перемещаются со скоростью, близкой к скорости света.

Маленькие ядра содержат очень мелкие частицы и поэтому невидимы для самых мощных и точных приборов. В то же время они обладают самой мощной силой, когда-либо существовавшей в пустом пространстве, и очень маленькими частицами, называемыми кварками.

Общие вопросы об атомном ядре

Вопрос: что является ядром личности? Ядро человека состоит из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, равный электронам, вращающимся внутри них, а нейтроны скорее взвешивают протоны, чем несут нагрузку.

В: Какова функция ядра личности? Ядро личности создает силу, необходимую для объединения и поддержания порядка. Это тяжелая часть человека и очень плотная. Размер ядра по сравнению со всем человеком — как мяч на футбольном поле.

В: Является ли ядро человека нейтральным? Ядро человека имеет положительный заряд. Однако человек нейтрален, поскольку число отрицательных зарядов равно числу протонов в ядре.

Вопрос: «В чем разница между ядром и атомом?» Ядро — это плотное, тяжелое ядро, состоящее из положительно заряженных атомов. Он намного меньше одного, но намного тяжелее другого.

Вопрос: что является ядром личности? Ядро человека состоит из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, равный электронам, вращающимся внутри них, а нейтроны скорее взвешивают протоны, чем несут нагрузку.

Что творится внутри быстро летящего протона?

Все вышесказанное относится к неподвижным протонам. Стационарный протон — это, в терминах физиков, структура протона в стационарной системе. Однако в экспериментах структура протона была впервые обнаружена в других условиях — внутри быстро летящего протона.

В конце 1960-х годов в экспериментах по столкновению частиц на ускорителях было замечено, что протоны, летящие почти со скоростью света, ведут себя так, как будто их внутренняя энергия распределена неравномерно и сосредоточена в отдельных твердых телах. Эти скопления материи в протонах знаменитый физик Ричард Фейнман предложил называть партонами.

В более поздних экспериментах были изучены многие свойства партонов, включая их заряд, число и долю энергии протона, которую каждый из них несет. Заряженные партоны — это кварки, а нейтральные партоны — глюоны. Да, эти самые глюоны, которые просто «обслуживают» кварки в системе покоя протона и притягивают друг друга, теперь являются независимыми партонами, которые вместе с кварками быстро передают свою «материю» и энергию. Летающие протоны. Эксперименты показывают, что примерно половина энергии хранится в кварках, а другая половина — в глюонах.

Рисунок 2. Когда протон сталкивается с электроном, между ними «вспыхивает» фотон, квант электромагнитного поля. При столкновениях протонов с партонами образуется множество вторичных адронов, таких как мезоны

частиц, которые лучше всего изучать в протон-электронных столкновениях. На самом деле, в отличие от протонов, электроны не участвуют в сильных ядерных взаимодействиях, и столкновения с протонами кажутся очень простыми. В течение очень короткого времени электрон испускает виртуальные фотоны, которые сталкиваются с заряженными частицами, в итоге образуя большое количество частиц (рис. 2). Электрон является отличным скальпелем для «разрезания» протона на отдельные части, но на очень короткое время. Зная, как часто такой процесс происходит в ускорителе, можно подсчитать количество перегородок в протоне и их заряд.

Кто такие партоны на самом деле?

Здесь мы подошли к еще одному впечатляющему открытию, сделанному физиками, изучающими столкновения субатомных частиц при высоких энергиях.

В обычных условиях вопрос о том, из чего сделан объект, имеет универсальный ответ для всех систем отсчета. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Это справедливо независимо от того, рассматриваем ли мы фиксированные или мобильные молекулы. Но это правило — на первый взгляд очень естественное! — разрывается по отношению к элементарным частицам, движущимся со скоростью, близкой к скорости света. В одной системе отсчета составная частица может состоять из набора субчастиц, а в другой системе отсчета составная частица может состоять из другой системы отсчета. Оказывается, композиция — понятие относительное!

Как это делается? Здесь важно одно свойство. Количество частиц в нашем мире не является постоянным. Частицы могут рождаться и исчезать. Например, если два электрона с достаточно высокой энергией сталкиваются вместе, то в дополнение к этим двум электронам могут генерироваться либо фотоны, либо электрон-позитронные пары, либо другие частицы. Все это допускается квантовыми законами и имеет место в реальных экспериментах.

Однако этот «закон несохранения» частиц работает против столкновений частиц. Почему один и тот же протон под разными углами кажется состоящим из разных наборов частиц? Дело в том, что протон — это не просто три кварка, собранные вместе. Между кварками существует динамическое глюонное поле. В общем, динамические поля (такие как гравитационные поля и электрические поля) — это материальные «сущности», которые пронизывают пространство и позволяют частицам воздействовать друг на друга. В квантовой теории поля также состоят из частиц, но особенно виртуальных. Число этих частиц не постоянно и постоянно «разветвляется» кварками и поглощается другими кварками.

Неподвижный протон можно представить как три кварка с глюонами, прыгающими между ними. Однако, если посмотреть на тот же протон из другой системы отсчета, например, из окна проходящего мимо «релятивистского поезда», то картина будет совершенно иной. Эти виртуальные глюоны, приклеенные к кваркам, выглядят менее виртуальными и более похожими на «более реальные» частицы. Конечно, они по-прежнему рождаются и поглощаются кварками, но какое-то время живут отдельно и летают рядом с кварками, как если бы они были настоящими частицами. В системе отсчета они выглядят как простые силовые поля, но в другой системе они преобразуются в поток частиц. Обратите внимание, что сами протоны не тронуты, а видны только с другого кадра.

Дальше — больше. Чем ближе скорость нашего «релятивистского поезда» к скорости света, тем более удивительные изображения внутренностей протона можно увидеть. По мере приближения к скорости света вы будете замечать все больше и больше глюонов внутри протона. Более того, они могут быть разбиты на кварк-антикварковые пары, которые также летят рядом друг с другом и считаются разделами. В результате ультрарелятивистские протоны, то есть протоны, летящие против нас со скоростью, очень близкой к скорости света, представляются облаком взаимно проникающих кварков, антикварков и глюонов, летящих вместе и каким-то образом поддерживающих друг друга (рис. 3).

Трехмерный портрет протона

Все результаты, о которых я только что говорил, основаны на экспериментах, проведенных очень давно, то есть в 60-70-е годы прошлого века. С тех пор все было изучено, и на каждый вопрос, кажется, должен быть найден ответ. Однако это не так. Структура протона остается одной из самых интересных тем в физике частиц. Более того, интерес к ней возродился в последние годы, когда физики выяснили, как получить «трехмерный» портрет быстро движущегося протона, который оказался гораздо сложнее, чем портрет неподвижного протона. .

Классические эксперименты по столкновению протонов дают информацию только о количестве частиц и их энергетическом распределении. В таких экспериментах партоны участвуют как самостоятельные объекты, поэтому из них невозможно узнать, как партоны расположены друг с другом и как именно они составляют протон. Долгое время можно сказать, что в распоряжении физиков был лишь «одномерный» портрет быстро летящего протона.

Для создания реального трехмерного портрета протона и определения распределения партонов в пространстве требуются эксперименты, гораздо более чувствительные, чем 40 лет назад. Физики узнали о таких экспериментах только в последнее десятилетие. Они поняли, что среди широкого разнообразия реакций, происходящих при столкновении электронов с протонами, есть одна конкретная реакция (Комптоновское глубокое виртуальное рассеяние), которая может дать представление о трехмерной структуре протонов.

В общем, комптоновское рассеяние или эффект Комптона — это упругое столкновение между фотоном и частицей, такой как протон. Это выглядит следующим образом. Приходит фотон и поглощается протоном. Протон временно возбуждается, а затем возвращается в исходное состояние, испуская фотон в определенном направлении.

Комптоновское рассеяние обычных фотонов не так интересно. Это простое отражение света от протона. Чтобы «регенерировать» внутреннюю структуру протона и «почувствовать» распределение кварков, необходимо использовать фотоны с очень высокой энергией, в миллиарды раз превышающей энергию обычного света. И именно такие фотоны легко производятся летающими, хотя и виртуальными, электронами. Когда они объединяются друг с другом, происходит глубокое виртуальное комптоновское рассеяние (рис. 5).

Рисунок 5.Схема глубокого виртуального рассеяния Комптона. Входящие электроны испускают виртуальные фотоны, которые рассеиваются на протонах, как в эффекте Комптона.

Главная особенность этой реакции заключается в том, что она не разрушает протоны. Входящий фотон не только попадает в протон, но и аккуратно обнаруживает его, как если бы он выходил наружу. В каком направлении он летит и сколько энергии получает от протона, зависит от структуры протона и взаимного расположения частиц внутри него. Поэтому, изучая этот процесс, можно воссоздать трехмерный облик протона, как если бы мы «ваяли его скульптуру».

Однако физикам-экспериментаторам сделать это очень сложно. Желаемая процедура происходит редко, и ее трудно записать. Первые экспериментальные данные по этой реакции были получены только в 2001 году на ускорителе HERA на немецком электронном синхротроне DESY в Гамбурге. В настоящее время экспериментаторы обрабатывают новый набор данных. Но уже сегодня, основываясь на первых данных, теоретики спроектировали трехмерные распределения кварков и глюонов в протонах. Физические величины, которые физики ранее только предполагали, наконец, начали «вырисовываться» из экспериментов.

Существуют отдельные элементы, представленные одним ядром: 9Be, 19F, 23Na, 27Al, 31P и т.д. Некоторые природные нуклеолы нестабильны. Они разлагаются с течением времени. Это радионуклиды.

Радиус заряда править

Проблема определения радиуса ядра (протона) аналогична проблеме определения атомного радиуса, поскольку ни атом, ни его ядро не имеют четкой границы. Однако ядро может быть смоделировано как положительно заряженная сфера для интерпретации экспериментов по рассеянию электронов. Поскольку ядра не имеют четких границ, электроны могут «видеть» диапазон сечений, для которых можно рассматривать средние значения. Определение «среднеквадратичное значение» (от «среднее значение») получено потому, что поперечное сечение ядра пропорционально квадрату его радиуса. Это важно для рассеяния электронов.

Международно принятое значение зарядового радиуса протона составляет 0,8768 фм (см. Порядок величины для сравнения с другими измерениями). Это значение основано на измерениях с участием протонов и электронов (т.е. измерениях рассеяния электронов и сложных расчетах с использованием сечений рассеяния на основе уравнения Розенблюта для сечений передачи импульса) и исследованиях атомного энергетического уровня водорода. Дейтерий.

Однако в 2010 году международная группа исследователей опубликовала результаты измерений смещения мюонного водорода (экзотического атома, состоящего из протона и отрицательно заряженного мюона) на зарядовом радиусе протона. Мюоны в 200 раз тяжелее электронов, поэтому длина волны де Бройля соответственно меньше. Эта меньшая атомная орбиталь гораздо более чувствительна к радиусу заряда протона, что позволяет проводить более точные измерения. Измеренный среднеквадратичный радиус заряда протона: 0,841 84 (67) фм, что на 5,0 стандартных отклонений отличается от значения КОДАТА 0,8768 (69) фм. 37 В январе 2013 года было опубликовано обновленное значение радиуса заряда протона, равное 0,840 87 (39) фм. Точность повысилась в 1,7 раза, а доверительный уровень отклонения увеличился до 7 арксеков. 6 Коррекция CODATA 2014 года немного уменьшила рекомендуемое значение для пучка протонов (рассчитанное с использованием только электронных измерений) до 0,8751 (61) фм, что оставляет отклонение в 5,6 с.

Если бы не было ошибок в измерениях или расчетах, квантовую электродинамику, самую точную и проверенную фундаментальную теорию в мире, пришлось бы пересмотреть. Протонный пучок оставался загадкой до 2017 года.3940

Решение было достигнуто в 2019 году, когда два различных исследования, использующие разные методы для Лэмбовского смещения электронов в водород, и соответствующее исследование мюонных протонов обнаружили, что радиус протона составляет 0,833 фм с ошибкой ±0,010 фм.. 41 42

Радиус протона связан с фактором формы и сечением передачи импульса. Атомный коэффициент типа G изменяет сечение, соответствующее точечному протону.

Атомный форм-фактор связан с волновой функцией плотности мишени.

Форм-факторы можно разделить на электрические и магнитные. Они могут быть описаны как линейная комбинация форм-факторов Дирака и Паули. 40

Давление внутри протона править

Поскольку протоны состоят из кварков, удерживаемых глюонами, можно определить эквивалентное давление, действующее на кварки. Это позволяет рассчитать их распределение как функцию расстояния от центра с помощью высокоэнергетического комптоновского рассеяния электронов (DVCS, для глубокого комптоновского виртуального рассеяния). Давление максимально в центре, примерно 10 35 Па, что больше, чем давление в нейтронной звезде. 43 Он положительный (отталкивающий) на радиальных расстояниях около 0,6 фм, отрицательный (притягивающий) на больших расстояниях и очень слабый на расстояниях более 2 фм.

Взаимодействие свободных протонов с обычным веществом править

Протоны имеют сродство к противоположно заряженным электронам, но это взаимодействие имеет относительно низкую энергию, поэтому свободный протон должен потерять достаточную скорость (и кинетическую энергию), чтобы прочно связаться с электроном. Высокоэнергетические протоны, пересекающиеся с нормальной материей, теряют энергию в результате столкновений с ядром и ионизации атома (удаления электронов), пока не достигнут скорости, достаточной для попадания в электронное облако нормального атома.

Однако это связывание с электронами не изменяет природу связанного протона; он остается протоном. Притяжение свободного низкоэнергетического протона к электрону, присутствующему в нормальной материи (например, к электронам нормального атома), заставляет свободный протон остановиться и образовать новую химическую связь с атомом. Такие связи возникают при достаточно «холодных» температурах (т.е. сравнимых с температурой поверхности Солнца) и при любом типе атомов. Таким образом, при взаимодействии с любым типом нормальной (не фиктивной) материи свободные медленные протоны притягиваются к электронам любого атома или молекулы, с которыми они вступают в контакт, сплавляя протоны и молекулы вместе. Такая молекула называется «протонированной», и в результате получается то, что часто называют химически кислотой Бранстеда.

Протон в химии править

Атомный номер править

В химии число протонов в ядре атома известно как его атомный номер и определяет химический элемент, к которому он принадлежит. Например, атомный номер хлора равен 17. Это означает, что каждый атом хлора имеет 17 протонов, и все 17 протонов являются атомами хлора. Химические свойства каждого атома определяются количеством (отрицательно заряженных) электронов. Для нейтральных атомов суммарный заряд равен числу (положительных) протонов и поэтому равен нулю. Например, нейтральный атом хлора имеет 17 протонов и 17 электронов, а анион Cl имеет 17 протонов и 18 электронов, что дает общий заряд -1.

Однако не все особи конкретного товара обязательно идентичны. Число нейтронов может варьироваться для образования различных изотопов, а энергетические уровни могут приводить к различным ядерным изомерам. Например, существует два стабильных изотопа хлора: 35₁₇ Cl с 35-17=18 нейтронами и 37₁₇ Cl с 37-17=20 нейтронами.

Ион водорода править

Самый распространенный изотоп водорода — протон — состоит из протона и электрона (нейтрона нет). Термин «водородный ион» (H +) означает, что этот атом водорода потерял электрон и остался только один протон. Поэтому в химии термины «протон» и «ион водорода» (в случае изотопных протонов) используются как взаимозаменяемые.

Протон — это уникальная химическая форма, которая представляет собой голое ядро. В результате он не имеет самостоятельного существования в концентрированном состоянии и всегда связан с другими через один набор электронов.

Росс Стюарт, Протоны: применение в органической химии (1985, стр. 1).

В химии термин протон относится к иону водорода H+. Поскольку атомный номер водорода равен 1, ион водорода не имеет электронов, что соответствует голому ядру, состоящему из протонов (и 0 нейтронов для наиболее распространенного изотопа — протона). 1₁ (Чез). Протоны очень химически активны, поскольку они являются «голыми грузами» с радиусом примерно 1/64 000 радиуса атома водорода. Поэтому свободные протоны имеют очень короткое время жизни в химических системах, таких как жидкости, и немедленно вступают в реакцию с доступным молекулярным облаком. В водных растворах они образуют гидроксон-ион h₃ o+, который далее разбирается молекулами воды в кластерах, таких как h₅ o₂ + и h₉ o₄ +. 44

Перенос H + в кислотно-щелочных реакциях обычно называют «переносом протона». Кислоты называются донорами протонов, а основания — реципиентами протонов. Аналогично, такие биохимические термины, как протонные насосы и протонные каналы, относятся к перемещению водорода H + ионы.

Ионы образуются, когда электрон отрывается от вторичной личности. Аналогично, удаление электрона из трико дает тертональ.

Протонный ядерный магнитный резонанс (ЯМР) править

В химии термин «ЯМР протонов» также относится к наблюдению ядра водорода-1 (в основном органических) молекул с помощью ядерного магнитного резонанса. Этот метод использует спин протона. Его значение равно половине (единиц HBAR). Название относится к изучению протонов, появляющихся в капитале (водород-1) соединения, и не подразумевает наличие свободных протонов в изучаемом объединении.

Первое использование ядерной энергии в мирных целях следует отнести к середине 1950-х годов, когда в 1953 году были построены первые реакторы для замены дизельных двигателей американских подводных лодок.

Атом и его строение

Вопрос о том, как создается материя, был предметом человеческих размышлений с древности. Древнегреческие ученые предположили, что материя состоит из маленьких невидимых глазу частиц разной формы. Они связаны друг с другом различными крючками и присосками. Греческое слово «личность» означает «неделимый». Правда? Действительно ли человек неделим? Существование индивидуума было доказано экспериментами только в 19 веке. Было обнаружено, что человек содержит еще более мелкие частицы. Человек состоит из ядра и электронов в интерфоне. В ядре сосредоточена почти вся масса индивида. Вклад электронов в массу человека очень мал. Масса электрона составляет 9,1-10-31 кг.

Каждый электрон заряжен отрицательно и условно считается, что его заряд равен -1. Символ электрона — ●. Электроны движутся вокруг ядра по сложной орбите. Индивидуальное ядро состоит из двух типов частиц: протонов и нейтронов. Протоны обозначаются буквой P, а нейтроны — буквой n.

Как правило, человек электрически нейтрален. Это означает, что его нагрузка равна нулю. Учитывая электронейтральность индивида, число электронов в атоме всегда равно числу протонов. Поскольку в ядре заряжены только заряженные тела (на нейтронах нет заряда), ядро имеет заряд, так как каждый протон имеет заряд +1. Загрузка ядра определяется числом протонов и всегда имеет символ + Ядерная загрузка обозначается символом Z (число протонов). Представлена схема строения водородного пациента. Понятно, что атом водорода состоит из положительно заряженного ядра, состоящего из отрицательно заряженных электронов и протонов.

Число электронов и протонов в человеке химического элемента совпадает с порядковым номером, рассмотрим другой пример. Определим число электронов, протонов и ядерную нагрузку атома кислорода. Порядковый номер кислорода — 8.

Это означает, что имеется 8 электронов, 8 протонов и ядерный заряд равен +8. Как можно определить нейтронное число?

В начале параграфа уже было сказано, что почти весь человек сосредоточен в ядре. Затем ядро состоит из протонов и нейтронов. Как записано в периодической таблице, относительные индивидуальные массы элементов приблизительно равны сумме масс протонов и нейтронов, потому что электроны так малы. Сумма масс протонов и нейтронов, равная круглой атомной массе химического вещества, называется массой многих (ядра) и обозначается A. A.

С учетом круглого числа относительная масса кислорода равна 16. Отнимем число протонов: 16-8=8. В кислороде восемь нейтронов.

Учитывая вышесказанное, можно написать несколько простых выражений.

количество электронов равно количеству протонов ē = p;
заряд ядра равен количеству протонов и имеет знак +, Z = p

Человек является наименьшей частицей материи и состоит из ядра и электрона, движущихся внутри домофона. Для протонов и нейтронов — это нуклоны (от латинского nucleus ‘ядро’).

Термин «ядро» обозначает человека с определенным порядковым номером z и большим количеством масс A, т.е. определенным набором протонов и нейтронов. Нуклеолы с одинаковым числом атомов называют изотопными ядрами или просто изотопами (от греч. ‘equal’ — ‘равный’ и ‘place’ — ‘место’), а нуклеолы с разным числом масс — изотопными ядрами или просто изотопами (от греч. ‘equal’ — ‘равный’ и ‘place’ — ‘место’).

Другими словами, ядра всех изотопов определенного элемента содержат одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Ядра обозначаются символами элемента и массы

Электроны и электричество

Электричество — это поток электронов через проводник, обычно в виде кабеля, и этот поток называется током.

Проводящий материал

Что генерирует поток электронов?

Электрические генераторы – это устройства, использующие принцип электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция это процесс перемещения проводника через магнитное поле с целью создания электронного потока. Требуется только относительное движение проводника и магнитного поля, что означает, что магнитное поле может двигаться, пока проводник неподвижен. Когда электроны в проводнике проходят через магнитное поле (если поле достаточно сильное, а относительная скорость проводников через поле достаточно быстрая), то связи с их ядрами будут разорваны и будет индуцирован поток. Для того чтобы вызвать высокий уровень электронного потока, необходимо большое количество энергии для создания относительной скорости между проводником и магнитами.
Химические реакции внутри батарей также создают электродвижущую силу, заставляющую электроны течь по цепи.
Фотоны (энергия света) также могут вызывать поток электронов, когда они сталкиваются с фотоэлектрической ячейкой расположенной в солнечной панели.

РТМ — прибор будущего

Современные ученые могут видеть атомные частицы материала на экране компьютера и перемещать их на поверхность с помощью специального инструмента, называемого туннельным сканирующим микроскопом (ТСМ).

Это электронный инструмент с носиком, который очень мягко перемещается у поверхности материала. При движении наконечника электроны проходят через зазор между наконечником и поверхностью

Материал кажется идеально гладким, но на самом деле он неровный на индивидуальном уровне. Компьютер составляет карту поверхности материала и создает изображение его частиц. Это позволяет ученым увидеть свойства атомов.