Menu

Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Protó

Protó

Un protó és una partícula subatòmica amb càrrega elèctrica positiva que es troba dins de el nucli atòmic dels àtoms. El nombre de protons en el nucli atòmic és el que determina el nombre atòmic d'un element, com s'indica a la taula periòdica dels elements.

El protó no és una partícula elemental sinó una partícula composta. Està format per tres partícules unides per gluons, dos quarks a dalt i un quark a baix, el que el converteix en un barió.

Els protons són presents en els nuclis atòmics, generalment units als neutrons per la interacció forta. L'única excepció en la qual forma un nucli atòmic sense cap neutró  és el nucli de l'hidrogen ordinari : el núclid més abundant en l'univers.

No obstant això l'hidrogen té altres isòtops que si contenen neutrons. Aquest és el cas dels nuclis dels isòtops d'hidrogen pesat (deuteri i triti) que contenen un protó i un o dos neutrons, respectivament. Aquests dos isòtops d'hidrogen s'utilitzen com a combustible nuclear a les reaccions de fusió nuclear. Tots els altres tipus d' àtoms estan compostos de dues o més protons i diferent nombre de neutrons.

Com està format un protó?

Els protons estan  compostos de tres quarks  de 1/2 spin. Són un  tipus de barió  que són un subtipus d'hadrons. Els dos quarks amunt i un quark a baix es mantenen units per la interacció nuclear forta. Té una distribució de càrrega positiva i decau de manera exponencial.

Els quarks són els fermions elementals massius que interactuen fortament formant la matèria nuclear i certs tipus de partícules anomenades hadrons. Un  fermió  és un dels dos tipus bàsics de partícules elementals que hi ha a la natura.

Al seu torn, els barions són una família de partícules subatòmiques formades per tres quarks. Precisament, els més representatius són els protons i els neutrons.

La antipartícula corresponent, l'antiprotó, té les mateixes característiques que el protó però amb càrrega elèctrica negativa.

Quines són les característiques d'un protó?

Les principals característiques són:

  • Massa: Tenen una  massa prop de 1.674 x 10 -24 g . Aproximadament la mateixa massa que els neutrons. En comparació amb l'electró, la massa de l'protó és aproximadament 1,836 vegades més gran.
  • Càrrega elèctrica: El protó té una  càrrega positiva de 1,602 x 10 -19  coulombs . Exactament la mateixa càrrega absoluta que l'electró, que té una càrrega negativa.
  • Ràdio de càrrega: 0,8775 (51) fm
  • Moment de dipol elèctric: <5,4 × 10 −24  e · cm
  • Moment dipolar magnètic: 1.410606743 (33) × 10 −26  J · T −1
  • El protó és una partícula estable, el que vol dir que no es desintegra en altres partícules. Això vol dir que la seva vida és eterna dins dels límits experimentals.

Aquest últim punt es resumeix en la conservació de l'nombre de barions en els processos entre partícules elementals. De fet, el barió més lleuger és precisament el protó i, si el nombre barió ha de ser emmagatzemat, no pot decaure en qualsevol altra partícula més lleugera.

Per què són importants els protons?

Els protons són importants perquè defineixen de quin element és un àtom

El nombre atòmic d'un àtom és el  nombre de protons en el seu nucli .

El nombre atòmic determina les propietats químiques de l'àtom. Per aquest motiu els elements químics es representa pel nombre de protons en un nucli (Z), és a dir, el nombre atòmic. Per determinar els isòtops d'un element, s'utilitza també el nombre de neutrons (N) sumant tots els nucleons, i es coneix com a número màssic (A).

Una altra característica important és que el protó contribueix a captar electrons i mantenir-los orbitant al voltant de l'nucli. Aquesta propietat es deu a té una càrrega positiva que atrau els electrons amb càrrega negativa. Aquesta propietat no la tenen els neutrons ja que els neutrons no tenen càrrega elèctrica.

Què són els nucleons?

Els nucleons són les subpartícules que componen el nucli d'un àtom (protons i neutrons). Els protons i els neutrons són nucleons. Tots dos estan units al nucli per una força nuclear forta.

Els nucleons són coneguts per  constituir el nucli atòmic,  però també poden existir de manera aïllada, sense ser part de nuclis més grans. Si no estan lliures ha una diferència important: els protons són estables o altament estables mentre que els neutrons aïllats es desintegren mitjançant desintegració beta. La vida mitjana d'un neutró aïllat és de 15 minuts.

Quina és la vida d'un protó?

La vida d'un protó és superior a 2.1 x 10 29  anys , de manera que es considera eterna a nivell experimental. Els protons són estables des del punt de vista de el model estàndard de la física de partícules. Les lleis de la física no permeten que un protó es descompongui espontàniament a causa de la preservació de l'nombre de barions.

En alguns tipus poc comuns de desintegració radioactiva emeten protons lliures, i el resultat de la descomposició de neutrons lliures en altres desintegracions.

Com  protó lliure , té la facilitat d'recollir un electró i convertir-se en hidrogen neutre . Posteriorment, l'hidrogen neutre pot reaccionar químicament amb molta facilitat.

Poden existir protons lliures en:

  • Plasmes . El plasma és el quart estat d'agregació de la matèria: un estat fluid similar a l'estat gasós però en el que determinada proporció de les seves partícules estan carregades elèctricament (ionitzades) i no posseeixen equilibri electromagnètic.
  • Els raigs còsmics , que són partícules subatòmiques procedents de l'espai amb una energia cinètica molt elevada.
  • Vent solar.  El vent solar és un corrent de partícules carregades alliberades des de l'atmosfera superior de el Sol.

Qui va descobrir els protons?

El protó va ser descobert per Rutherford el 1919.

Protó

La història del seu descobriment es remunta a l'any 1886, quan  Eugen Goldstein va descobrir els raigs anòdics  i va demostrar que eren partícules amb càrrega positiva ( ions) produïts a partir dels gasos.

A l'variar els gasos que hi havia dins dels tubs, Goldstein observava que aquestes partícules tenien valors diferents de relació entre càrrega i massa. Per aquest motiu no es va poder identificar la càrrega positiva amb una partícula, a diferència de les càrregues negatives dels electrons, descobertes per Joseph John Thomson.

Després del  descobriment de l'nucli atòmic per Ernest Rutherford  l'any 1911, Antonius Van den Broek va proposar que el lloc de cada  element de la taula periòdica  (el seu nombre atòmic) era igual a la seva càrrega nuclear. Aquesta teoria va ser confirmada experimentalment per Henry Moseley, el 1913, utilitzant espectres de raigs X.

El 1917, Rutherford va demostrar que el nucli d'hidrogen era present en altres nuclis, resultat general que  es descriu com el descobriment de l'protó .

Amb quina experiment Rutherford va descobrir a l'protó?

Rutherford es va adonar que, bombardejant partícules alfa en gas nitrogen pur, els seus detectors de centelleig mostraven els signes dels nuclis d'hidrogen. Rutherford va determinar que l'hidrogen només podia venir de l'nitrogen i que, per tant, havien de contenir nuclis d'hidrogen.

Un nucli d'hidrogen es desintegrava per l'impacte de la partícula alfa, i formava un àtom d'oxigen en el procés. El nucli d'hidrogen és, per tant, present en altres nuclis com una partícula elemental, el que  Rutherford va cridar el protó.

Autor:

Data de publicació: 19 de març de 2019
Última revisió: 19 de març de 2019