物理中什么是质子 质子基本性质
质子转移广泛存在于化学反应及生物体中,是化学反应中最基本最简单的反应之一,下面是小编整理的物理中什么是质子,欢迎阅读。
物理中什么是质子
质子(proton)是一种带 1.6 × 10-19 库仑(C)正电荷的亚原子粒子,直径约 1.6~1.7×10−15 m ,质量是938百万电子伏特/c²(MeV/c²),即1.672621637(83)×10-27千克,大约是电子质量的1836.5倍(电子的质量为9.10938215(45)×10-31千克),质子比中子稍轻(中子的质量为1.674927211(84)×10-27千克)。质子属于重子类,由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下构成。原子核中质子数目决定其化学性质和它属于何种化学元素。
质子基本性质
相对质量1.007
电荷+1 元电荷(+ 1.60217733 × 10-19库仑)
粒子自旋1/2粒子磁矩2.7928 单位核磁子
作用力引力、电磁力、弱核力、强核力
半衰期最短为 1035年(可视为稳定)
组成两个上夸克、一个下夸克
质子数=原子序数(就是元素序号)=核外电子数,中子数=质量数-质子数[1]
1.氧元素是第二周期的元素,所以氧原子只有2个电子层内从层2个,外层6个,共8个电子;而氧原子的质子数也是8个。符合核外电子数=质子数,所以氧原子本身是电中性的,不带电荷[1] 。
事实上所有的原子都是电中性的,都符合【质子数】=【原子序数】=【核电荷数】=【核外电子数】[1]
2.每种物质中的原子的核外电子数一定是等于该原子的质子数,但是这并不是说这种结构是稳定的结构,这只是元素原子的一个特性。比如Na原子就非常不稳定,很容易失去一个电子变成Na+,带一个正电荷,达到稳定结构。注意此时带电荷是因为变成了离子。对于未失去电子的Na原子来说,还是符合核外电子数=质子数[1]
质子历史
英国物理学家欧内斯特·卢瑟福被公认为质子的发现人。1918年他任卡文迪许实验室主任时,用α粒子轰击氮原子核,注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪光探测器纪录到氢核的迹象。质子命名为proton,这个单词是由希腊文中的“第一”演化而来的。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子,因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。在此之前尤金·戈尔德斯坦(Eugene Goldstein)就已经注意到阳极射线是由正离子组成的。但他没有能够分析这些离子的成分。卢瑟福发现质子以后,又预言了不带电的中子存在。
今时今日,以粒子物理学的标准模型理论为基础而论,因为质子是复合粒子,所以不再被编入基本粒子的家族中。
质子发现
1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验,实验装置如图所示,容器C里放有放射性物质A,从A射出的α粒子射到铝箔F上,适当选取铝箔的厚度,使容器C抽成真空后,α粒子恰好被F吸收而不能透过,在F后面放一荧光屏S,用显微镜册来观察荧光屏上是否出现闪光.通过阀门T往C里通进氮气后,卢瑟福从荧光屏S上观察到了闪光,把氮气换成氧气或二氧化碳,又观察不到闪光,这表明闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的[2] .
卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中,根据它在电场和磁场中的偏转,测出了它的质量和电量,确定它就是氢原子核,又叫做质子,通常用符号卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中,根据它在电场和磁场中的偏转,测出了它的质量和电量,确定它就是氢原子核,又叫做质子,通常用符号表示[2] .
这个质子是α粒子直接从氮核中打出的,还是α粒子打进复核后形成的复核发生衰变 时放出的呢?为了弄清这个问题,英国物理学家布拉凯特又在充氮的云室里做了这个实验.如果质子是α粒子直接从氮核中打出的,那么在云室里就会看到四条径迹:放射α粒子的径 迹、碰撞后散射的.粒子的径迹、质子的径迹及抛出质子后的核的反冲径迹.如果 粒子打进氮核后形成一个复核,这复核立即发生衰变放出一个质子,那么在云室里就能看到三条径迹:入射α粒子的径迹、质子的径迹及反冲核的径迹.布拉凯特拍摄了两万多张云室照片,终于从四十多万条“粒子径迹的照片中,发现有八条产生了分叉.分叉的情况表明,这第二种设想是正确的.从质量数守恒和电荷数守恒可以知道产生的新核是氧17[2] 。
在云室的照片中,分叉后细而长的是质子的径迹,短而粗的是反冲氧核的径迹.
后来,人们用同样的方法使氟、钠、铝等核发生了类似的转变,并且都产生了质子.由于各种核里都能轰击出质子,可见质子是原子核的组成部分[2] .
质子应用
物理中质子常被用来在加速器中加速到近光速后用来与其它粒子碰撞。这样的试验为研究原子核结构提供了极其重要的数据。慢速的质子也可能被原子核吸收用来制造人造同位素或人造元素。核磁共振技术使用质子的自旋来测试分子的结构。