Otwórz menu główne
Ten artykuł dotyczy protonu jako cząstki tworzącej jądro atomowe. Zobacz też: inne znaczenia słowa „proton”.

Proton, p (z gr. πρῶτον – „pierwsze”) – trwała cząstka subatomowa z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Jeden z podstawowych składników materii.

proton
ilustracja
Klasyfikacja barion nukleon hadron
Symbol p
Antycząstka antyproton
Ładunek +e

1,6021766208(98)·10−19 C[1]

Masa 1,007276466879(91) u[2]

1,672621898(21)·10 −27 kg[3]

938,2720813(58) MeV/c2[4]

Czas życia T1/2 >2,1·1029 lat (lub trwały)
Spin 1/2
Schematyczna struktura protonu. u – kwarki górne, d – kwark dolny
Proton stanowi jądro atomowe wodoru

Rozmiar promienia protonu został oszacowany na 0,84184 ± 0,00067 fm[5].

Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony wraz z neutronami (→ nukleony) tworzą jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która z kolei jest podstawą uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków.

Proton według modelu standardowego jest cząstką złożoną, zaliczaną do hadronów, a ściślej barionów, i jest zbudowana z trzech kwarków: dwóch kwarków górnych „u” i jednego kwarku dolnego „d” (układ uud) związanych silnym oddziaływaniem przenoszonym przez gluony. Zanim model standardowy został powszechnie przyjęty, proton zaliczany był do cząstek elementarnych.

Czynnik Landégo protonu: gp/2 = 2,792847351 ± 0,000000028

Spis treści

Rozpad protonuEdytuj

Osobny artykuł: Rozpad protonu.

Według aktualnych wyników eksperymentalnych, jeżeli rozpad protonu następuje, to średni czas życia tej cząstki jest dłuższy niż 2,1·1029 lat[6]. Zgodnie z modelem standardowym proton, jako najlżejszy barion, nie może się samorzutnie rozpaść. Jednakże niezweryfikowane teorie wielkiej unifikacji generalnie przewidują rozpad protonu, ale z teoretycznym czasem życia minimum 1·1036 lat.

Proton może ulec przemianie, na przykład w procesie wychwytu elektronu. Ten proces nie zachodzi samorzutnie, lecz tylko w wyniku dostarczenia dodatkowej energii. Przemiana ta następuje według równania:

 

gdzie:

  – proton,
 elektron,
 neutron,
 neutrino elektronowe.

Ten proces jest odwracalny. Na przykład w rozpadzie beta, neutron zamienia się w proton. Wolne neutrony rozpadają się spontanicznie (czas życia około 15 minut) produkując proton.

Historia odkryciaEdytuj

Eugen Goldstein zaobserwował, że promieniowanie anodowe składa się z dodatnio naładowanych jonów. Zauważył również, że stosunek ładunku do masy tych jonów zależy od natury gazu (dla promieniowania katodowego, które składa się z elektronów, ten stosunek był zawsze ten sam). W 1898 roku Wilhelm Wien stwierdził, że najwyższy stosunek był obserwowany, kiedy wodór wypełniał rurę katodową.

W roku 1918 Ernest Rutherford stwierdził, że jądra wodoru produkowane są w wyniku działania cząstek alfa na azot.

Proton w chemiiEdytuj

Jądra atomów najpowszechniejszego izotopu wodoru ¹H (protu) zawierają jedynie pojedyncze protony. W wyniku jonizacji termicznej wodoru powstają wolne (swobodne) protony (→ plazma). Natomiast protony powstające w wyniku dysocjacji elektrolitycznej w roztworze są solwatowane (zobacz np. jon hydroniowy), a spotykany zapis H+ i określenie „proton” są uproszczeniem nieodzwierciedlającym rzeczywistej struktury jonów wodorowych. Podobnie rozumiany jest „proton” w biochemii (np. „pompa protonowa”).

Określenie „proton” stosuje się także w odniesieniu do atomów wodoru połączonych wiązaniem chemicznym z innymi atomami. Wpływ otoczenia chemicznego protonów w związkach chemicznych na ich właściwości magnetyczne wykorzystywany jest w spektroskopii protonowego rezonansu magnetycznego.

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  1. elementary charge, National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2019-01-31].
  2. proton mass in u, National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2019-01-31].
  3. proton mass, National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2019-01-31].
  4. proton mass energy equivalent in MeV, National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2019-01-31].
  5. Grzegorz Łach, Problem promienia protonu (chyba) wyjaśniony, „Delta”, marzec 2018, s. 15.
  6. S.N. Ahmed, A.E. Anthony, E.W. Beier, A. Bellerive i inni. Constraints on nucleon decay via invisible modes from the Sudbury Neutrino Observatory. „Phys Rev Lett”. 92 (10), s. 102004, 2004. DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID: 15089201.