Alle materie bestaat uit elementen. Maar waarom is alles om ons heen zo anders? Het antwoord heeft te maken met kleine deeltjes. Ze worden protonen genoemd. In tegenstelling tot elektronen, die een negatieve lading hebben, hebben deze elementaire deeltjes een positieve lading. Wat zijn deze deeltjes en hoe werken ze?
Protonen overal
Welk elementair deeltje heeft een positieve lading? Alles wat kan worden aangeraakt, gezien en gevoeld, bestaat uit atomen, de kleinste bouwstenen waaruit vaste stoffen, vloeistoffen en gassen bestaan. Ze zijn te klein om van dichterbij te bekijken, maar ze vormen dingen als je computer, het water dat je drinkt en zelfs de lucht die je inademt. Er zijn veel soorten atomen, waaronder zuurstof, stikstof en ijzer. Elk van deze typen wordt elementen genoemd.
Sommige daarvan zijn gassen (zuurstof). Het nikkel element is zilver van kleur. Er zijn anderenkenmerken die deze kleine deeltjes van elkaar onderscheiden. Wat maakt deze elementen eigenlijk anders? Het antwoord is simpel: hun atomen hebben verschillende aantallen protonen. Dit elementaire deeltje heeft een positieve lading en bevindt zich in het centrum van het atoom.
Alle atomen zijn uniek
Atomen lijken erg op elkaar, maar het verschillende aantal protonen maakt ze tot een uniek type element. Zuurstofatomen hebben bijvoorbeeld 8 protonen, waterstofatomen hebben er maar 1 en goudatomen hebben 79. Je kunt veel over een atoom vertellen door gewoon zijn protonen te tellen. Deze elementaire deeltjes bevinden zich in de kern zelf. Oorspronkelijk werd gedacht dat het een fundamenteel deeltje was, maar recente studies hebben aangetoond dat protonen bestaan uit kleinere ingrediënten die quarks worden genoemd.
Wat is een proton?
Welk elementair deeltje heeft een positieve lading? Dit is een proton. Dit is de naam van het subatomaire deeltje dat zich in de kern van elk atoom bevindt. In feite is het aantal protonen in elk atoom het atoomnummer. Tot voor kort werd het beschouwd als een fundamenteel deeltje. Nieuwe technologieën hebben echter geleid tot de ontdekking dat het proton bestaat uit kleinere deeltjes die quarks worden genoemd. De quark is een fundamenteel materiedeeltje dat pas recentelijk is ontdekt.
Waar komen protonen vandaan?
Een elementair deeltje met een positieve lading,een proton genoemd. Deze elementen kunnen worden gevormd als gevolg van het verschijnen van onstabiele neutronen. Na ongeveer 900 seconden zal het neutron dat van de kern afkaatst vervallen in andere elementaire deeltjes van het atoom: een proton, een elektron en een antineutrino.
In tegenstelling tot het neutron is het vrije proton stabiel. Wanneer vrije protonen met elkaar interageren, vormen ze waterstofmoleculen. Onze zon bestaat, net als de meeste andere sterren in het heelal, voor het grootste deel uit waterstof. Een proton is het kleinste elementaire deeltje met een lading van +1. Een elektron heeft een lading van -1, terwijl een neutron helemaal geen lading heeft.
Subatomaire deeltjes: locatie en lading
Elementen worden gekenmerkt door hun atomaire structuur, bestaande uit subatomaire elementaire deeltjes: protonen, neutronen en elektronen. De eerste twee groepen bevinden zich in de kern (centrum) van het atoom en hebben een massa van één atoommassa. De elektronen bevinden zich buiten de kern, in zones die "schillen" worden genoemd. Ze wegen bijna niets. Bij het berekenen van de atomaire massa wordt alleen aandacht besteed aan protonen en neutronen. De massa van een atoom is hun som.
Door de atomaire massa van alle atomen in een molecuul op te tellen, kan men de molecuulmassa schatten, die wordt uitgedrukt in eenheden van atomaire massa (d altons genoemd). Elk van de zware deeltjes (neutronen, protonen) weegt één atoommassa, dus het heliumatoom (He), datheeft twee protonen, twee neutronen en twee elektronen, weegt ongeveer vier atomaire massa-eenheden (twee protonen plus twee neutronen). Naast locatie en massa heeft elk subatomair deeltje een eigenschap die "lading" wordt genoemd. Het kan "positief" of "negatief" zijn.
Elementen met dezelfde lading hebben de neiging om elkaar te reflecteren, terwijl objecten met tegengestelde ladingen elkaar aantrekken. Welk elementair deeltje heeft een positieve lading? Dit is een proton. Neutronen hebben helemaal geen lading, wat de kern een algehele positieve lading geeft. Elk elektron heeft een negatieve lading, die even sterk is als de positieve lading van een proton. De elektronen en protonen van de kern worden door elkaar aangetrokken, en dit is de kracht die het atoom bij elkaar houdt, vergelijkbaar met de zwaartekracht die de maan in een baan rond de aarde houdt.
Stabiel subatomair deeltje
Welk elementair deeltje heeft een positieve lading? Het antwoord is bekend: proton. Bovendien is het even groot als de eenheidslading van het elektron. De massa in rust is echter 1,67262 × 10-27 kg, wat 1836 keer de massa van een elektron is. Protonen vormen samen met elektrisch neutrale deeltjes die neutronen worden genoemd, alle atoomkernen behalve waterstof. Elke kern van een bepaald chemisch element heeft hetzelfde aantal protonen. Het atoomnummer van dit element bepa alt zijn positie in het periodiek systeem.
Ontdekking van het proton
Een elementair deeltje met een positieve lading is het proton, waarvan de ontdekking dateert uit de vroegste studies van de atomaire structuur. Bij het bestuderen van de stromen van geïoniseerde gasvormige atomen en moleculen, waaruit elektronen werden verwijderd, werd een positief deeltje bepaald, in massa gelijk aan een waterstofatoom. Ernest Rutherford (1919) toonde aan dat stikstof, wanneer het wordt gebombardeerd met alfadeeltjes, waterstof uitstra alt wat lijkt op waterstof. Tegen 1920 isoleerde hij een elementair deeltje uit waterstofkernen en noemde het een proton.
Hoogenergetisch deeltjesfysica-onderzoek aan het einde van de 20e eeuw verbeterde het structurele begrip van de aard van het proton binnen een groep subatomaire deeltjes. Het is aangetoond dat protonen en neutronen bestaan uit kleinere deeltjes en worden geclassificeerd als baryonen - deeltjes die bestaan uit drie elementaire eenheden van materie die bekend staan als quarks.
Subatomair deeltje: naar een grootse verenigde theorie
Atoom is een klein stukje materie, dat een specifiek element is. Lange tijd geloofde men dat het het kleinste stukje materie was dat kon bestaan. Maar aan het eind van de 19e eeuw en het begin van de 20e eeuw ontdekten wetenschappers dat atomen bestaan uit bepaalde subatomaire deeltjes, en dat ongeacht welk element dezelfde subatomaire deeltjes een atoom vormen. Het aantal verschillende subatomaire deeltjes is het enige dat verandert.
Wetenschappers erkennen nu dat er veel subatomaire deeltjes zijn. Maar om succesvol te zijn in de chemie, hoef je eigenlijk alleen maar met de drie belangrijkste om te gaan: protonen, neutronen en elektronen. Materie kan op twee manieren elektrisch worden geladen: positief of negatief.
Hoe heet een elementair deeltje met een positieve lading? Het antwoord is simpel: een proton, hij is het die één eenheid positieve lading draagt. En door de aanwezigheid van negatief geladen elektronen is het atoom zelf neutraal. Soms kunnen sommige atomen elektronen winnen of verliezen en een lading krijgen. In dit geval worden ze ionen genoemd.
Elementaire deeltjes van het atoom: een geordend systeem
Het atoom heeft een systematische en geordende structuur die voor stabiliteit zorgt en verantwoordelijk is voor allerlei eigenschappen van materie. De studie van deze subatomaire deeltjes begon meer dan honderd jaar geleden, en inmiddels weten we er al veel over. wetenschappers hebben ontdekt dat het grootste deel van het atoom leeg is en dun bevolkt door "elektronen". Het zijn negatief geladen lichtdeeltjes die rond het centrale zware deel draaien, dat is 99,99% van de totale massa van het atoom. Het was gemakkelijker om de aard van elektronen te achterhalen, maar na talloze ingenieuze studies werd bekend dat de kern positieve protonen en neutrale neutronen bevat.
Elke eenheid in het universum bestaat uit atomen
De sleutel tot het begrijpen van de meeste eigenschappen van materie is dat elke eenheid in ons universum uit atomen bestaat. Er zijn 92 natuurlijk voorkomende soorten atomen, en ze vormen moleculen, verbindingen en andere soorten stoffen om de complexe wereld om ons heen te creëren. Hoewel de naam "atoom" is afgeleid van het Griekse woord átomos, wat "ondeelbaar" betekent, heeft de moderne natuurkunde aangetoond dat het niet de laatste bouwsteen van materie is en zich inderdaad "verdeelt" in subatomaire deeltjes. Zij zijn de echte fundamentele entiteiten waaruit de hele wereld bestaat.
