Três maneiras de encontrar a massa de prótons incluem o cálculo da teoria, da massa molar atômica e as comparações carga /massa com elétrons. Usar a teoria para descobrir o que a massa de prótons “deveria ser” é realista apenas para os especialistas da área. Os cálculos de carga /massa e massa molar podem ser feitos nos níveis de graduação e ensino médio.

Derivar a massa de prótons das teorias de quantum e relatividade. Os prótons têm estrutura interna - três partículas (quarks) mantidas juntas por forças atraentes (glúons). Suposições ingênuas dariam a cada quark 1/3 de massa de prótons. Cerca de 95% a 98% da massa de prótons não é contribuída pela massa do quark. Na verdade, a maior parte da massa de prótons é derivada da energia de interação entre os quarks. Lembre-se de “E = mc ^ 2” no caso de haver confusão sobre a frase “massa é derivada de energia”.

Calcule o conhecimento da massa de hidrogênio molar. Uma mole é igual a 6.022e23, assim como uma dúzia é igual a 12 ou um par é igual a dois. Podemos considerar que uma molécula de átomos de hidrogênio (não moléculas "H2") pesa 1,0079 g. Cada átomo de hidrogênio contém um próton, então uma mole de prótons pesa 1,0079 g. Como cada mole é igual a 6,022e23 unidades, sabemos que 6,022e23 prótons pesam 1,0079 gramas. Dividindo 1,0079 g pelo número de mole (1,0079 /6,022e23) dá massa de prótons: 1,6737e-24 g.

Observe que os átomos de hidrogênio têm um elétron para equilibrar a carga de prótons. Prótons sem elétrons, dissolvidos em solução ou como plasma, são muito diferentes dos átomos de hidrogênio. Como o cálculo não para por aí, podemos ignorar o absurdo físico de fingir que os elétrons não existem.

Tenha em mente que o método de cálculo da "massa molar" pode ser feito com qualquer elemento. No entanto, três fontes de erro aumentam. Primeiro, os prótons em átomos de hidrogênio não estão ligados. Em outros elementos, prótons são ligados a nêutrons. Os prótons ligados em um núcleo têm menos energia - portanto, um pouco menos massa - que os prótons isolados. Segundo, o número de elétrons e o erro, se ignorados, começam a somar. Contabilizar os elétrons torna todo o esforço mais complicado. Por fim, elementos mais pesados ​​são radioativos. Considere caminhos de decaimento, presença de isótopos, meias-vidas, etc. Novamente, o cálculo ainda é possível, mas se torna mais difícil do que precisa ser.

Use taxas de carga /massa. Este método mede a curvatura da partícula ao entrar em campos elétricos e magnéticos calibrados. A magnitude da curvatura indicaria a massa de prótons em comparação com a massa de elétrons. A ideia experimental é semelhante a influenciar o movimento de uma bola rolante. Uma força mecânica constante irá desviar uma melancia pesada (próton) do deslocamento em linha reta para uma pequena extensão. A mesma força desviará muito mais uma bola de golfe leve (elétron).

Dica

O método da massa molar ignora a massa eletrônica. Os elétrons são aproximadamente 1/1837 tão maciços quanto prótons, e há apenas um elétron por átomo de hidrogênio. A notação científica como “1.6737e-24” é conveniente para números muito grandes ou muito pequenos. Em notação decimal, um próton pesa 0.0000000000000000000000016737 g.