אנו מסבירים מהם פרוטונים, כיצד הם התגלו, תכונותיהם ומאפיינים. כמו כן, מה הם נוקלונים.
מהו פרוטון?
הפרוטון הוא סוג שלחלקיק תת אטומי, כלומר, אחד מהחלקיקים המינימליים המרכיבים את האטום. הוא שייך למשפחת הפרמיונים והוא ניחן במטען חשמלי חִיוּבִי.
כל החוֹמֶר עשוי מאטומים, ואלה בתורם, מורכבים בעצם משלושה סוגים של חלקיקים שניחנו במטען חשמלי שונה: אלקטרונים (חיוב שלילי), הנויטרונים (מטען ניטרלי) ופרוטונים (מטען חיובי).
במשך זמן רב חשבו שהפרוטון הוא סוג יסודי של חלקיק, כלומר, לא ניתן לחלקו. עם זאת, כיום יש עדויות חזקות שהוא מורכב ממנו קווארקים.
בכל מקרה, הפרוטון הוא חלקיק תת-אטומי יציב. שלא כמו האלקטרון, המקיף את גרעין האטום, פרוטונים כלולים בגרעין האטום יחד עם נויטרונים, התורמים את רוב מסת האטום.
גילוי הפרוטון
פרוטונים התגלו בשנת 1918 על ידי ארנסט רתרפורד (1871-1937), כימאי ופיזיקאי בריטי. בעיצומם של ניסויים עם גַז של חנקן, ראתרפורד ציין שהמכשירים שלו זיהו נוכחות של גרעיני מימן על ידי ירי חלקיקי אלפא לעבר הגז.
הוא הגיע למסקנה שגרעינים אלה חייבים להיות חלקיקים יסודיים של חומר, מבלי לדעת באותו זמן שדווקא גרעין אטום המימן מכיל חלקיק בודד: פרוטון. לפיכך, הוחלט לספק מימן עם מספר אטומי 1.
עם זאת, ידוע מהתנסויות מדעיות קודמות שהובילו לגילוי זה. לדוגמה, הפיזיקאי הגרמני יוג'ין גולדשטיין (1850-1930) בשנת 1886 מצא יונים חיוביים בתוך האטום, באמצעות ניסויים בקרני קתודה.
בנוסף, הבריטי ג'יי ג'יי תומפסון (1856-1940) כבר גילה אלקטרונים ואת המטען השלילי שלהם, כלומר, היה צורך שיהיה סוג אחר של חלקיקים עם מטען הפוך באטום.
תכונות ומאפיינים של הפרוטון
פרוטונים הם חלקיקים מרוכבים יציבים, הרבה יותר מאסיביים מאלקטרון (פי 1836) וניחנים במטען יסוד חיובי של 1 (1.6 x 10-19 C). הם מורכבים משלושה חלקיקים יסודיים או קווארקים: שתיים "לְמַעלָה"(מעל) ואחד"מטה"(למטה). זמן מחצית החיים שלהם גדול מ-1035 שנים, וממנה הם רגישים לפירוק.
לפרוטונים יש, כמו חלקיקים תת-אטומיים אחרים, ספין משלהם, כלומר תנע זוויתי מהותי ובלתי משתנה, שבמקרה זה הוא ½. תכונה זו שימושית במיוחד עבור תהודה מגנטית גרעינית ויישומים טכנולוגיים מודרניים אחרים.
נוקלונים
מכיוון שהם נמצאים בדרך כלל בגרעין האטום, פרוטונים וניוטרונים ידועים כ"נוקלונים". האלקטרונים, לעומת זאת, מסתובבים סביבם בצורה פחות או יותר מפוזרת.
גרעינים קשורים זה לזה על ידי כוחות גרעיניים חזקים, שרק באטומים גדולים במיוחד (כגון אורניום) יכולים להיכנע לכוחות אחרים, כגון אלקטרומגנטית.
נוקלונים מהווים את האחוז הגדול ביותר של מסה של כל אטום ולכן קובעים את ההבדל בין א יסוד כימי והשני: למשל, לאטום המימן יש רק פרוטון אחד בגרעין, בעוד שלאטום הליום יש שני פרוטונים ונייטרון אחד או שניים, תלוי באיזוטופ הספציפי.
מספר אטומי
בטבלה המחזורית ניתן לראות את המספר האטומי של כל יסוד.ה מספר אטומי (Z) מציין כמה פרוטונים יש לסוג אטום בגרעין שלו. לכל יסוד כימי יש מספר אטומי שונה, אם כי ההתנהגות הכימית שלו נקבעת דווקא על פי מספר האלקטרוניםמַסלוּל סביב הגרעין שלו (שעבור אטום ניטרלי שווה למספר הפרוטונים).
כך, למשל, לכלור (Cl) יש 17 פרוטונים בגרעין שלו, כך שהמספר האטומי שלו הוא 17. מספר זה אף פעם לא משתנה, אפילו לא בין איזוטופים (גרסאות) של אותו אטום, שכן הם נבדלים בין כן רק לפי המספר של נויטרונים בגרעין שלו.