Tres formas de encontrar la masa de protones incluyen el cálculo de la teoría, de la masa molar atómica y las comparaciones de carga /masa con los electrones. Usar la teoría para encontrar qué debería ser la masa de protones es realista solo para los expertos en el campo. Los cálculos de carga /masa y de masa molar se pueden realizar a nivel de pregrado y secundaria.
Derive la masa de protones de las teorías cuántica y de relatividad. Los protones tienen estructura interna: tres partículas (quarks) unidas por fuerzas atractivas (gluones). Las suposiciones ingenuas darían a cada quark 1/3 de masa de protones. Alrededor del 95 por ciento al 98 por ciento de la masa del protón no es aportada por la masa del quark. En verdad, la mayor parte de la masa de protones se deriva de la energía de interacción entre los quarks. Recuerde "E = mc ^ 2" en caso de que exista confusión acerca de la frase "la masa se deriva de la energía".
Calcule la masa de hidrógeno molar con conocimiento. Una mole equivale a 6.022e23, al igual que una docena es igual a 12 o un par es igual a dos. Podemos dar por sentado que una mol de átomos de hidrógeno (no moléculas "H2") pesa 1.0079 g. Cada átomo de hidrógeno contiene un protón, por lo que una mol de protones pesa 1.0079 g. Como cada mol equivale a 6.022e23 unidades, sabemos que 6.022e23 protones pesan 1.0079 gramos. La división de 1.0079 g por número de mol (1.0079 /6.022e23) da masa de protón: 1.6737e-24 g.
Tenga en cuenta que los átomos de hidrógeno tienen un electrón para equilibrar la carga de protones. Los protones sin electrones, ya sea como disueltos en solución o como plasma, son muy diferentes de los átomos de hidrógeno. Dado que el cálculo no se detiene allí, podemos ignorar el absurdo físico al pretender que los electrones no existen.
Tenga en cuenta que el método de cálculo de "masa molar" se puede hacer con cualquier elemento. Sin embargo, tres fuentes de error se arrastran hacia arriba. Primero, los protones en átomos de hidrógeno no están unidos. En otros elementos, los protones están unidos a los neutrones. Los protones unidos en un núcleo tienen menos energía, por lo tanto, una masa ligeramente menor que los protones aislados. En segundo lugar, el número de electrones y el error al ignorarlos comienza a sumarse. La contabilidad de electrones hace que todo el esfuerzo sea más complicado. Por último, los elementos más pesados son radiactivos. Considere rutas de desintegración, presencia de isótopos, vidas medias, etc. Nuevamente, el cálculo aún es posible, pero se vuelve más difícil de lo necesario.
Use relaciones de carga /masa. Este método mide la curvatura de partículas al ingresar a campos eléctricos y magnéticos calibrados. La magnitud de la curvatura indicaría la masa del protón en comparación con la masa del electrón. La idea experimental es similar a influir en el movimiento de una pelota rodante. Una fuerza mecánica constante desviará una sandía pesada (protón) del recorrido en línea recta en una pequeña medida. La misma fuerza desviará una pelota de golf ligera (electrón) mucho más.
Consejo
El método de masa molar ignora la masa de electrones. Los electrones son aproximadamente 1/1837 tan masivos como protones, y solo hay un electrón por átomo de hidrógeno. La notación científica como "1.6737e-24" es conveniente para números muy grandes o muy pequeños. En notación decimal, un protón pesa 0.0000000000000000000000016737 g.
