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Tres formas de encontrar la masa de protones incluyen el cálculo desde la teoría, la masa molar atómica y las comparaciones de carga / masa con electrones. Usar la teoría para encontrar qué masa de protones "debería ser" es realista solo para expertos en el campo. Los cálculos de carga / masa y masa molar se pueden hacer en los niveles de pregrado y secundaria.
Derive la masa de protones de las teorías cuánticas y de relatividad. Los protones tienen una estructura interna: tres partículas (quarks) unidas por fuerzas atractivas (gluones). Las suposiciones ingenuas le darían a cada quark 1/3 de masa de protones. Alrededor del 95 por ciento al 98 por ciento de la masa de protones no es aportada por la masa de 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 haya confusión acerca de la frase "la masa se deriva de la energía".
Calcule sabiendo la masa molar de hidrógeno. Un mol equivale a 6.022e23, igual que una docena equivale a 12 o un par equivale a dos. Podemos dar por sentado que un mol de átomos de hidrógeno (no moléculas "H2") pesa 1.0079 g. Cada átomo de hidrógeno contiene un protón, por lo que un mol de protones pesa 1.0079 g. Como cada mol equivale a 6.022e23 unidades, sabemos que 6.022e23 protones pesan 1.0079 gramos. Al dividir 1.0079 g por número molar (1.0079 / 6.022e23) se obtiene la masa de protones: 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 lo absurdo físico de 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, aparecen tres fuentes de error. Primero, los protones en los átomos de hidrógeno no están unidos. En otros elementos, los protones están unidos a neutrones. Los protones unidos en un núcleo tienen menos energía, por lo tanto, un poco menos masa que los protones aislados. En segundo lugar, el número de electrones y el error si los ignora comienzan a sumar. La contabilidad de los electrones hace que todo el esfuerzo sea más complicado. Por último, los elementos más pesados son radiactivos. Considere los caminos de descomposición, la presencia de isótopos, las vidas medias, etc. Una vez más, el cálculo aún es posible, pero se vuelve más difícil de lo necesario.
Usar relaciones carga / masa. Este método mide la curvatura de las partículas al ingresar a campos eléctricos y magnéticos calibrados. La magnitud de la curvatura indicaría la masa de protones en comparación con la masa de electrones. La idea experimental es similar a influir en el movimiento de una bola rodante. Una fuerza mecánica constante desviará una sandía pesada (protón) del recorrido en línea recta en pequeña medida. La misma fuerza desviará una pelota de golf ligera (electrón) mucho más.