Протон

Протон (от греческого «протос» — «первый») представляет собой стабильную положительно заряженную частицу, которая является ядром атома водорода (Н⁺). Масса протона m_p = 1,6726425•10^-24 г, в 1836 раз больше массы электрона, а заряд по величине равен электронному. Вместе с нейтронами протоны образуют атомные ядра всех химических элементов. Число протонов в ядре определяет атомный номер элемента и тем самым его место в периодической системе. Теоретики предполагают, что в принципе протон может быть способен к распаду, хотя его время жизни оценивается астрономической величиной — 10³² лет (!).

Это время огромно, оно во много раз больше времени существования Вселенной (2•10¹⁰ лет). Относительная стабильность протона сделала возможными образование химических элементов и в конечном итоге появление разумной жизни.

Первые представления о протоне появились в начале 1910-х гг. В 1919—1920 гг. английский физик Э. Резерфорд экспериментально исследовал ядра водорода, выбитые α-частицами из ядер различных элементов; им же в начале 1920-х гг. был введен термин «протон».

Протон участвует в каждом из фундаментальных взаимодействий природы (см. Атом). Так, сильные взаимодействия связывают протоны и нейтроны в ядрах, электромагнитные взаимодействия — протоны и электроны в атомах. В качестве примера слабых взаимодействий можно привести β-распад нейтрона (см. Нейтрон).

Малые размеры протона (r_p≈1,5•10^-15) по сравнению с размерами атомов (r_ат≈1,5•10^-10) и малый заряд приводят к тому, что протон обладает уникальной способностью деформировать электронные оболочки атомов и молекул, оттягивая на себя электронную плотность и соединяясь с ними. Особенно велика роль протона в водных растворах, где он существует в виде гидратированного катиона Н₃О⁺, или H(H₂O)_n⁺. Многие из распространенных в химии определений кислот и оснований основаны на поведении протона в растворе (см. Кислоты, Основания). Важнейшая характеристика растворов — их кислотность, определяемая величиной рН, которая характеризует концентрацию гидратированных протонов в растворе (см. Водородный показатель).

Кроме того, в химических реакциях протон часто может выступать в роли катализатора (кислотный катализ). Примером служит, в частности, реакция этерификации.

И наконец, при исследовании строения химических соединений в настоящее время широко используется метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), одной из наиболее распространенных разновидностей которого является ЯМР на ядрах атома водорода — так называемый протонный магнитный резонанс.