Trois façons de trouver la masse protonique comprennent le calcul de la théorie, de la masse molaire atomique et des comparaisons charge /masse avec les électrons. L'utilisation de la théorie pour trouver ce que devrait être la masse de protons n'est réaliste que pour les experts du domaine. Les calculs de charge /masse et de masse molaire peuvent être faits aux niveaux du premier cycle et du secondaire.

Calculer la masse de protons à partir des théories quantiques et relativistes. Les protons ont une structure interne - trois particules (quarks) maintenues ensemble par des forces d'attraction (gluons). Des hypothèses naïves donneraient à chaque quarks une masse de protons de 1/3. Environ 95% à 98% de la masse protonique n'est pas due à la masse de quarks. En vérité, la majeure partie de la masse de protons provient de l'énergie d'interaction entre les quarks. Rappelez-vous "E = mc ^ 2" au cas où il y aurait une confusion à propos de l'expression "la masse dérive de l'énergie".

Calculez la masse molaire de l'hydrogène. Une mole est égale à 6.022e23, tout comme une douzaine égale 12 ou une paire égale deux. Nous pouvons considérer comme acquis qu'une mole d'atomes d'hydrogène (pas des molécules "H2") pèse 1,0079 g. Chaque atome d'hydrogène contient un proton, donc une mole de protons pèse 1,0079 g. Puisque chaque mole est égale à 6,022e23 unités, nous savons que les protons de 6,022e23 pèsent 1,0079 grammes. En divisant 1,0079 g par le nombre de moles (1,0079 /6,022e23), on obtient la masse de protons: 1,6737e-24 g.

Notez que les atomes d'hydrogène ont un électron pour équilibrer la charge protonique. Les protons sans électrons, dissous en solution ou sous forme de plasma, sont très différents des atomes d'hydrogène. Puisque le calcul ne s'arrête pas là, on peut ignorer l'absurdité physique en prétendant que les électrons n'existent pas.

Gardez à l'esprit que la méthode de calcul de la «masse molaire» peut être faite avec n'importe quel élément. Cependant, trois sources d'erreur se glissent. Premièrement, les protons dans les atomes d'hydrogène ne sont pas liés. Dans d'autres éléments, les protons sont liés aux neutrons. Les protons liés dans un noyau ont moins d'énergie - donc légèrement moins de masse - que les protons isolés. Deuxièmement, le nombre d'électrons, et l'erreur si les ignorer, commence à s'additionner. La comptabilisation des électrons rend toute l'entreprise plus compliquée. Enfin, les éléments les plus lourds sont radioactifs. Considérons les chemins de désintégration, la présence d'isotopes, les demi-vies, etc. Encore une fois, le calcul est encore possible, mais il devient plus difficile qu'il ne devrait l'être.

Utiliser les rapports charge /masse. Cette méthode mesure la courbure des particules à l'entrée des champs électriques et magnétiques calibrés. L'amplitude de la courbure indique la masse du proton comparée à la masse de l'électron. L'idée expérimentale est similaire à influencer le mouvement d'une balle roulante. Une force mécanique constante détournera légèrement une grosse pastèque (proton) d'un déplacement en ligne droite. La même force va beaucoup plus dévier une balle de golf légère (électron).

Astuce

La méthode de la masse molaire ignore la masse des électrons. Les électrons sont environ 1/1837 aussi massifs que les protons, et il n'y a qu'un électron par atome d'hydrogène. La notation scientifique telle que "1.6737e-24" est pratique pour les très grands ou très petits nombres. En notation décimale, un proton pèse 0,0000000000000000000000016737 g.