质子
zhì zǐ
质子是原子核中带正电荷的粒子;质子的数目决定了原子属于哪种元素。
Definition
质子是存在于原子核中的一种带正电荷的微小粒子,数一数质子的个数,就能知道是哪种元素。它带有 $+1$ 的电荷(精确值为 $+1.602 \times 10^{-19}\text{ C}$),质量约为 $1$ 个原子质量单位($1.673 \times 10^{-27}\text{ kg}$),质子数即为原子序数,决定了元素在周期表中的位置。在中性原子中,质子数等于电子数。质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的重子,自由质子是稳定的;在酸碱化学中,氢离子 $H^+$ 其实就是一个裸质子。
Example
每个氢原子恰好有 $1$ 个质子,每个碳原子有 $6$ 个质子,任何含有 $8$ 个质子的原子必定是氧。钠有 $11$ 个质子,所以中性钠原子有 $11$ 个电子,而 $Na^+$ 离子仍有 $11$ 个质子,却只剩 $10$ 个电子。在布朗斯特-劳里理论中,酸会给出一个质子:$HCl + H_2O \rightarrow H_3O^+ + Cl^-$,被转移的粒子正是氢原子的整个原子核。
Key Insight
质子就像元素的身份证号:数目一变,元素就变了。质子在化学反应中永远不会改变,所以钠变成 $Na^+$ 时失去的是一个电子,而不是质子,它依然是钠。质子的质量大约是电子的 $1836$ 倍,这就是为什么原子核主宰了原子的质量,而电子却主宰了原子的大小和化学性质。