Le proton

Le proton

par
  1. Masse
  2. Taille
  3. Charge électrique
  4. Symbole d’un proton
  5. Le proton est un nucléon
  6. Les protons dans le noyau de l’atome
  7. Le proton est un ion hydrogène
  8. Nombre de protons et numéro atomique
  9. Nombre de protons et nombre d’électrons
  10. Nombre de protons et charge du noyau
  11. Proton et force électrique
  12. La composition du proton

Masse

Masse approchée d’un proton (3 chiffres significatifs): mp = 1,672.10-27 kg

Masse exprimée avec la plus grande précision connue: mp = 1.672621898 .10-27 kg

Cette masse est très proche de celle du neutron (l’autre nucléon), si l’on se limite à 3 chiffres significatifs on peut même considérer que leur masse sont égales.

Taille

Un proton est une particule sphérique de rayon rp  = 8,7.10-16 m

Son ordre de grandeur est donc de 10-15m

En comparaison, le rayon d’un atome est de l’ordre de 10-10 m soit 10 000 fois plus grand.

Le volume d’un proton est:
V= 4/3.π.rp3
V= 2,8.10-48 m3

Charge électrique

Le proton est une particule chargée positivement, plus précisément il porte une charge électrique élémentaire positive que l’on peut noter +e dont

  • la valeur approchée est 1,60.10-19 C
  • la valeur la plus précise connue est 1.6021766208.10-19 C

Symbole d’un proton

Le proton peut être représenté par la lettre p (minuscule) mais on utilise parfois, en particulier dans les équations de réaction nucléaire (étudiées en première S), la notation 11p (le premier indique le nombre de proton et le deuxième correspond au nombre de nucléons.

Par ailleurs, un proton correspond au noyau de l’isotope 1 de l’hydrogène et pourrait aussi être représenté par le symbole atomique 11H.

Le proton est un nucléon

Le proton fait partie de la famille des nucléons qui regroupe les particules présentes dans le noyau atomique. Cette famille comporte donc également les neutrons.

Le proton est un ion hydrogène

 Le principal isotope de l’hydrogène (l’hydrogène 1) possède un noyau constitué d’un seul proton et d’aucun neutron. La forme atomique de cet isotope est donc composée d’un proton central autour duquel tourne un unique électrons. Lorsque cet atome se transforme en ion il perd son électron, par conséquent l’ion hydrogène H+ n’est plus constitué que d’un seul proton.

Les protons dans le noyau de l’atome

Les protons d’un atome sont situés dans son noyau où ils sont associés à des neutrons. La force électrique répulsive devraient les éloigner les uns des autres mais une force attractive plus puissante les maintient ensemble, il s’agit de la force nucléaire.

Nombre de protons et numéro atomique

Par définition le numéro atomique Z d’un élément correspond au nombre de protons dans son noyau. Pour déterminer le nombre de protons dans un atome ou un ion, il suffit donc trouver le numéro atomique de leur élément chimique (en utilisant par exemple le tableau périodique)

Nombre de protons et nombre d’électrons

Un atome est toujours électriquement neutre ce qui implique que chaque charge électrique élémentaire positive portée par un proton du noyau est compensée par une charge élémentaire négative portée par un électron.

Par conséquent le nombre de protons dans un atome correspond aussi au nombre d’électrons, il suffit de déterminer l’un pour connaître l’autre.

Exemples

  • un atome possède 22 électrons dans son nuage électronique donc il possède aussi 22 protons dans son noyau.
  • l’atome de numéro atomique 34 a, par définition, 34 protons dans son noyau donc il comporte aussi 34 électrons dans son nuage électronique.

Dans le cas d’un ion monoatomique (cation ou anion) il n’y a plus de neutralité électrique et il est nécessaire de d’abord déterminer le nombre d’électrons perdus ou gagnés (en se référant à la formule de l’ion) afin de trouver le nombre d’électrons de la forme atomique et d’en déduire le nombre de proton.

Exemple

L’ion chlorure de formule Cl–, possède 18 électrons. D’après sa formule, il possède un électron de plus que sa forme atomique par conséquent cette dernière comporte 17 électrons mais aussi 17 protons.

Nombre de protons et charge du noyau

La charge totale q d’un noyau atomique correspond à la somme de toute les charges élémentaires (+e) portées par proton. Si un noyau comporte un nombre n de proton alors on a la relation suivante:

q = n.(+e)

On peut donc déduire le nombre de protons:

n = q/(+e)

Exemple
Le noyaux d’un atome porte une charge électrique q = 1,76.10-18 C.
Le nombre n de protons dans ce noyau est:
n = q/(+e)
n = (1,76.10-18)/(1,60.10-19)
n = 11
Ce noyau comporte 11 protons et ce élément a un numéro atomique Z=11

Proton et force électrique

Le proton étant une particule chargée, il interagit avec tout autre particule chargée:

  • L’interaction est répulsive avec des particules chargées positivement (comme par exemple d’autres protons)
  • L’interaction est attractive avec des particules chargées négativement (comme des électrons)

Remarques

  • les protons d’un noyau atomique se repousse à cause de la force électrique mais ils sont maintenus ensemble grâce à la force nucléaire attractive.
  • les protons d’un noyau atomique attirent les électrons de ce atome (et les maintiennent captifs) mais il peuvent aussi interagir avec les électrons d’un autre atome proche.

La composition du proton

Le proton n’est pas une particule élémentaire, il est constitué de particules plus petites appelées quarks qui portent chacun un tiers de charge élémentaire positive et sont maintenus ensemble par la force nucléaire.