Considera un atomo neutro che ha $ n $ protoni e $ n $ elettroni. È possibile rimuovere un protone dall'atomo tramite qualche tecnica come il bombardamento con un'altra particella o l'applicazione di una quantità appropriata di energia al sistema?
È possibile rimuovere un protone dall'atomo tramite qualche tecnica come il bombardamento con un'altra particella o applicando una quantità appropriata di energia al sistema?
Sì, questo si verifica in natura e può essere fatto anche in laboratorio. In natura il processo è noto come decadimento radioattivo. Di seguito sono elencati due processi di decadimento che rimuoveranno uno o più protoni
Nel laboratorio (nucleare), può essere impiegato un processo noto come fototrasmutazione. Se un nucleo viene irradiato con raggi gamma ad alta energia (fotoni ad alta energia) può assorbire l'energia e trasformarsi in un altro elemento espellendo un protone e \ o un neutrone $$ \ ce {^ 25_12Mg ->C [{h \ nu} ] \ ^ 1_1H + ^ 24_11Na} $$
Puoi fare una stima approssimativa dell'energia richiesta come segue: $$ \ mathrm {24.98583692 \, amu ~ \ longrightarrow 1.00727647 \, amu + 23.99096278 \, amu} $$ confrontando la massa iniziale e finale, troviamo che 0,01240233 amu è stato guadagnato nel processo. Poiché 1 amu = 931,5 MeV, il fotone di raggi gamma dovrebbe avere un'energia di almeno 11,6 MeV.
In realtà esiste un numero (molto piccolo) di nuclei che mostrano decadimenti dell'emissione di protoni spontanei.
Molto più comuni sono le reazioni di emissione di protoni avviate da fotone, neutroni o alfa come la reazione avviata dall'alfa sullo zolfo discussa in questa pre-stampa. Gli alfa a energia moderata che si verificano sui nuclei leggeri generano molti stati finali interessanti, un fatto che è stato determinante per capire come funziona il nucleo (che è certamente di solito inquadrato come una questione di fisica piuttosto che di chimica).
Questa è più una questione di fisica nucleare. Ma ne scriverò comunque.
Primo, c'è una buona quantità di nuclei naturalmente radioattivi, che emettono particelle alfa, cioè $ \ ce {^ 4He} $ nucleus. Quindi, c'è un decadimento $ \ beta ^ + $ meno comune, quando il nucleo emette positroni, trasformando un protone in neutrone nel processo (ed emettendo neutrino). Successivamente, alcuni nuclei catturano gli elettroni (di solito dal guscio dell'elettrone più basso), emettendo neutrino e di nuovo, trasformando un protone in neutrone. L'emissione di protoni è nota, ma estremamente rara.
Successivamente, c'è una certa quantità di reazioni nucleari, quando una particella ad alta energia in arrivo si fonde con il nucleo, che il nucleo eccitato risultante emette alcune altre particelle. Queste reazioni sono estremamente specifiche, ogni coppia di nucleo e particella ha le proprie vie di reazione, ecc. Ecc. Esempio di reazione di emissione di protoni:
$ \ ce {\ ^ 3He + D = ^ 4He + ^ p} $
A volte, i nuclei pesanti dopo aver catturato un neutrone, subiscono il $ \ beta $ -decadimento, trasformandosi in $ \ alpha $-nuclei radioattivi. Il risultato netto sarebbe la perdita di un protone e forse uno o due neutroni. Ma questo è terribilmente specifico per pochi nuclei.
TL; DR: no, non esiste una tecnica generale, ma ci sono alcune tecniche (molto costose), che funzionano in alcuni casi specifici.
Non ho molta conoscenza della chimica nucleare ma:
è possibile che con qualsiasi metodo come bombardare altre particelle o fornire alta energia possiamo rimuovere il protone dall'atomo?
Il miglior esempio a cui riesco a pensare in questo momento è decadimento alfa. Una particella alfa è composta da due protoni e due neutroni legati insieme in un appartamento identico a un nucleo di elio.
Questo è anche ciò che facciamo nella fissione / fusione nucleare [bomba atomica, ecc.]. Ma penso che aggiungere o rimuovere un solo protone potrebbe essere molto difficile.
Un isotopo ottenuto rimuovendo un protone da un atomo è carbonio-14. L'azoto-14 viene bombardato da un neutrone e un protone viene spostato dando il carbonio-14, che alla fine decade di nuovo nell'isotopo dell'azoto. La nostra capacità di datare il materiale organico tramite il carbonio-14 dipende quindi da un processo di rimozione del protone.