原子の素粒子が発見された直後、科学者は原子内での素粒子の分布を解明することに熱中しました。 原子の構造を説明するために、いくつかの原子モデルが提案された。 しかし、その多くは原子の安定性を説明することができませんでした。 ここでは、現在の原子の概念につながる2つの原子モデルについて学びましょう。
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トムソンの原子モデル
1898年、J.M.A.は原子モデルを開発しました。 J. Thomsonは、後に登場する多くの原子モデルの最初のものを提案した。 彼は、原子は半径約10-10mの球のような形をしており、そこに正の電荷が一様に分布していると提唱した。 この球体の中に電子が埋め込まれることで、最も安定した静電的な配置が得られるとしたのです。 あるいは、電子がプリンの中のプラムやレーズンであるプリンと考えることもできます。
このモデルの重要な点は、原子の質量が原子の上に一様に分布していると仮定していることです。 トムソンの原子模型は、原子の全体的な中立性を説明することに成功した。 しかし、その命題は、その後の実験結果とは一致しないものであった。
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ラザフォードの原子モデル
原子モデルの第二はアーネストラザフォードによる貢献であった。 ラザフォードとその弟子のハンス・ガイガーとアーネスト・マースデンは、彼らのモデルを考えるために、非常に薄い金箔にα粒子をぶつける実験を行いました。
α粒子散乱実験
実験
この実験では、放射源からの高エネルギーα粒子を薄い金箔（厚さ約100nm）に当てます。 薄い金箔の周囲には円形の蛍光性硫化亜鉛のスクリーンがありました。
ラザフォードのα粒子散乱実験
結果
トムソンのモデルからすると、金箔のすべての原子の質量は原子全体に均一に広がるはずである。 したがって、α粒子が箔にぶつかると、箔を通過するときに減速し、小さな角度だけ方向を変えることが予想される。
トムソンのモデルとラザフォードのモデル
α散乱実験の結論
以上の結果に基づいて、ラザフォードは原子の構造について次の結論を出した：
- ほとんどのα粒子は箔を曲げていない通過したので、原子の空間のほとんどは空であると言える。
- 正電荷のα粒子数個が偏向したのは、巨大な反発力によるものでしょう。 このことは、トムソンが提唱したように、正電荷が原子全体に一様に広がっていないことを示唆している。
- ラザフォードの計算では、原子核の体積は原子全体の体積に比べて非常に小さく、原子の半径は10-10m程度であるのに対し、原子核の半径は10-15mであった。
Nuclear Model Of The Atom
ラザフォードは自分の観測と結論に基づいて、原子の構造モデルを提唱した。 このモデルによると、原子の質量と正電荷の大部分は、原子の中の非常に小さな領域に密に集中しています。 ラザフォードはこの領域を原子核と呼んだ。
- ラザフォードの原子モデルによると、電子（惑星）は原子核（太陽）の周りを明確に定義された軌道を描いて移動しています。 軌道上を動く物体は加速度を受けなければならないので、この場合、電子は加速度を受けているはずである。 マクスウェルの電磁気学によれば、荷電粒子は加速されると電磁波を放射するはずである。 したがって、軌道上の電子は放射線を出し、やがて軌道は収縮する。 そうすると、電子は螺旋状に原子核の中に入っていくことになる。 しかし、これは起きない。 したがって、ラザフォードのモデルは原子の安定性を説明できない。
- 反対に、電子は動かず、静止していると考えてみよう。
- ラザフォードのモデルも、原子核の周りの電子の分布やこれらの電子のエネルギーについては何も述べていない。
このように、トムソンとラザフォードの原子モデルは原子の構造の主要部分を明らかにしたが、いくつかの重要な点には対処できなかった。
原子番号と質量数
今わかっているように、原子核に正の電荷があるのは陽子によるものである。 また、陽子の電荷は電子の電荷と等しいが逆である。 原子番号(Z)は原子核に存在する陽子の数です。 例えば、ナトリウムの陽子の数は11個であるのに対し、水素の陽子の数は1個なので、ナトリウムと水素の原子番号はそれぞれ11と1である。 したがって、ナトリウムの電子数は11、水素の電子数は1です。
原子番号＝原子核の陽子の数
＝中性原子の電子数
原子核の陽電子は陽子によるものですが、原子の質量は陽子と中性子によるものです。 これらを総称して核子と呼ぶ。 原子の質量数（A）は核子の総数です。
質量数（A）＝陽子の数（Z）＋中性子の数（n）
したがって、原子の組成は質量数（A）を左上文字、原子番号（Z）を左下文字とする元素記号（X）で表されます-AZX。
原子番号について詳しくはこちら
アイソバーとアイソトープ
アイソバーとは、質量数が同じで原子番号が異なる原子のことです。 例えば、146Cと147Nです。
アイソバーについて詳しくはこちら一方、同位体は、原子番号が同じで質量数が異なる原子のことを指します。 つまり、同位体の違いは、原子核に含まれる中性子の数が違うことに起因しています。 これを水素を例にとって理解してみましょう。
- 水素原子の99.985%は陽子を1つだけ含んでいます。 この同位体はプロチウム（11H）です。
- 1個の陽子と1個の中性子を含む同位体は重水素（21D）です。
- 1個の陽子と2個の中性子を含む同位体は三重水素（31T）です。 この同位体は地球上に微量に存在します。
その他の一般的な同位体は – 陽子数6、中性子数6、7、8の炭素原子（126C、136C、146C）および陽子数17、中性子数18、20の塩素原子（3517Cl、3717Cl）です。 中性子の数は元素の化学的性質にほとんど影響を及ぼさない。
同位体についてはこちらで詳しく説明しています。
Solved Examples For You
質問1：列を合わせてください：
| 1. 質量数 | a. 原子の核モデル |
| 2. J.J.トムソン | b. 陽子の数 |
| 3. ラザフォード | c. 核子の数 |
| 4. 原子の数 | d. プラムプディングモデル |
解答。 1→c、2→d、3→a、4→b＜2309＞＜7963＞問2：5626Feの陽子数、中性子数、電子数を計算せよ＜2309＞＜7963＞解答 5626Feでは、原子番号（Z）＝26、質量数（A）＝56.
陽子の数＝電子の数＝Z＝26.
中性子の数＝A-Z＝56 – 26＝30.