物理学、化学、数学のすべての要素を組み合わせた後、科学者は原子である物質の基本単位の科学的説明を思いつきました.すべての物質が構成要素として原子で構成されているという理論は、原子論として知られています。その後、さまざまな科学者が、原子の構造とその性質を科学的に説明する独自の理論を提案しました。原子理論はまた、元素は同一の原子で構成されており、他の元素の原子とは異なることを示唆しました。原子は、一定の比率で他の原子と結合した後、分子や化合物を形成します。
時間とともに、理論は進化し、原子の構造も進化しました。それぞれの説で一長一短があり、次に来た説の説明で問題が解決しました。この記事では、原子構造と関連する理論の重要な例をいくつか説明しています。
アトミズム理論
原子構造の理論は、最初はインドとギリシャで提案された哲学的概念でした。アトムという用語は、分割できないという意味の「atomos」という言葉に由来しています。したがって、彼らは、物質は原子と呼ばれる小さな個別の単位で構成されていると信じていました.
問題
- これは単なる概念であり、実際には科学データに基づく理論ではありませんでした。そのため、科学コミュニティに認められませんでした。
ビリヤード ボール理論
英国の化学者であり物理学者であるプルイストとラヴォイザーがそれぞれ一定の比例の法則と質量保存の法則を定式化した後、ジョン・ダルトンはダルトンの原子論と原子の構造のビリヤードボールモデルを提案しました。彼はそれらに基づいて、化合物中の元素の質量の比率が小さい整数であると述べる倍数比率の法則を定式化しました。彼の理論は実験データに基づいており、最初に承認されました。
問題
- しかし、同位体、同重体、共沸混合物などの発見により、この理論が普遍的であることが不可能になったため、この理論には複数の問題がありました。
- 彼のビリヤード ボール モデルによって提案された原子の構造は、原子が固く、球状で、分割できない粒子であるというものでした。これは、後に J.J トンプソンの素粒子の発見に関する実験によって承認されませんでした。
梅プリンモデル
1897年、J・J・トンプソンが陰極線管で実験を行い、電子を発見しました。トムソンは、粒子の特性をテストするために、陰極線の周りに 2 つの反対に帯電した電気プレートを配置しました。負に帯電したプレートから正に帯電したプレートに向かう陰極線の選択により、陰極線に負に帯電した粒子が存在することが実証されました。
その後、彼は原子は中性であり、正に帯電した原子は電子の負電荷によってバランスが取れていると提案しました。さらに、トムソンは、原子は、プラム プディングのような拡散した正電荷のマトリックス内に浮遊する負の粒子として説明でき、電子がドライ フルーツとして含まれていると説明できると提案しました。
問題
- このモデルは、原子構造の安定性を説明できず、ラザフォードの実験結果を説明できなかったため、後に破棄されました。
惑星モデル
プラム プディング モデルによると、ラザフォードは、彼の実験では、原子の構造全体に正電荷が拡散しているため、ほとんどの α 粒子が金箔をまっすぐ通過しないと予測しました。したがって、正電荷からの電界は、高速で移動する α 粒子の経路に影響を与えるほど重要ではありません。
しかし、実験中、ほとんどの粒子が原子を通過し、そのごく一部だけが偏向されました。彼の実験から、ラザフォードは核モデルを提案しました。このモデルでは、原子は、負に帯電した電子に囲まれた非常に小さな正に帯電した原子核で構成されており、原子のサイズに比べて原子核のサイズは非常に小さいです。
問題
- 核モデルはラザフォードの実験結果を説明しましたが、構造の安定性、電子が核に落ちないようにするもの、吸収、スペクトルの放出など、説明できない他の問題を生み出しました。
ボーア モデル
1913 年に、ニールス ボーアはボーア モデルを提案しました。原子には、原子核全体の静電力により丸い軌道を回転する電子に囲まれた、間違いなく荷電された小さな原子核が含まれています。ボーアの原理によれば、1 つの最良のスペクトル線は、任意の電気の中で電子から発生する可能性があります。
問題
- ボーアの原子モデルでは、磁場が原子のスペクトルに与える影響であるゼーマン効果を説明できませんでした。
- また、電場が原子のスペクトルに及ぼす影響であるシュタルク効果も説明できませんでした。
- これはハイゼンベルクの不確定性原理に違反しています。ボーアは、原子内の電子が原子核から特定の距離にあり、特定の速度で球状に回転していると仮定していたためです。
- ボーアのバージョンの原子では、多電子原子として知られる複数の電子を含む原子の広いスペクトルを説明できませんでした。ボーアの原理は、原子またはイオンのスペクトルに対する磁気規律の影響を説明していませんでした。
原子構造の量子論
ボーアによって与えられた理論の後、いくつかの発見が原子の理解につながりました。たとえば、フェデリック・ソディは、中性子の発見である同位体について説明しました。その後、粒子に対するルイ・ド・ブロイの波動理論が提案され、エルヴィン・シュレディンガーがシュレディンガーの方程式を使用して記述しました。これが Werner Heisenberg の不確定性原理の提案につながりました。
これらすべてが、素粒子が存在する原子論に基づく量子力学への足がかりを形成しました。電子は原子のどこにでもある可能性がありますが、それを見つける可能性が最も高いのは原子軌道またはエネルギー準位です。現代の原子論では、軌道は球形、ダンベル型などである可能性があります。多数の電子を持つ原子の場合、粒子が高速で移動しているため、相対論的効果が重要な役割を果たします。
現在、この理論は世界中の科学コミュニティに広く受け入れられています。
結論
粒子に対する私たちの理解は、元素の分割不可能な構成要素である原子から始まりましたが、科学の発展と亜原子粒子として知られる原子のさまざまな他の構成要素の発見に伴い、私たちの理論は進化しました。亜原子粒子、つまり陽子、中性子、電子は、原子の構造を説明するための新しい理論とモデルの基礎を形成しています。原子構造のいくつかの例には、ダルトンによる最初のビリヤード ボール モデル、JJ トンプソンによるプラム プディング モデル、ラザフォードによる核モデル、そして現在の量子モデルが含まれます。
