あなたはあなたの周りのものが何でできているのか疑問に思ったことはありますか？テーブルを見ると言うと、木でできたテーブルと呼ぶかもしれません。それでも、鏡を見るとガラスでできていると言えます。基本的にこの2つの素材は特性が異なりますが、どちらも同じ物質で構成されていることをご存知ですか？その名前はアトムです。
原子は、化学反応に関与する元素の最小粒子です。サイズが非常に小さいため、最強の光学顕微鏡でも見ることができません。これらのうち、最小のものは水素中の原子です。
原子モデル
科学者たちは何世紀にもわたってこれらの最も小さな粒子を研究してきましたが、それらが何であるかを理解することはできませんでした。ダルトンが原子の構造に関する彼の理論を発表したのは1808年のことでした。それ以来、原子モデルは最新の発見とともに進化してきました。今回は、科学者が提案したさまざまな原子モデルについて説明します。
ダルトンの理論
ジョン・ドルトンは、原子の存在に関する研究を最初に発表した英国の化学者、物理学者、気象学者です。ダルトンは、物質は原子と呼ばれる不可分な粒子で構成されていると説明しました。
残念ながら、さらなる研究により、原子自体は分割可能であり、亜原子粒子で構成されていることが証明されました。亜原子粒子は、電子、陽子、中性子で構成されています。それ以来、科学者たちは、J。J。トムソンやラザフォードを含むこれらの亜原子粒子の位置を考慮して、さまざまなモデルを提案しようと試みてきました。
原子モデルは、原子構造と原子内の亜原子粒子の配置を示しています。陽子と電子の発見により、科学者たちは、原子はそれらの電荷のバランスをとる陽子と電子で構成されていると主張するようになりました。彼らは、陽子が原子の内側にあり、電子が外側にあり、簡単に分離できることを発見しました。
科学者によって提案された4つの原子モデル、すなわちトムソン、ラザフォード、ボーアによって提案されたモデルと量子力学モデルがあります。
原子のトムソンモデル
ジョセフ・ジョン・トムソンは、原子モデルを最初に提案した英国のノーベル賞を受賞した物理学者でした。実際、彼は陽子と原子核が発見される前にそれらを発表しました。彼の理論では、正に帯電した球体の電子がクリスマスプディングのドライフルーツのように見えたため、トムソンは原子をレーズンパンまたはプラムプディングモデルのように考えました。
（また読んでください：それらの層と化学組成に基づいて地球の層を知ってください）
このモデルは、原子が電子が埋め込まれた正に帯電したボールで構成されていることを前提としています。原子は同じ負電荷と正電荷を持っているため、中性電荷を持つことができます。
ラザフォードの核原子のモデル
アーネスト・ラザフォードは、ニュージーランド生まれの物理学者であり、イギリスを拠点とする化学者です。彼は、ラザフォード散乱実験として知られる実験を行った後、原子モデルを提案しました。彼と彼の学生の2人は、薄い金のプレート上でアルファ線散乱実験を行いました。
ラザフォードは、原子の全体的な正電荷は、原子核と呼ばれる非常に小さな領域に集中していると考えました。電子は、軌道と呼ばれる円形の経路を高速で原子核の周りを回転します。原子核と電子の間の静電引力により、電子は軌道に保たれます。
ラザフォードモデルはまた、陽子の数が電子の数に等しく、原子番号として知られていることを明らかにしました。一方、陽子の数と中性子の数を組み合わせると、その値は原子質量数と同じになります。
残念ながら、ラザフォードの原子モデルは原子の安定性を説明できませんでした。電磁気理論によれば、荷電粒子は加速中にエネルギーを失います。エネルギーを失うと電子の速度が遅くなり、最終的には電子が原子核に引き付けられ、原子が破壊されます。それとは別に、ラザフォードの原子モデルは、電子の分布と電子のエネルギーについても何も説明していませんでした。さらに、この原子モデルは、各元素によって与えられる線スペクトルを説明することもできません。
ボーアの原子模型
ラザフォードの原子モデルの欠点、特に線スペクトルと原子の安定性に関する欠点に答えるために、ニールス・ボーアは彼自身の原子モデルを発表しました。彼は、電子はエネルギー殻またはエネルギー準位と呼ばれる特定の円軌道で原子核の周りを回転すると述べた。エネルギーシェル内で回転する電子は、一定量のエネルギーに関連付けられています。これらのエネルギー殻は、原子核から1、2、3などの番号が付けられているか、殻k、l、mなどとして定義されています。
原子内の電子の配置は、電子配置として知られています。電子配置は、原子がどのように結合できるかを説明するのに役立ちます。原子殻への電子の充填は、最も内側の殻または最もエネルギーの低い殻への充填から始まります。シェルを占有できる電子の最大数は2n2です。
量子力学原子理論
残念ながら、ボーアによって提案された原子モデルは、磁場と電場の両方で水素原子のスペクトルを説明することができませんでした。オーストリアの物理学者ErwinSchrödingerはそれに答えようとしました。彼は量子力学の原理に基づいて原子理論を開発しました。シュレーディンガーによって提案されたモデルは、原子が正に帯電した原子核を持ち、負に帯電した電子に囲まれているという点で、ボーアのモデルとそれほど変わりません。違いは、原子核を取り巻く電子の位置にあります。
彼の理論では、ボーアは、電子が原子核から一定の距離を置いた軌道で原子核を周回していると主張しました。これは原子半径と呼ばれます。しかし、量子力学理論では、ハイゼンベルグの不確定性原理によれば、原子核を取り巻く電子の位置を確実に知ることはできません。したがって、電子の位置の最大の確率はその軌道にあります。つまり、原子内で電子を見つける確率が最も高い領域は軌道上にあると言えます。
量子力学モデルはまた、ドブロイによって提案されたように、原子核の周りの電子の運動が二元論の特性を持っていると述べています。原子核の周りの電子の運動は波のような性質を持っているので、原子核の周りの電子の運動の方程式は波動関数に関連している必要があります。
Schrödingerは、物質の二元的性質に関連する原子核の周りの電子の運動をデカルト座標で表すことができるという方程式で彼の理論を補足しました。この方程式はシュレディンガー方程式として知られるようになりました。
この方程式から、シュレディンガーは3つの量子数、すなわち主量子（n）、方位量子（A）、および磁気量子（m）を生成しました。これらの3つの量子数は、原子核の周りの電子の確率を示す単純な整数です。シュレディンガー方程式の解は、3つの量子数を生成します。軌道はシュレディンガー方程式から導出されるため、軌道と3つの数値の間には関係があります。
