2.2: 原子構造
概要
すべての物質は原子、すなわち元素の個々の最小単位で構成されます。それぞれの原子は、陽子、中性子、電子の3つの原子構成要素の粒子からなります。これらの 3 つの粒子は合体して、原子の質量と電荷を生む要因となります。
原子理論の歴史
地球上のあらゆるものが小さな粒子で構成されていることを最初に提唱したのは、ギリシャの哲学者デモクリトスで、紀元前 450 年頃です。彼はギリシャ語の「atomos」、ギリシャ語で「不可分」という用語を使用し、そこから現代的な「原子(atom)」という用語が派生しました。しかし、当時彼の考えはまともに受け止められず、原子という概念が再び流行するまでに何世紀もかかりました。１９世紀、ジョン・ドルトンは、今日も主として正しい原子説を提案しました。彼は原子がいかに我々のまわりの世界を構成しているかを説明する以下5 つの原則を提案しました 。(1)すべての物質は無限に小さい粒子、または原子から成る (2)一定の元素のあらゆる原子は互いに同一であり、 (3)他の全ての元素の原子と異なる (4)２つまたはそれ以上の元素は一定の比率で結びつき化合物を形成することができる (5)原子は化学反応で作ったり破壊することはできないが、新しい物質を形成するために再配置できる
原子の構成要素、素粒子の発見
ドルトンは、物質を構成する粒子について部分的にのみ正確でした。原子は通常の化学反応や物理反応で分解できませんが、さらに3つの小さな素粒子で構成されます。原子の構造に関する最初の手掛かりは、19 世紀の終わり、J. J. トムソンが電子を発見した時にやって来ました。科学者らは、原子全体の電荷が中性であると知っていましたが、 トムソンの原子についての「プラム・プディングモデル」は、負に帯電した粒子の存在に関連して新しい情報の整理を試みました。つまり、電子が正電荷の領域全体に散りばめられていると提案したのです。数年後、アーネスト・ラザフォードは、原子の質量のほとんどが陽子が原子の正電荷を作る原子核領域に集中していることと、負に帯電した小さな電子が原子核周囲の空間の大部分を構成することを示す実験を行いました。これにより、トムソンのプラム・プディングモデルは反証され、今日の我々が知っている見慣れた原子モデルへと科学者らを一歩近づけました。中性子は後の1932 年に、ジェームズ・チャドウィックによって発見されました。この難問の最後のピースは、存在するすべての質量は陽子と中性子を持つ原子にあり、全ての電荷は陽子と電子からなると科学者がついに説明したことを意味しました。
原子の構造
陽子は原子の核の中にあり、正の電荷と、それぞれ 1 つの原子質量単位（AMU）分の質量を持ちます。陽子の数は周期表の原子番号と等しく、元素の正体を決めます。中性子もまた原子核の中に存在します。電荷は持ちませんが、陽子と同じ質量を持つため、原子の原子質量に寄与します。電子は原子核の周りを雲状に旋回します。電子は負の電荷と無視できるほどわずかな質量を持つため、原子全体の電荷には寄与しますが、質量には寄与しません。
