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原子模型 ゲンシモケイ

百科事典マイペディアの解説

原子模型【げんしもけい】

原子の性質を説明するために仮定されたその内部構造。1.長岡半太郎(1903年)。正電気が中心核に集まり,電子は土星の環のようにそのまわりを回る。2.J.J.トムソン(1904年)。
→関連項目ガイガー原子核模型

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大辞林 第三版の解説

げんしもけい【原子模型】

原子の構造を理解しやすくするために構成粒子の立体配置を示した模型。量子力学が確立される際に作られたトムソン・長岡半太郎・ラザフォード・ボーアらのものが著名。

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

原子模型
げんしもけい

原子の内部構造およびその性質を示す模型。古代ギリシアの時代から物質はそれ以上細分できない最小単位から成り立っていると考えられ、それは原子とよばれた。19世紀後半になって、物質溶液の電気分解や、真空放電で現れる陰極線、また振動数の高い光を金属のような物質の表面に照射したとき電子が飛び出す光電効果などから、原子中には電子が存在するものと考えられた。しかし、電子と正の電荷をもった重い成分がどんな状態で存在するのかは20世紀初頭に至るまで明らかでなかった。
 このような時期(1904)に、時を同じくしてJ・J・トムソンと長岡半太郎によって二つの仮説が提出された。トムソンは原子を、半径がおよそ10-8センチメートルの球状であると考えた。そして、正の電荷が均一に分布し、電子はこの正の電荷を打ち消すように一様に分布しているとした。それらの電子はそれぞれの安定な平衡点の周りに振動し、その結果光を放出して元の安定な状態に戻るということで原子から光が出てくることを説明できた。長岡模型はこれとは対照的に、正の電荷は原子の中心に集中していて、その周りを電子が環状に取り巻いているとした。長岡は力学的にこのような状態が存在しうることを示したが、マクスウェルの電磁理論によれば運動している電子は制動放射を放出してエネルギーを失うから、この電子の状態は不安定になる。この模型では原子の大きさ10-8センチメートルが何を基準にして決められたかも明白でない。このようなことから一般には受け入れられなかった。しかし、これらの模型は原子物理学発展史上重要な意義をもち、それぞれトムソン模型および長岡模型として引用される。
 原子の構造についての重要な発見は、ガイガーとマルスデンMarsdenによって1909年に行われた、α(アルファ)粒子を金箔(きんぱく)に照射して測った散乱である。トムソン模型ではほとんどのα粒子は前方に散乱され、角度の大きいほうへ散乱される確率はきわめて小さくなり、実験と甚だしく異なることがわかった。ラザフォードはこの結果を重視し、原子の模型として正電荷が原子の中心に核になって集中しているとして、その核によるα粒子の散乱を計算した。電子による散乱は、その質量が核の質量に比べてきわめて小さく、原子の質量数の1836分の1の大きさなので無視してよい。その結果、非常によく実験結果を再現する式を得ることに成功した。これをラザフォードの散乱公式とよんでいる。彼は、原子の構造について「中心に正の電荷ZeZは原子番号)をもつ重い核があり、その周りにZ個の負の電荷の電子が取り巻いている」と結論した。これをラザフォードの原子模型という。しかし、この模型は長岡模型の困難をそのまま引き継ぐことになった。電子の軌道の安定性の問題や原子の線スペクトルについては古典力学の枠内では理解できないからである。そこでボーアは1913年に次の三つの仮定を導入した。
(1)原子は、古典力学で信じられているように連続的にあらゆる値のエネルギーをとりうるのではなくて、原子に特有のとびとびのエネルギーE1E2、……だけをとることが許される。この状態を定常状態とよび、この状態では原子は光の放出や吸収を行わない。
(2)原子が光の放出や吸収を行うのは、原子が一つの定常状態から他の定常状態に移るときである。
(3)定常状態において電子は通常の力学法則に従って運動する。
 光のエネルギーは、光量子説によれば、光量子を単位としその整数倍の値だけが許される。原子から出る光のエネルギーもとびとびの値であることから、原子のエネルギー準位もとびとびの値だけが許される。このようにとびとびの値だけしか許されないのが量子的な考えの特徴で、量子的に許される状態を決める条件を量子条件という。ボーアはこの三つの仮定を置くことによって水素原子のエネルギー準位を決定し、バルマー系列として知られる一連のスペクトルの説明に成功した。三つの仮定に基づいて原子の構造を記述する方法をボーアの原子模型という。[村岡光男]

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世界大百科事典内の原子模型の言及

【化学結合】より

…たとえば,J.J.ベルセリウスの電気的二元説(1820ころ),F.A.ケクレの炭素四原子価説(1858),J.H.ファント・ホフ,ル・ベルJoseph Achille Le Bel(1847‐1930)らの炭素原子の結合の手が正四面体の中心から頂点の方向に伸びているという四面体説(1874),A.ウェルナーの配位説(1893),さらにはR.アベックの主原子価と副原子価の和が8になるという八の法則(1904)などがあり,原子には固有の原子価があることがわかってきた。19世紀末に電子が発見され,20世紀に入ってそれまで不可分とされていた原子が,原子核と電子から成ることがわかってくると,種々の原子模型が提出された。そのなかで画期的な成功を収めたものがN.H.D.ボーアの原子模型(1913)で,これに基づいてG.N.ルイスの原子価論,W.コッセルの原子価論(ともに1916)が提出され,現代の原子価概念の基礎がほぼ確立し,化学結合における電子の役割が注目されるようになった。…

【原子】より

…ニュートン力学と量子力学との間にはかなりの対応関係があり,量子力学の理論の本質を理解するのにニュートン力学が役だつ場合が多い。このため,原子内で電子が円軌道や楕円軌道を描いて運動しているという描写も,一つの有用な原子模型といえる。
【原子の存在の確定と原子構造の探究】
 物質を細分していくと,いくらでも細分できるのか,それとも,それ以上分割できない最小単位,すなわち原子に到達するのかということについては,古代ギリシアのころから論ぜられていた。…

【トムソン】より

…1906年には,これら一連の研究によりノーベル物理学賞を受賞。また,彼は陰極線を構成する荷電粒子が物質の普遍的成分であるという考えに基づいて,原子模型の提案も行ったほか,05年末からは,陽極線の研究を開始し,ネオンの同位体を発見する一方,陽極線質量分析の方法を開発して,F.W.アストンらの質量分析法の基礎を築いた。19世紀末から20世紀初頭にかけて,キャベンディシュ研究所を原子物理学の実験的研究の世界的中心地とした功績は大きい。…

※「原子模型」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

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