原子論の簡単な歴史

それは原子論から始まり、最終的に量子力学につながった

原子論は、 原子 と 案件 物理、化学、数学の要素を組み合わせたものです。現代の理論によると、物質は原子と呼ばれる小さな粒子でできており、原子は次のように構成されています。 素粒子 .与えられた原子 エレメント 多くの点で同一であり、他の元素の原子とは異なります。原子は固定で結合します プロポーション 他の原子と一緒に形成する 分子 および化合物。

この理論は、原子論の哲学から現代の量子力学に至るまで、時間の経過とともに進化してきました。原子論の簡単な歴史は次のとおりです。

アトムとアトミズム

ギリシャの哲学者デモクリトス。

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原子論は、古代インドとギリシャで哲学的概念として生まれました。 「原子」という言葉は古代ギリシャ語から来ています 原子 、これは分割できないことを意味します。原子論によれば、物質は離散粒子で構成されています。しかし、この理論は物質に関する多くの説明の 1 つであり、経験的なデータに基づいたものではありませんでした。紀元前 5 世紀、デモクリトスは、物質は原子と呼ばれる破壊不可能で分割不可能な単位で構成されていると提案しました。ローマの詩人ルクレティウスはこの考えを記録したので、後の検討のために暗黒時代を生き延びました。

ダルトンの原子論

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科学が原子の存在の具体的な証拠を提供するのに18世紀の終わりまでかかりました. 1789 年、アントワーヌ ラヴォアジエは、反応生成物の質量は反応物の質量と同じであるという質量保存の法則を定式化しました。 10年後、ジョセフ・ルイ・プルーストは、化合物中の元素の質量が常に同じ比率で発生することを示す定比例の法則を提案しました.

これらの理論はまだ原子を参照していませんでした ジョン・ダルトン それらに基づいて、化合物中の元素の質量の比率が小さな整数であると述べている倍数比率の法則を開発しました。倍数比例のダルトンの法則は、実験データから導き出されました。彼は、各化学元素は、いかなる化学的手段によっても破壊できない単一のタイプの原子で構成されていると提案しました。彼の口頭発表 (1803 年) と出版 (1805 年) は、科学的な原子理論の始まりを示しました。

1811 年、アメデオ アボガドロはダルトンの理論の問題を修正し、同じ温度と圧力で同じ体積の気体には同じ数の粒子が含まれていると提案しました。アボガドロの法則により、元素の原子質量を正確に見積もることが可能になり、原子と分子を明確に区別することができました。

原子論へのもう 1 つの重要な貢献は、1827 年に植物学者のロバート ブラウンによってなされました。ロバート ブラウンは、水中に浮遊する塵の粒子が未知の理由でランダムに動くように見えることに気付きました。 1905 年、アルバート アインシュタインは、ブラウン運動は水分子の動きによるものであると仮定しました。ジャン・ペランによる1908年のモデルとその検証は、原子論と素粒子論を支持した。

プラムプリンモデルとラザフォードモデル

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これまで、原子は物質の最小単位であると考えられていました。 1897 年、J.J.トムソンは電子を発見しました。彼は、原子は分割できると信じていました。電子は負電荷を持っているため、彼は原子のプラム プディング モデルを提案しました。このモデルでは、電子が正電荷の塊に埋め込まれ、電気的に中性の原子が生成されます。

トムソンの生徒の 1 人であるアーネスト ラザフォードは、1909 年にプラム プディング モデルを反証しました。ラザフォードは、原子の正電荷とその質量の大部分が原子の中心または原子核にあることを発見しました。彼は、電子が小さな正電荷を持つ原子核を周回する惑星モデルを説明しました。

原子のボーア模型

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ラザフォードは正しい方向に進んでいましたが、彼のモデルは原子の放出スペクトルと吸収スペクトルを説明できず、電子が原子核に衝突しなかった理由も説明できませんでした。 1913 年、ニールス ボーアはボーア モデルを提案しました。これは、電子が原子核から特定の距離でのみ原子核を周回することを示しています。彼のモデルによれば、電子は核内にらせん状に入ることができませんでしたが、エネルギーレベル間で飛躍的な飛躍を遂げることができました。

量子原子論

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ボーアのモデルは、水素のスペクトル線を説明しましたが、複数の電子を持つ原子の挙動には拡張しませんでした。いくつかの発見により、原子の理解が広がりました。 1913 年、フレデリック・ソディは同位体について説明しました。同位体とは、さまざまな数の中性子を含む 1 つの元素の原子の形です。中性子は1932年に発見されました。

ルイ・ド・ブロイは、移動する粒子の波のような挙動を提案し、アーウィン・シュレディンガーがシュレディンガーの方程式 (1926) を使用して説明しました。これは、次に、電子の位置と運動量の両方を同時に知ることは不可能であると述べている Werner Heisenberg の不確定性原理 (1927) につながりました。

量子力学は、原子がより小さな粒子で構成されているという原子理論につながりました。電子は原子のどこにでも存在する可能性がありますが、原子軌道またはエネルギー レベルで最も高い確率で検出されます。ラザフォードのモデルの円形軌道ではなく、現代の原子理論は、球形、ダンベル型などの軌道を記述しています。多数の電子を持つ原子の場合、粒子はその一部で動いているため、相対論的効果が作用します。光の速度。

現代の科学者は、陽子、中性子、および電子を構成するより小さな粒子を発見しましたが、原子は化学的手段を使用して分割できない物質の最小単位のままです.