古代ギリシャの時代、哲学者物質の内部構造について推測しました。そして、原子の構造の最初のモデルは、20世紀の初めにすでに登場しました。 J.トムソンの仮説は当時の科学界によって批判的に認識されていませんでした-結局のところ、物質の最小粒子の内部にあるものについてのさまざまな理論がその前にすでに提唱されていました。
19世紀まで、科学者は原子が不可分です。しかし、ジョセフ・トムソンが1897年に電子を発見した後、すべてが変わりました。科学者が間違っていることが明らかになりました。トムソンとラザフォードの両方の原子モデルは、前世紀の初めに提唱されました。最初に登場したのは、原子が正の電荷を持つ物質の塊であると示唆したW.トムソンのモデルです。この束の中には均等に分布した電子があります。そのため、このモデルは「カップケーキ」と呼ばれていました。確かに、それによると、物質中の電子はケーキのレーズンのように配置されています。モデルのもう一つの非公式な名前は「レーズンプリン」です。
このモデルはさらに詳細に開発されました。J.J.トムソン。 W. Thomsonとは異なり、彼は原子内の電子が厳密に同じ平面上にあると仮定しました。これは同心環です。当時の科学にとってトムソンとラザフォードの原子のモデルが同等に重要であるにもかかわらず、とりわけ、J。トムソンが原子内の電子の数を決定する方法を最初に提案したことは注目に値します。 。彼の方法はX線散乱に基づいていた。 J.トムソンは、光線の散乱の中心にあるべき粒子は電子であると示唆しました。また、電子を発見したのは科学者のトムソンでした。現代の学校では、量子力学のコースの研究が始まるのは彼の発見の研究です。
ただし、ラザフォードのモデルと比較すると、モデルトムソンの原子には1つの重大な欠点がありました。彼女は原子の放射線の離散的な性質を説明することができませんでした。原子の安定性の理由については、その助けを借りて何も言うことは不可能でした。ラザフォードの有名な実験が行われたとき、それはついに反駁されました。同時に、トムソンの原子のモデルは、他の仮説と同じくらい当時の科学にとって価値がありました。当時利用可能なこれらのモデルはすべて、純粋に仮説であったことに留意する必要があります。
1906年から1909年に、G。ガイガー、E。マードセン、E。ラザフォードは、アルファ粒子が金箔の表面に散乱する実験を行いました。トムソンとラザフォードの原子モデルを以下に簡単に説明します。トムソンのモデルでは、電子は原子内に不均一に分布しており、ラザフォードの理論では、電子は同心平面で回転します。ラザフォードの実験の際立った要因は、電子の代わりにアルファ粒子を使用したことでした。アルファ粒子は、電子とは異なり、はるかに大きな質量を持ち、電子と衝突したときに大きなたわみを受けませんでした。したがって、科学者は、原子の正に帯電した部分で発生した衝突のみを登録する機会がありました。
この経験は科学にとって決定的に重要でした。彼の助けを借りて、科学者たちは、原子のさまざまなモデルの作者にとって謎のままだったこれらの質問に対する答えを得ることができました。トムソン、ラザフォード、ボーアは同じ背景を持っていましたが、それでも科学にわずかに異なる貢献をしました-そしてこの場合のラザフォードの実験の結果は驚くべきものでした。彼らの結果は、科学者が期待していたものとは正反対であることが判明しました。
ほとんどのアルファ粒子がシートを通過しましたまっすぐな（またはほぼまっすぐな）パスに沿ってホイルします。ただし、一部のアルファ粒子の軌道はかなりの角度でずれていました。そして、これは非常に高密度の原子に形成があり、それが正電荷を持っていたという証拠でした。 1911年、実験データに基づいて、ラザフォード原子の構造のモデルが提唱されました。以前は理論が支配的であると考えられていたトムソンは、この時点でキャベンディッシュ大学の研究室で働き続けました。彼の人生の終わりまで、科学者は当時の科学研究ですべての成功にもかかわらず、機械的エーテルの存在を信じ続けました。
実験結果をまとめると、アーネストラザフォードは彼の理論の主な規定を提唱しました。彼女によれば、原子は非常に小さい寸法の重くて密度の高い原子核で構成されています。この原子核の周りには、連続的に運動している電子があります。これらの電子の軌道半径も小さく、10〜9 mです。このモデルは、太陽系のモデルとの類似性から「惑星」と名付けられました。その中で、惑星は重力で巨大で巨大な中心の周りを楕円軌道で動きます-太陽。
電子はそのような巨人と一緒に原子の中で回転します雲のような原子の表面の周りに形成される速度。ラザフォードの理論によれば、原子は互いに一定の距離を置いて配置されているため、原子同士がくっつかないようになっています。結局のところ、それらのそれぞれの周りに負に帯電した電子殻があります。
2つの主な違いは何ですか原子の構造の最も重要な理論？ラザフォードは、原子の中心に正の電荷を持つ原子核があり、その体積は原子のサイズと比較して無視できると仮定しました。しかしトムソンは、原子全体が高密度の地層であると仮定しました。 2番目の大きな違いは、原子内の電子の位置の理解でした。ラザフォードによれば、それらは原子核を中心に回転し、その数は化学元素の原子量の1/2にほぼ等しい。トムソンの理論では、原子内の電子は不均一に分布しています。
ただし、すべての利点にもかかわらず、ラザフォードの理論には1つの重要な矛盾が含まれていました。古典電磁気学の法則によれば、原子核の周りを回転する電子は、電気エネルギーの一部を絶えず放出しなければなりませんでした。このため、電子が移動する軌道の半径は、電磁放射を継続的に放出する必要がありました。これらの概念によれば、原子の寿命はごくわずかであるはずです。
ほとんどの場合、彼らがインナーを開くことについて話すとき原子の構造については、トムソンとラザフォードの名前を挙げてください。現在、その原子モデルが大学の物理学および数学科のすべての学生に知られているラザフォードの実験は、現在、科学の歴史の一部です。ラザフォードが発見したとき、彼は次のように叫んだ。「今、私は原子がどのように見えるかを知っている！」しかし、実際には、彼は間違っていました。なぜなら、本当の姿はずっと後に科学者に知られるようになったからです。ラザフォードのモデルは時間の経過とともに大幅に調整されてきましたが、その意味は変わっていません。
ただし、トムソン原子のモデルに加えて、ラザフォード、これらの小さな物質粒子の内部構造を説明する別の理論がありました。これは、1913年に彼の説明を提案したデンマークの物理学者であるニールスボーアのものです。彼のモデルによると、原子内の電子は標準的な物理法則に従わない。電子の軌道の半径とその速度の関係の概念を科学に導入したのは、科学者であったボーアでした。
彼の理論を作成する過程で、ボーアはしかし、ラザフォードのモデルの基礎は、それを大幅に改良しました。ボーア、ラザフォード、トムソンの原子のモデルは今ややや単純に見えるかもしれませんが、それらは原子の内部構造についての現代的な考えの基礎を形成しました。今日、原子の量子モデルは一般的に受け入れられています。量子力学が太陽系の惑星の運動を説明できないという事実にもかかわらず、軌道の概念はまだ原子の内部構造を説明する理論に残っています。
