原子模型

デモクリトスの原子論

デモクリトスは、何度も何度も半分に切っていくと、最後にはやめなければならないと考えました。この最後の一片の物質は、これ以上小さくすることはできない、と。デモクリトスは、この小さな物質のかけらを、「不可分」という意味の「原子」と呼びました。彼は、原子は永遠に存続し、変化することもなく、破壊されることもないと考えた。デモクリトスは、原子と原子の間には何もなく、原子の働きがわかれば、私たちの身の回りのものはすべて説明できると考えていました。

賛同する哲学者もいれば、反対する哲学者もいた。彼らには、彼の理論が正しいかどうかを示す実験の方法がなかった。

ボスコビッチの原子理論

1758年、ロジャー・ジョセフ・ボスコビッチは、原子理論の先駆けとなる記述を行った。

ドルトンの原子理論

1803年、カンバーランド生まれのイギリス人科学者ジョン・ダルトンは、デモクリトスの説を次のように練り直した。

1. すべての物質は原子で構成されています。
2. 原子は目に見えない不可分の粒子であること。
3. 同じ元素の原子は、同じ種類、同じ質量であること。
4. 化学物質を構成する原子は、決まった割合で存在しています。
5. 化学変化は、化学反応に参加している原子の再編成に対応する。

ドルトンは、「原子」を「化学的結合を担う元素の基本単位」と定義した。

トムソンの原子モデル

1850年、ウィリアム・クルック卿は、空気を抜いたガラス管の両端に金属製の電極を付け、高電圧源に接続した「放電管」を製作した。放電管の中を真空にすると、陰極（マイナスの電荷を帯びた電極）から陽極（プラスの電荷を帯びた電極）に向かって光の放電が見られる。クルックはこの発光を「陰極線」と名付けた。

陰極線の実験の後、トムソンは、放出された光線は負の電荷が正の極に引き寄せられてできたものであることを明らかにした。トムソンは原子が電気的に中性であることを知っていたが、そのためには原子が同じ量の負電荷と正電荷を持つ必要があることを明らかにした。この負の電荷を電子（e-）と名付けた。

トムソンは、原子の中性電荷に関する仮定に基づき、正電荷を帯びた球体に負電荷を帯びた電子がはめ込まれているという最初の原子モデルを提唱した。これは「プルーム・プディング・モデル」と呼ばれている。

1906年、ロバート・ミリカンは、電子のクーロン（C）電荷が-1.6×10⁻¹⁹であることを明らかにし、その結果、電子の質量は9.109×10⁻³¹kgという小さなものになった。

同じ頃、1886年にユージン・ゴールドスタインが陰極放電管を使った実験で、正電荷の質量が1.6726 * 10⁻²⁷ kg、電荷が+1,6 * 10 C⁻¹⁹であることを明らかにした。

ラザフォードの原子モデル

1910年、ニュージーランドの物理学者アーネスト・ラザフォードは、「原子の正電荷は、その中心である原子核とその周りの電子（e-）に多く存在する」という考えを打ち出した。

ラザフォードは、非常に薄い金箔を硫化亜鉛のランプシェードで囲み、アルファ線源（ヘリウムからの放射）を当てると可視光が発生することを示した。この実験は、ガイガー・マルスデン実験または金箔実験と呼ばれた

この段階では、原子の主要な要素が明らかになっており、さらに、ある元素の原子が同位体で存在することも発見された。同位体とは、原子核の中に存在する中性子の数が異なるものである。このモデルはよく理解されていましたが、現代の物理学はさらに発展しており、現在の考え方を簡単に理解することはできません。現在の原子物理学の考え方は、下の表のリンクから知ることができます。

現代物理学

原子は、陽子や中性子などの素粒子からできているので、素粒子ではありません。なぜなら、陽子や中性子は、クォークと呼ばれるさらに小さな粒子がグルーオンと呼ばれる別の粒子によって結合されているからです（原子の中でクォークを「糊付け」しているから）。クォークが素粒子であるのは、クォークがそれ以上分解できないからです。