ラザフォード原子モデルは、イギリスの物理学者アーネスト・ラザフォード（1871年から1937年）によって作成された原子の説明である自分の名前を取る有名な散乱実験によるとき原子核1911年に発見されました。
物質の最小構成要素としての原子（ギリシャ語では「不可分」）のアイデアは、紀元前300年頃の古代ギリシャで生まれた知的創造物でした。他の多くのギリシャ語の概念と同様に、原子の概念は、論理と議論ではなく、実験。
ラザフォードの原子モデル
最も著名な原子論の哲学者は、アブデラのデモクリトス（紀元前460〜360年）、サモスのエピクルス（紀元前341〜270年）、ティトゥスルクレティウス（紀元前98〜54年）でした。ギリシャ人は、それに従って物質を構成する4つの要素に対応する4つの異なるタイプの原子を考案しました：空気、水、土、そして火。
後でアリストテレスは5番目の要素を追加します。星を形成したエーテルです。他の4つの要素は純粋に地球のものだからです。
アリストテレスが教師だったアレクサンドル大王の征服は、彼の信念を古代世界、スペインからインドまで拡大し、何世紀にもわたって、原子のアイデアが科学の世界に独自の場所を作り出していました。
アトムはもはや不可分ではない
物質の構造に関するギリシャの哲学者の考えは、イギリスの化学者であり学校の教師であるジョンダルトン（1776-1844）が1808年に彼の実験の結果を発表するまで、何百年もの間真実でした。
ダルトンは、要素は原子と呼ばれる非常に小さな粒子で構成されていることに同意しました。しかし、彼はさらに、同じ元素のすべての原子は等しく、同じサイズ、同じ質量、同じ化学的性質を持っているため、化学反応の間、それらは変化しないままであると述べました。
これは、科学に基づく最初の原子モデルです。ギリシャ人のように、ダルトンはまだ原子を分割できないと見なしていたため、構造に欠けていました。しかし、ダルトンの天才は彼に物理学の偉大な保存原理の一つを観察するように導きました：
- 化学反応では、原子は作成も破壊もされず、分布を変えるだけです。
そして彼は化学化合物が「複合原子」（分子）によって形成される方法を確立しました：
- 異なる元素の2つ以上の原子が結合して同じ化合物を形成する場合、それらは常に定義された一定の質量比率で結合します。
19世紀は、電気と磁気の偉大な世紀でした。ダルトンの出版から数年後、いくつかの実験の結果は原子の不可分性について科学者に疑問を投げかけました。
Crookesチューブ
クルークス管はイギリスの化学者で気象学者のウィリアム・クルークス（1832-1919）によって設計された装置でした。1875年にCrookesが実施した実験は、低圧のガスで満たされた管の内側に、2つの電極を配置することで構成されました。1つはカソードと呼ばれ、もう1つはアノードと呼ばれます。
2つの電極間の電位差を確立することにより、ガスは使用されたガスに特徴的な色で輝きました。この事実は、原子内に特定の組織があり、それゆえ不可分ではないことを示唆しています。
さらに、この放射線は、陰極の前のガラス管の壁に弱い蛍光を生成し、管の内側にある十字形のマークの影を切り取りました。
これは、「陰極線」として知られている不思議な放射であり、陽極に直進し、非常にエネルギーがあり、機械的効果を生み出すことができ、正に帯電したプレートまたは磁石を介して偏向されました。
電子の発見
クロークス管の内部の放射は、負の電荷を帯びているため、波にはなりません。ジョセフジョントムソン（1856-1940）は、1887年にこの放射の電荷と質量の関係を発見したときの答えを思いつき、それが常に同じであることを発見しました：1.76 x 10 11 C / Kg。、ガスに関係なく管または陰極を作るのに使用される材料で囲まれる。
トムソンはこれらの粒子を小体と呼んだ。電荷との関係でその質量を測定することにより、各小体は原子よりもはるかに小さいと結論付けました。したがって、彼はそれらがこれらの一部であるべきであり、したがって電子を発見すべきであると提案しました。
英国の科学者は、その形状のために「プラムプディング」というニックネームが付けられた、点が挿入された球を描くことによって、原子のグラフィックモデルを最初にスケッチしました。しかし、この発見は他の疑問を引き起こしました：
- 物質が中性で、電子が負の電荷を持っている場合：原子内のどこに電子を中和する正の電荷がありますか？
- 電子の質量が原子の質量よりも小さい場合、残りの原子は何で構成されますか？
- なぜこのようにして得られた粒子は常に電子であり、決して別のタイプではないのですか？
ラザフォード散乱実験：原子核と陽子
1898年までに、ラザフォードはウランからの2種類の放射線を特定し、アルファとベータと名付けた。
自然放射能は1896年にマリーキュリーによってすでに発見されていました。アルファ粒子は正に帯電しており、単にヘリウム原子核ですが、当時の原子核の概念はまだ知られていませんでした。ラザフォードはそれを知るところだった。
ラザフォードがマンチェスター大学で1911年にハンスガイガーの支援を得て実施した実験の1つは、電荷が正であるアルファ粒子を薄い金箔に衝突させることでした。金箔の周りに、彼は砲撃の影響を視覚化できる蛍光スクリーンを配置しました。
観察
ラザフォードと彼のアシスタントは、蛍光スクリーンへの影響を調査して、次のように述べています。
- アルファ粒子の非常に高いパーセンテージは、顕著な逸脱なしにシートを通過しました。
- かなり急な角度でずれた
- そして、非常に少数がずっと跳ね返った
ラザフォード散乱実験。出典：。
観察2と3は研究者を驚かせ、光線の散乱の責任者は正の電荷を持っている必要があり、観察番号1のおかげでその責任者はアルファ粒子のそれよりもはるかに小さいと仮定するように彼らを導きました。 。
ラザフォード本人はそれについて、「まるで15インチの海軍の発射体を1枚の紙に向けて発射し、その発射体が跳ね返ってあなたに当たったかのように」と語った。これは、トンプソンモデルでは明らかに説明できませんでした。
彼の結果を古典的な観点から分析すると、ラザフォードは原子の正の電荷が集中している原子核の存在を発見し、それが中性を与えました。
ラザフォードは散乱実験を続けた。1918年までに、アルファ粒子の新しいターゲットは窒素ガス原子でした。
このようにして彼は水素原子核を検出し、これらの原子核が発生する唯一の場所は窒素自体からであることをすぐに知りました。水素原子核が窒素の一部である可能性はどうしてあったのでしょうか？
その後、ラザフォードは、すでに原子番号1が割り当てられている元素である水素の核が基本粒子でなければならないことを示唆しました。彼はそれをプロトンと呼びました、ギリシャ語で最初に。したがって、原子核と陽子の発見は、この素晴らしいニュージーランド人によるものです。
ラザフォードの原子モデルの前提
新しいモデルはトンプソンとは非常に異なっていました。これらは彼の仮定でした：
- 原子には正に帯電した原子核が含まれており、非常に小さいにもかかわらず、原子のほぼすべての質量が含まれています。
- 電子は原子核を遠く離れた場所で、円形または楕円形の軌道で周回します。
- 電子の電荷が原子核に存在する正の電荷を補償するため、原子の正味電荷はゼロです。
ラザフォードの計算は、球状及び10のような小さなとして半径核指さ-15核は比較的離れているので、M、約100,000倍大きい原子半径の値：10のオーダーで-10 m。
若いアーネスト・ラザフォード。出典：不明、1939年にラザフォードで公開：本山中部の生涯と手紙であるラザフォード卿、O。M
これは、ほとんどのアルファ粒子がスムーズにシートを通過したか、偏向がほとんどない理由を説明しています。
日常の物体のスケールで見ると、ラザフォードの原子は野球のサイズの核で構成され、原子の半径は約8 kmなので、原子はほとんどすべてが空の空間と見なすことができます。
ミニチュアソーラーシステムに似ているため、「原子の惑星モデル」として知られるようになりました。核と電子の間の静電引力は、太陽と惑星の間の引力に類似しています。
制限事項
ただし、観察されたいくつかの事実に関して、一定の不一致がありました。
- 電子が原子核の周りを周回するという考えが受け入れられると、電子が原子核に衝突するまで連続的に放射線を放出し、その結果、1秒以内に原子が破壊されます。幸いなことに、これは実際には起こりません。
- さらに、より高いエネルギーの状態からより低いエネルギーの状態への遷移がある場合、特定の場合に、原子は電磁放射の特定の周波数を放出し、他の周波数ではなく、それらの周波数のみを放出します。エネルギーが量子化されているという事実をどのように説明しますか？
これらの制限にもかかわらず、今日の観察された事実に沿ってはるかに洗練されたモデルがあるので、ラザフォードの原子モデルは、学生が原子とその構成粒子への最初の成功したアプローチを持つのに依然として役立ちます。
この原子のモデルでは、中性子は現れません。これは、1932年まで発見されなかった核の別の構成要素です。
ラザフォードが惑星モデルを提案した直後に、1913年にデンマークの物理学者ニールスボーアがそれを修正して、なぜ原子が破壊されないのかを説明します。
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参考文献
- レックス、A。2011。基礎物理学。ピアソン。618-621。
- Zapata、F。2007。放射線生物学および放射線防護の議長のためのクラスノート。ベネズエラ中央大学の公衆衛生学部。