【高校物理】原子の定義・法則などのまとめ①！

原子はマイナスの電気量を持つ「電子」とプラスの電気量を持つ「原子核」で構成される。原子核はさらにプラスの電気量を持つ「陽子」と電気量を持たない「中性子」で構成される。

この通常の状態では電子の数と陽子の数は同じで原子としては電気量が0の状態。

この原子模型は「ラザフォードの原子模型」と呼ばれ、その他には「トムソンの原子模型」や「長岡の原子模型」などが提案されたが、「ラザフォードの原子模型」だけが実験結果をうまく説明することができた。

電子とは、負の電荷をもつ非常に軽い粒子で、原子の外側に存在する。電流や化学結合などは、主に電子の振る舞いによって決まる。
ただし、電子に高いエネルギーを与えたりすると原子に拘束されていた電子が原子が飛び出すことがある。

「陰極線」とは真空管などで観測できる電子のビーム (電子ビーム)のことである。この電子ビームは負極（陰極）から発生して陽極方向へ加速されながら移動をする。
加速された電子が蛍光物質に衝突すると、そのエネルギーを放出して蛍光を発する。

「ミリカンの油滴実験」は電子の電気量 (電気素量)を求める実験である。
この実験では電場がかかっている場所に霧吹きで油滴を作って、さらにその油滴に電荷を与えることで重力と電場によってかかる力が釣り合って油滴が空気中に浮かぶ。この状態で電界をなくすと油滴は落下する。このときの油滴の速度を観測することで油滴に与えられた電気量がわかる。

この実験の何度も繰り返すと電気量がある値の整数倍になることを発見した。この電気量の最小単位が「電気素量」で、この実験から電子の電気量 (電気素量)を求めることができた。

改めてになるが原子はマイナスの電気量を持つ「電子」とプラスの電気量を持つ「原子核」で構成される。原子核はさらにプラスの電気量を持つ「陽子」と電気量を持たない「中性子」で構成される。
ちなみに原子核は電子の10万分の1程度の大きさである。

原子番号とは、原子核中の陽子の数であり、元素の種類を決める。
質量数とは、陽子数と中性子数の和である。

例えば炭素では原子番号が6、質量数は12で下記のような書き方をする (元素によって原子番号は固定だが、質量数は複数ある)。

炭素の原子記号：$$^{12}_6C$$

陽子は静電気で反発し合うのに原子核でまとまっているのは「核力 (かくりょく)」と呼ばれる静電気以外の力が働いているためである

ボーアの理論は、水素原子の電子が特定の軌道を回ることを説明する。この軌道は「エネルギー準位」と呼ばれ、各エネルギー準位には特定のエネルギーがある。電子は通常、低いエネルギー準位にいるが、エネルギーを吸収すると高いエネルギー準位に移動をする。

ボーアの理論では「量子条件」が使わる。量子条件とは、電子が回る軌道が特定の離散的な値をとることで、電子は連続的にエネルギーをとるのではなく、特定のエネルギー準位のみに存在する。