原子とは何か

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フィールド: 基本電気

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原子は、単独で存在するか、他の原子と結合して分子を形成することができる物質の最も小さな粒子として定義されます。

1808年、有名なイギリスの化学者、物理学者、気象学者であるジョン・ダルトンが彼の原子理論を発表しました。その時、多くの説明されていない化学現象がダルトンの理論によって迅速に解明されました。そのため、この理論は化学の理論的基礎となりました。ダルトンの原子理論の仮説は以下の通りです。

ダルトンの理論にはいくつかの欠点がありました。たとえば、今日では原子が破壊されることを知っています。また、同じ元素の一部の原子は質量（同位体）が異なります。この理論は、同素体の存在を説明することができません。

しかし、現代の原子の概念はラザフォードの原子モデルとボーアの原子モデルの長所を組み合わせたものです。すべての物質は原子で構成されています。すべての原子は、

原子の核

核は原子の中心に位置しています。核の直径は全原子の直径の約1/10000です。原子のほぼ全ての質量はその核に集中しています。核自体は2種類の粒子で構成されています。

陽子は正電荷を持つ粒子です。各陽子の電荷は1.6 × 10-19クーロンです。原子の核内の陽子の数は、その原子の原子番号を表します。

中性子は電荷を持っていません。つまり、中性子は電気的に中立な粒子です。各中性子の質量は陽子の質量と同じです。
陽子の正電荷により、核は正電荷を持っています。物質の重量と放射線特性は核に関連しています。

電子は負電荷を持つ粒子で、原子中に存在します。各電子の電荷は–1.6 × 10 – 19クーロンです。これらの電子は核を取り巻いています。原子中の電子に関するいくつかの事実を以下にリストし説明します。

電子をその軌道から取り除くには一定量のエネルギーが必要です。第1軌道の電子を取り除くために必要なエネルギーは、外側の軌道の電子を取り除くために必要なエネルギーよりもはるかに大きいです。これは、核が第1軌道の電子に対して及ぼす引力が外側の軌道の電子に対して及ぼす引力よりもはるかに大きいためです。同様に、第2軌道の電子を取り除くために必要なエネルギーは第1軌道よりも少なく、第3軌道よりも大きくなります。したがって、軌道や殻は特定のエネルギーと関連していると言えます。したがって、軌道や殻はエネルギー準位とも呼ばれます。
エネルギー準位はK、L、M、Nなどの文字で表されます。Kは核に最も近い軌道で、最も低いエネルギー準位を持っています。逆に、最外殻は最も高いエネルギー準位を持っています。
任意のエネルギー準位における最大電子数は、「2n2」で与えられます。ここで、nは整数で「主量子数」を表します。異なるエネルギー準位に対するnの値と最大電子数は以下の表に示されています。

上記の公式（2n2）は、どの殻にも適用される最大電子数を決定するために使用されますが、いくつかの制限があります。最外殻（最高エネルギー準位）の電子数は8を超えることはありません。例えば、カルシウム原子を考えると、その核を取り巻く電子は20個あります。上記の規則によれば、電子分布はKレベルに2個、Lレベルに8個、残りの10個となります。しかし、最外殻の電子数は8を超えることはできません。したがって、Mレベルには8個の電子があり、残りの2個は次のエネルギー準位、つまりNレベルに移動します。カルシウム原子の電子配置は以下の図に示されています。

最外殻の電子は「価電子」と呼ばれます。価電子の最大数は8です。最外殻の電子数が8の場合、原子は安定します。最外殻が完全に満たされている物質は、他の物質と反応しません。ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンなどの不活性ガスは、最外殻が完全に満たされているため、他の物質と反応しません。
原子の「価電子」は核と弱く結びついており、加熱や電圧をかけるなどの方法で自由に取り出すことができます。
「価電子」は物質の原子をつなぎ止める結合を形成します。物質の多くの性質はこれらの結合によって決定されます。