紀元前４００年頃，ギリシャのデモクリトスは，古代原子説を唱えました。 　 　そして，ずっと後になって１８０３年にイギリスのドルトンが原子論を発表し，物質は原子からできていると考えられるようになりました。原子は英語でａｔｏｍ（不可分なものという意味）といいます。この世の中の最も小さい粒子と考えたのでしょうね。ところが，１８９７年にイギリスのトムソンが電子を発見し，原子より小さい粒子があることがわかりました。では，この電子は原子の中のどこに存在しているのでしょうか。トムソンは原子のブドウパンモデルを考えました。 　 　トムソンはイギリスのケンブリッジ大学キャヴェンディッシュ研究所の所長に，なんとわずか２８歳で就任しました。キャヴェンディッシュはイギリスの名門貴族の出で，水素の発見者です。しかし，彼の論文の多くは発表されませんでした。キャヴェンディッシュ一族のデヴォンシャー侯爵（ケンブリッジ大学の総長）は実験物理学の研究所の必要性を考え，その資金を提供しました。１８７４年の竣工を記念して，初代所長のマクスウェルにキャヴェンディッシュの未発表の論文が送られました。その中には，クーロンの法則やオームの法則が先取りされていたということです。キャヴェンディッシュ研究所の２代目所長はアルゴンの発見者であるレーリー，そして３代目の所長がトムソンです。以後３０人近くのノーベル賞を輩出する有名な研究所です。 　一方，１９０３年日本の長岡半太郎が土星型原子模型を考えました。 　　　 　１９１１年にイギリスのラザフォードが原子核を発見し，原子の構造が明らかになりました。ラザフォードはトムソンの弟子で，１２名のノーベル賞学者を門下から輩出しています。彼は，師であるトムソンの原子のブドウパンモデルを証明しようとして，金箔にα粒子をぶつける実験を，ガイガ−とマースデンに行わせました。トムソンモデルが正しければ，α粒子は金箔をほぼまっすぐに通過するとラザフォードは考えていました。実験結果は，約２万個に１個の割合で金箔から跳ね返されてくるものがあったということです。２万個に１個ですよ。ラザフォードは，これを見逃すことはしませんでした。 It is about as incredible as if you had fired a 12-in.shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you. 　この実験によって原子核が確認されたのです。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　今日の学習内容は，次の通りです。 （１）原子を構成する粒子 （２）電子殻 （３）電子配置 　少し，難しい内容になりますが，物質を構成している粒子の構造ですから，しっかりと理解して下さい。では，最初は原子を構成する粒子です。原子は，トムソンが発見した電子と，ラザフォードが発見した原子核からできています。さらに，原子核には，陽子と中性子があります。中性子は，１９３２年にイギリスのチャドウィックによって発見されています。チャドウィックもラザフォードの弟子です。なお，電子ｅｌｅｃｔｒｏｎという用語はストーニーによってつくられています。

３　原子の構造 （１）原子を構成する粒子 ┌ 陽子 … 正の電荷 ┌ 原子核 ┤ 　原子 ┤ └ 中性子 … 電気をもたない └ 電子 … 負の電荷 　原子番号＝陽子の数　元素によって決まっている 　質量数＝陽子の数＋中性子の数 　同位体…原子番号は等しい（同じ元素である）が，中性子の数 が異なる（質量数が異なる）原子 　（例）１H（軽水素），２H（重水素），３H（三重水素）

軽水素と重水素と三重水素は，すべて水素元素です。しかし，原子の種類が違いますね。同位体とは，同じ元素で違う原子ということです。 　ところで，原子核の大きさは，原子の大きさの約１万分の１〜１０万分の１だそうです。原子核を１ｍｍとすると，原子が１００ｍということになります。１００ｍというとだいたい野球場のグランドの大きさですね。ということは，原子は隙間だらけということです。この世の物質をつくっているもとになる原子が隙間だらけですから，物質はもちろん隙間だらけということですね。 　 　したがって，土星とはちっと異なるモデルです。 　 　次に，原子に含まれている電子について考えてみましょう。電子が原子核のまわりを回っているとするなら，どうして原子核に吸収されないのでしょうか。もし，電子がエネルギーを失って原子核に落ち込んだら，原子の大きさは約１万分の１〜１０万分の１になります。すなわち，野球場が１ｍｍの大きさになってしまうということです。 　この問題を解決したのが，ラザフォードの弟子で，コペンハーゲン学派をつくったデンマーク人のボーアＮｉｅｌｓ Ｈｅｎｒｉｋ Ｄａｖｉｄ Ｂｏｈｒです。彼は２０世紀を代表する物理学者であり，同じく２０世紀を代表する物理学者アインシュタインと学問的解決で大論争を続けました。ボーアとアインシュタインの研究生活は対照的でした。ボーアはつねに誰かを捕まえて議論を続け，自分の考えを展開していくスタイルだったようです。アインシュタインは，一人でじっくりと考えを進めるスタイルでした。彼はほとんど弟子をとっていません。 　ボーアは１９１３年にラザフォードの原子モデルに量子仮説を導入しました。量子仮説とはドイツのプランクＭａｘ Ｋａｒｌ Ｅｒｎｓｔ Ｌｕｄｗｉｇ Ｐｌａｎｃｋが提唱した説です。今もドイツにマックスプランク研究所があります。物質のもつエネルギーは連続的に変化するのではなく，ある決まった値の整数倍しかとらないというのが量子仮説です。すなわち，物質のエネルギーはアナログ的に変化するのではなく，デジタル的に変化するということでしょうか。 　そこで，ボーアは電子は原子核からある決まった距離にしか存在し得ないと考えました。この電子が存在する場所を電子殻ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ ｓｈｅｌｌといいます。その電子殻は，原子核に近い内側から順に，Ｋ殻，Ｌ殻，Ｍ殻…とよばれています。どうしてＫからはじまっているのでしょうか。 　これはバークラーがＸ線の研究をしていたとき，２系列からなる特性X線というものを発見（１９０７年）し，波長の短いものをＫ，長いものをＬとしたことによるのです。なぜＫ，Ｌと名付けたかというと，Ａ，Ｂでは将来さまざまな波長のＸ線が発見されると困るからと考えたようです。結果として，Ｋ系列のX線が一番内側の殻に電子が落ち込むときに発するものであると考えられるところから，一番内側をＫ殻としたようです。

（２）電子殻 　電子の存在する層→電子殻 　・電子は放電や光のエネルギーを受けると，原子核から遠い　外側の軌道に移る 　・外側の軌道に移った電子が再び内側の軌道に移るとき，　内外の軌道のエネルギーの差を光として放出する 　・水素原子では 　外側の軌道→Ｋ殻…紫外線 　外側の軌道→Ｌ殻…可視光線 　外側の軌道→Ｍ殻…赤外線

可視光線とは，電磁波のうち，人間の目で見える波長の光のことです。ＪＩＳ Ｚ８１２０の定義によれば，可視光線に相当する電磁波の波長は，おおよそ短波長側が３６０ｎｍ〜４００ｎｍ，長波長側が７６０ｎｍ〜８３０ｎｍです。短波長から紫，藍，青，緑，黄，橙，赤の色があります。可視光線より波長が短くなっても長くなっても，人間の目には見ることができなくなります。可視光線より波長の短いものを紫外線，長いものを赤外線といいます。 　 　ところで，ｎｍ（ナノメートル）とはどのような意味か知っていますか。１ｎｍは１０−９ｍのことです。ちなみに，国際単位系（ＳＩ）のＳＩ接頭語を紹介しましょう。 大きさ 記号 名称 大きさ 記号 名称 １０１８ E エクサ ｅｘａ １０−１ ｄ デシ ｄｅｃｉ １０１５ Ｐ ペタ ｐｅｔａ １０−２ ｃ センチ ｃｅｎｔｉ １０１２ Ｔ テラ ｔｅｒａ １０−３ ｍ ミリ ｍｉｌｌｉ １０９ Ｇ ギガ ｇｉｇａ １０−６ μ マイクロ ｍｉｃｒｏ １０６ Ｍ メガ ｍｅｇａ １０−９ ｎ ナノ ｎｅｎｏ １０３ ｋ キロ ｋｉｌｏ １０−１２ ｐ ピコ ｐｉｃｏ １０２ ｈ ヘクト ｈｅｃｔｏ １０−１５ ｆ フェムト ｆｅｍｔｏ １０１ ｄａ デカ ｄｅｃａ １０−１８ ａ アト ａｔｔｏ 　ギガ，メガなどはコンピュータのメモリーの単位によく使われますね。ヘクトは気圧の単位に使われています。デシ，センチ，ミリはきっと知っているはずです。 　次は，電子殻に収容できる電子の数について考えてみましょう。各電子殻に収容できる電子の数には限度があります。Ｋ殻には２個，Ｌ殻には８個，Ｍ殻には１８個の電子を収容することができます。すなわち，ｎ番目の電子殻には，２ｎ２個の電子を収容することができるのです。

（３）電子配置 最大電子数 　Ｋ殻 　２＝２×１２ 　Ｌ殻 　８＝２×２２ 　Ｍ殻 １８＝２×３２ 　Ｎ殻 ３２＝２×４２ 　Ｏ殻 ５０＝２×５２ 　　　 ２×ｎ２ 　最外殻電子＝価電子　１〜７ 　希ガス元素の原子の価電子＝０

希ガス原子では，最外殻電子は原子間の結合には関係しませんから，価電子は０とします。また，ヘリウムＨｅの２個の電子は，価電子ではありません。少し，ややこしいですね。次回は，希ガス元素について勉強することにしましょう。 　　 　それでは，今日の学習内容を確認しましょう。 １．原子の中心にあるものは何ですか？ ２．１は何からできていますか？ ３．陽子と中性子の数の和を何といいますか？ ４．原子番号１３番，質量数２７のアルミニウム原子に含まれる陽子・中性子の数は？ ５．原子番号が同じで，質量数の異なる原子を互いに何といいますか？ ６．原子中の電子は，原子核のまわりの何とよばれるいくつかの層に分かれて存在していますか？ ７．原子番号８番の酸素原子の電子配置を答えなさい。 ８．最外殻電子の数が１〜７個の原子では，最外殻電子を特に何とよんでいますか？

答
１．原子核
２．陽子と中性子（０個のこともある）
３．質量数
４．陽子１３個，中性子１４個
５．同位体（アイソトープ）
６．電子殻
７．Ｋ殻２個，Ｌ殻６個
８．価電子