原子げんし

原子げんし（げんし、Atom）という言葉ことばには以下いかの二ふたつの異ことなった意味いみがある。

• 古代こだいギリシャのデモクリトスなどによって唱となえられはじめた原子げんし論ろんという仮説かせつにおいて想定そうていされている究極きゅうきょくの分割ぶんかつ不可能ふかのうな要素ようそ。哲学てつがく的てきな概念がいねん。仮説かせつ的てきな存在そんざい。

• 1900年代ねんだい前半ぜんはんに発見はっけんされた、物質ぶっしつの一いち構成こうせい単位たんい。ひとつの中なか間あいだ単位たんい。上述じょうじゅつの概念がいねん「究極きゅうきょくの分割ぶんかつ不可能ふかのうな単位たんい」に相当そうとうすると、当時とうじの科学かがく者しゃらの早合点はやがてんによって一いち時代じだい　誤認ごにんされ、Atomと呼よばれるようになってしまったもの。（だが、現在げんざいは分割ぶんかつ可能かのうだと判わかっているので、すでに文字通もじどおりのAtom「分割ぶんかつ不可能ふかのうなもの」ではなく、ひとつの中なか間あいだ単位たんいにすぎない、と知しられているもの）

歴史れきし

「物質ぶっしつ」が、「極きわめて小ちいさく不変ふへんの粒子りゅうし」から成なり立たつという仮説かせつ・概念がいねんは紀元前きげんぜん400年ねんごろの古代こだいギリシアの哲学てつがく者しゃ、レウキッポスやデモクリトスに存在そんざいした。だが、この考かんがえは当時とうじあまり評価ひょうかされたとは言いえず、その後ごおよそ二に千せん年ねんほど間あいだ、大半たいはんの人々ひとびとから忘わすれ去さられていた。

19世紀せいき初頭しょとうのイギリスの化学かがく者しゃドルトンが、近代きんだい的てきな原子げんし説せつを唱となえた。彼かれは、化学かがく反応はんのうの前後ぜんごの物質ぶっしつの質量しつりょうの変化へんかに着目ちゃくもくし、物質ぶっしつには単一たんいつ原子げんし（現在げんざいの原子げんし）と複ふく合あい原子げんし（現在げんざいの分子ぶんし）がある、との説せつを述のべた。だが、当時とうじの科学かがく者しゃの多おおくは物質ぶっしつに本当ほんとうにそのような構成こうせい単位たんいがあるのか大おおいに疑うたがっていた。科学かがく者しゃの共同きょうどう体たいでは「原子げんしが存在そんざいするとは信しんじません」と言いう科学かがく者しゃのほうが、むしろまともだと考かんがえられていたという

19世紀せいき後半こうはん、ルートヴィヒ・ボルツマンは、気体きたいを原子げんし仮説かせつで想定そうていされている「原子げんし」なるものの集合しゅうごうと考かんがえれば、（当時とうじ知しられていた）気体きたいの特性とくせいの多おおくが説明せつめいできると考かんがえた。「原子げんし」なる仮説かせつ的てき存在そんざいが動うごき回まわっているとすると、温度おんどや圧力あつりょくの性質せいしつも説明せつめいしやすいし、蒸気じょうき機関きかんにおいて熱あつい気体きたいがピストンを押おすという仕事しごとをすることも説明せつめいしやすかった。

プラム・プディング・モデル　1904年ねん3月がつにトムソンが発表はっぴょうした原子げんしモデル。 正まさに帯電たいでんした「スープ」の中なかに、負まけの電荷でんかを持もつ電子でんしが埋うまっている。 当時とうじはまだ原子核げんしかくの存在そんざいは知しられていなかった。 1911年ねん、ラザフォードが行おこなった原子核げんしかくの存在そんざいを示しめす実験じっけん （ラザフォード散乱さんらん）により、このモデルは否定ひていされた。

ラザフォードの原子げんしモデル　正せいの電荷でんかを持もつ微小びしょうな原子核げんしかくの周まわりに電子でんしが存在そんざいする、とした。

最近さいきんの理解りかい図ず。ヘリウム原子げんし。電子でんしが雲くも状じょうに描えがかれている（→電子でんし雲くも）。

20世紀せいき初頭しょとうにラザフォードとソディが発見はっけんしたウランの放射ほうしゃ壊変は原子げんしの概念がいねんを大おおきく変かえた。原子げんしは不変ふへんの粒子りゅうしではなくなったからである。これに先立さきだつ陰極線いんきょくせんの発見はっけんとあわせ、近代きんだい的てきな原子げんしモデルを確立かくりつしたのがトムソンである。彼かれのモデルはちょうど、ぶどうパンのように、正まさに帯電たいでんした「パン」の中なかにブドウのように電子でんしが埋うまっているというものだった。ついでラザフォードと長岡ながおか半太郎はんたろうが独立どくりつに惑星わくせい系けいに似にた原子げんしモデルを考案こうあんした。ボーアは量子りょうし仮説かせつに基もとづく電子でんしの円軌道えんきどうモデルを考案こうあんし、ゾンマーフェルトが電子でんしの楕円だえん軌道きどうモデルに拡張かくちょうした。

量子力学りょうしりきがくの発展はってんに伴ともない、原子げんしと電子でんしの関係かんけいに関かんしてはほぼ解明かいめいされてきているとも言いえるが、原子核げんしかくのことは今いまでもわからないことは多おおい。また、量子力学りょうしりきがくの発展はってんに伴ともない、当初とうしょの原子げんし論ろんが暗黙あんもく裡うらに含ふくんでいた素朴そぼくな図式ずしき・世界せかい観かん（球状きゅうじょうの何なにかの想定そうてい、モノが絶対ぜったい的てきに実在じつざいしているという素朴そぼくな観念かんねん、つまり非ひ確率かくりつ論ろん的てきに実在じつざいしているという素朴そぼくな観念かんねん）は、すでに崩くずれてしまったとも言いえ、物理ぶつり学がくの理論りろん全体ぜんたいとしては、当初とうしょとなえられていた原子げんし論ろんとはかなり異質いしつなものになってきた、とも言いえる。

原子げんしの構造こうぞう

原子げんしは、正せいの電荷でんかを帯おびた原子核げんしかくと、負まけの電荷でんかを帯おびた電子でんしから構成こうせいされるのだと考かんがえられている。原子核げんしかくはさらに陽子ようしと電気でんき的てきに中性ちゅうせいな中性子ちゅうせいしから構成こうせいされる（ただし大だい部分ぶぶんの水素すいそ原子げんしは中性子ちゅうせいしを含ふくまない）。陽子ようしと中性子ちゅうせいしの個数こすうの合計ごうけいを質量しつりょう数すうと呼よぶ。原子核げんしかくの半径はんけいは原子げんしの半径はんけいの約やく10万まん分ぶんの1と小ちいさい。

原子げんし量りょう

原子げんし量りょうとは、原子げんしの相対そうたい的てきな質量しつりょうを表あらわす。比率ひりつを表あらわす量りょうであるため、原子げんし量りょうには単位たんいを付つけない。このような数かずを無む次元じげん数すうと呼よぶ。

質量しつりょう数すう12の炭素たんそ原子げんしである¹²C（炭素たんそ12）1個いっこの質量しつりょうを12.0000と定さだめた場合ばあいの他ほかの元素げんその質量しつりょう比ひである。整数せいすう値ちをとる質量しつりょう数すうとは異ことなり、一般いっぱんに小数しょうすうになる。例たとえば、炭素たんその原子げんし量りょうは12.011であり、塩素えんその原子げんし量りょうは35.45である。これは多おおくの元素げんそでは、質量しつりょう数すうの異ことなる原子げんし（同位どうい体たい）が存在そんざいし、存在そんざい比率ひりつもまちまちなためである。例たとえば塩素えんその場合ばあい³⁵Clの存在そんざい比ひが約やく76%、³⁷Clの存在そんざい比ひが24%となっているため、35×0.76＋37×0.24という計算けいさんによって原子げんし量りょうの概数がいすうを求もとめることができる。

原子げんしと元素げんそ

原子げんしとは、内部ないぶに持もつ陽子ようしと中性子ちゅうせいしの各かく個数こすうの違ちがいで区別くべつされる個々ここの粒子りゅうしを指さす。例たとえば炭素たんそ原子げんしは中性子ちゅうせいし数すうの異ことなる¹²C、¹³C、¹⁴Cの3種類しゅるいが存在そんざいする。一方いっぽう元素げんそは、中性子ちゅうせいし数すうに関かかわらず、ある特定とくていの陽子ようし数すう（原子げんし番号ばんごう）を持もつ原子げんしのグループを指さす。例たとえば、「炭素たんそは燃焼ねんしょう（酸素さんそと結合けつごう）して二酸化炭素にさんかたんそを生成せいせいする」と表現ひょうげんした場合ばあいの「炭素たんそ」や「酸素さんそ」は元素げんそを意味いみする。

周期しゅうき表ひょう

周期しゅうき表ひょう（元素げんそ周期しゅうき表ひょう)とは、元素げんそを陽子ようしの数かずと等ひとしい原子げんし番号ばんごうの順じゅんに並ならべた表ひょうのこと。

化学かがく的てき、物理ぶつり的てきに似にた性質せいしつの原子げんし（元素げんそ）を見みやすくするため、一定いっていの数かずごとに折おり返かえしてまとめてある。下表かひょうは代表だいひょう的てきなものであるが、他ほかにもらせん型がたや円錐えんすい型がた、ブロック型がたなど複数ふくすうの形式けいしきが考案こうあんされている。表ひょうの最さい上段じょうだんには1～18の数字すうじが振ふられている。これを元素げんその族ぞくと呼よぶ。それぞれの升目ますめには原子げんし番号ばんごうと元素げんそ記号きごうが記しるされている。実用じつよう性せいを高たかめるため原子げんし量りょうを元素げんそ記号きごうの下したに記述きじゅつすることが一般いっぱん的てきである。この場合ばあい、安定あんてい同位どうい体たいを持もたない元素げんそについては既知きちの同位どうい体たいの中なかで最もっとも半減はんげん期きの長ながいものや存在そんざい比ひの高たかいものの質量しつりょう数すうをカッコ書がきして記載きさいする。また、色分いろわけや記号きごう類るいを用もちいて常温じょうおんでの相そうを表あらわしたり、遷移せんい元素げんそ・半はん金属きんぞく元素げんそ・人工じんこう放射ほうしゃ性せい元素げんそを表現ひょうげんすることもある。

1																	18
1 H	2											13	14	15	16	17	2 He
3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne
11 Na	12 Mg	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar
19 K	20 Ca	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr
37 Rb	38 Sr	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe
55 Cs	56 Ba	*1	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn
87 Fr	88 Ra	*2	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og
*1 ランタノイド：			57 La	58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
*2 アクチノイド：			89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr
1 常温じょうおんで固体こたい   金属きんぞく元素げんそ   アルカリ金属きんぞく 1 常温じょうおんで液体えきたい   半はん金属きんぞく元素げんそ   アルカリ土ど類るい金属きんぞく 1 常温じょうおんで気体きたい   非金属ひきんぞく元素げんそ   ハロゲン 1 不明ふめい   不明ふめい   希まれガス 1 室温しつおんで液体えきたい   人工じんこう元素げんそ   遷移せんい金属きんぞく     卑金属ひきんぞく元素げんそ   希土類きどるい元素げんそ （ランタノイド）     アクチノイド

原子げんし模型もけい

ボーアモデル

原子げんしの構造こうぞうを、人間にんげんの頭脳ずのうでも把握はあくしやすいように大胆だいたんにデフォルメし、簡単かんたんな図ずで表現ひょうげんしてみたもの。右みぎに示しめしたボーアの原子げんし模型もけいが最もっとも単純たんじゅんな形かたちである。この図ずでは酸素さんそ原子げんしのうち最もっとも存在そんざい量りょうが多おおい¹⁶Oを表あらわしている。8個この電子でんし、核かく内ないの8個この陽子ようしと8個この中性子ちゅうせいしの存在そんざいを読よみ取とることができる。原子げんしの化学かがく的てき性質せいしつを説明せつめいする場合ばあいには、このモデルを大幅おおはばに拡張かくちょうし、3次元じげん空間くうかんに分布ぶんぷする電子でんし雲くもを考慮こうりょに入いれた模型もけいが必要ひつようになる。

参考さんこう文献ぶんけん

• デヴィッド・リンドリー『ボルツマンの原子げんし』

関連かんれん項目こうもく

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