原子模型
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/04/01 06:39 UTC 版)
科学において、原子論（げんしろん、英: atomic theory）は、物質は原子という粒子から構成されているとする科学理論で、原子模型（げんしもけい、英: atomic model）は理論に基づく原子のモデルである。その起源は、原子論（アトミズム（atomism））として知られる古代の哲学的伝統にまでさかのぼる。この考えによれば、物質の塊をより小さな断片に分割してゆくと、やがてそれ以上小さく分割できないところに到達する。古代ギリシャの哲学者は、このような仮説的な究極の物質の粒子を「切られていない」という意味の「アトモス（atomos）」と呼んだ。
原子模型
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/03/18 17:20 UTC 版)
水素原子の電子軌道（イメージ図）水素原子核は+1の電荷を持ち、電子の軌道はゆるやかに束縛されている。 ヘリウム原子の電子軌道（イメージ図）最も内側の軌道だけを示している。 フッ素原子の電子軌道（イメージ図）フッ素原子はより多くの正の電荷を持ち、電子の軌道はより小さく、強く束縛されている。 既に見たようにボーアの原子模型において、量子数 n に対応して電子のエネルギーが離散化される。量子数 n = 1 に対応する定常状態が最もエネルギーが低く安定した状態であり、この状態を基底状態と呼ぶ。基底状態よりエネルギーの高い量子数 n ≥ 2 に対応する定常状態を励起状態と呼ぶ。基底状態から励起状態へ移ることを励起という。 また、量子数 n に対応する電子の軌道半径は a n = − k 2 E n = ℏ 2 m e k n 2 = 4 π Z 0 c ℏ 2 m e e 2 n 2 {\displaystyle a_{n}=-{\frac {k}{2E_{n}}}={\frac {\hbar ^{2}}{m_{\text{e}}k}}\,n^{2}={\frac {4\pi }{Z_{0}c}}{\frac {\hbar ^{2}}{m_{\text{e}}e^{2}}}\,n^{2}} となる。ボーアの原子模型においてはエネルギーだけでなく軌道半径も離散化され、基底状態で最も軌道半径が小さく、高いエネルギー準位へ励起されるに従って軌道半径は大きくなる。基底状態における軌道半径は特にボーア半径と呼ばれ a B = 4 π Z 0 c ℏ 2 m e e 2 ≈ 0.053 nm {\displaystyle a_{\text{B}}={\frac {4\pi }{Z_{0}c}}{\frac {\hbar ^{2}}{m_{\text{e}}e^{2}}}\approx 0.053\ {\text{nm}}} である。 軌道周期と周回速度はそれぞれ T n = π k ( − E n ) 3 / 2 m e 2 = 2 π ℏ 3 m e k 2 n 3 = 1 2 c R ∞ n 3 {\displaystyle T_{n}={\frac {\pi k}{(-E_{n})^{3/2}}}{\sqrt {\frac {m_{\text{e}}}{2}}}={\frac {2\pi \hbar ^{3}}{m_{\text{e}}k^{2}}}\,n^{3}={\frac {1}{2cR_{\infty }}}\,n^{3}} v n = − 2 E n m e = k ℏ 1 n = Z 0 c e 2 4 π ℏ 1 n = α c n {\displaystyle v_{n}={\sqrt {\frac {-2E_{n}}{m_{\text{e}}}}}={\frac {k}{\hbar }}{\frac {1}{n}}={\frac {Z_{0}ce^{2}}{4\pi \hbar }}{\frac {1}{n}}={\frac {\alpha c}{n}}} となる。
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