【図解】原子核の発見 原子にプラス(+)電気のかたまりがある

【図解】原子核の発見 原子にプラス(+)電気のかたまりがある

 

1911年アーネスト・ラザフォードさんの

実験結果より、原子の中心に

プラスのかたまりがあるとわかりました。

 

プラスの電気はどこに

原子には電子(マイナスの電気を帯びている)が

あることはわかっていました。しかし、

世の中の液体や気体は電気を帯びていません。

このことから、プラスの電気がどこかに

あるだろうと予想されていました。

 

実験内容

アルファ粒子を金の薄い膜へあて、

アルファ粒子の方向を観測しました。

 

アルファ粒子はヘリウムの原子核であり、

プラスの電気を帯びています

(当時、アルファ粒子の正体は分かっていませんでした)

 

原子の大きさついては以下の記事を参考にどうぞ。

【図解】原子・原子核の大きさ 身近なものと比較

 

実験予想(仮説)

原子をブドウパンのように、

原子全体にプラスの電気があり、

電子が散らばっていると予想しました。

 

この場合、

アルファ粒子は電子の影響を受け、

わずかに進路が曲がると予想しました。

 

イメージとしては、

ピッチャーがボール(アルファ粒子)を投げて、

バッター(原子)は空振りするか、

当たってもファールチップと予想していました。

 

実験結果


実験したところ、まれに、

アルファ粒子が反対方向へ曲がっていること

が確認されました。

 

イメージとしては、

ピッチャーがボール(アルファ粒子)を投げたら、

ホームランを打たれてたようなことです。

(実際は、アルファ粒子と原子核は接触していません)

 

考察

アルファ粒子の質量は電子の約8000倍のため、

電子が方向を曲げたのではない

考えられました。

 

実験の質量のイメージとして、

「150 gのボール(アルファ粒子)が

0.02 gのバット(電子)に打ち返されるのは

考えられない」ということです。

(通常、硬式野球ボールは150 gであり、金属バットは900 gです。)

参考までに計算を以下に示します

 

それぞれの質量(g)
陽子  1.673×10^-24
中性子 1.675×10^-24
電子  9.109×10^-28

 

(アルファ粒子) = (2つの陽子)+(2つの中性子)
= 2 × 1.673×10^-24 + 2 × 1.675×10^-24
= 6.696×10^-24 [g]

 

(アルファ粒子) / (電子)
= 6.696×10^-24 / 9.109×10^-28
= 7647.38
→約8000倍

ボール 150 g
バットは8000分の1なので
(バット) = 150 / 8000
= 0.01875
→0.02 [g]

 

そこで、原子の中央にプラスの電気が

小さく1点あると考えられました。

 

まとめ

実験結果より、原子の中心に

プラスのかたまりがあるとわかりました。

(この時点では原子核が陽子と中性子でできていることは分かっていません。別の実験で分かるようになっています。)

 

参考文献 

髙森圭介, “すぐわかる!ビジュアル化学 改訂新版”, ニュートンプレス, 2013.

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