主な違い – ラザフォード模型とボーア模型
ラザフォード模型とボーア模型は、原子の構造を説明するための模型です。
ラザフォードモデルは、1911年にアーネスト・ラザフォードによって提唱されました。
ボーア模型は、1915年にニールス・ボーアによって提唱された。
ボーア模型はラザフォード模型を改良したものと考えられています。
ラザフォードモデルとボーアモデルの大きな違いは、ラザフォードモデルが原子のエネルギー準位を説明しないのに対し、ボーアモデルは原子のエネルギー準位を説明することです。
ラザフォードモデルとは
ラザフォード原子のモデルとは、原子は中心核で構成され、その原子のほぼすべての質量が集中し、この中心核の周りを軽量の粒子が移動しているとするものです。
また、中心核は正に帯電しており、中心核の周りを移動する構成要素は負に帯電しているとしている。
図1：ラザフォードが提案した原子の構造
このモデルは、アーネスト・ラザフォードによって、有名な「ラザフォード金箔実験」によって実験的に観測されたものです。
この実験では、金箔を通してアルファ粒子を照射した。
アルファ粒子は金箔をまっすぐに突き抜けると思われていた。
しかし、アルファ粒子はまっすぐ突き抜けるのではなく、さまざまな方向に曲がっていった。
このモデルを説明するために、ラザフォードは次のようなことを提案した。
- 原子は、正の電荷を持つ中心核から構成されている。
- この中心核の周囲に、負電荷を帯びた構成要素があります。
- プラスとマイナスの電荷は互いに釣り合う。
しかし、このラザフォードの原子モデルも、なぜ電子と原子核の正電荷が引き合わないのかが説明できないため、否定された。
ボーア模型とは
ボーア模型は、ラザフォード模型を改良したものです。
水素原子の線スペクトルをもとに提唱された。
このモデルでは、電子は常に原子核の周りにある特定の殻や軌道を回っているとした。
また、この殻はそれぞれ異なるエネルギーを持ち、球状であることも示された。
さらに、ある軌道にある電子は、エネルギーを吸収するか放出するかで、別の軌道に移動することができると説明した。
図2: ボーアモデルによる原子構造
水素原子の線スペクトルは、多くの離散的な線を持っていた。
このスペクトルを説明するために、ボーアは次のようなことを提案した。
- 電子は原子核の周りをある特定の殻の中を移動している。
- これらの殻は個別のエネルギー準位を持っています。
- 軌道のエネルギーは、軌道の大きさに関係する。最も小さい軌道は最も低いエネルギーを持っています。
- 電子はあるエネルギー準位から別のエネルギー準位に移動することができる。
このモデルは、水素原子の原子構造には完全に適合しているが、このモデルを他の元素に適用する際には、ある種の限界があった。
そのひとつが、線スペクトルに見られるゼーマン効果やシュタルク効果を説明できないことである。
ラザフォードモデルとボーアモデルの違い
定義
ラザフォードモデル。
原子のほぼ全質量が集中する中心核があり、この中心核の周りを軽い粒子が移動しているというラザフォード模型。
ボーア模型。
電子は常に原子核の周囲にある特定の殻や軌道を移動し、これらの殻には離散的なエネルギー準位があると説明するボーア模型。
観察
ラザフォードモデル ラザフォード模型：金箔の実験の観測結果をもとに、ラザフォード模型が作られた。
ボーア模型。
水素原子の線スペクトルの観測をもとに作られた。
エネルギーレベル
ラザフォードモデル ラザフォードモデルでは、離散的なエネルギー準位の存在は記述されない。
ボーア模型。
ボーア模型は、離散的なエネルギー準位の存在を記述する。
軌道の大きさ
ラザフォードモデル ラザフォードモデルでは、軌道の大きさと軌道のエネルギーの関係が説明できない。
ボーア模型。
ボーア模型は、軌道の大きさと軌道のエネルギーの関係を説明し、最も小さい軌道が最も低いエネルギーになる。
結論
ラザフォード模型もボーア模型も原子構造という同じ概念をわずかな変化で説明するものです。
ラザフォードモデルとボーアモデルの主な違いは、ラザフォードモデルが原子のエネルギー準位を説明しないのに対し、ボーアモデルは原子のエネルギー準位を説明することである。
