原子・結晶構造

今回は、原子や結晶の内部配列に主眼を置いた。私たちが外から見ているものは、原子や分子の内部配列の結果である。外見と内部構造が異なる場合もありますが、両者は完全に独立しているわけではありません。

原子構造

原子は、現存するすべての物質の構成要素である。肉眼で観察することもできないほど小さな存在です。通常、原子はオングストロームの範囲にある。素粒子が発見されると、次はそれをどのように原子の中に並べるかが問題になる。1904年、トンプソンは原子の構造を説明するために「プラム・プディングのモデル」を提唱した。つまり、電子は球の中に分散しており、その中にプラスの電荷も散らばってマイナスの電荷を中和しているのである。電子はプディングのプラムのように散らばるので、「プラムプディングモデル」と呼ばれる。その後、アーネスト・ラザフォードが実験を行い、より正確な原子構造を明らかにした。薄い金箔にアルファ粒子を発射し、次のようなデータを得た。

-アルファ粒子のほとんどは金箔を通過します。

-粒子の偏向がほとんどない。

-アルファ粒子の中には、直線的に跳ね返ってくるものもあります。

これらの観察から、彼らは次のような結論を導き出しました。

-アルファ粒子は正電荷を帯びており、そのほとんどが金箔を通過するため、内部には多くの自由空間が存在することになります。

-あるものは、別の正電荷の近くを通過するため、偏向される。しかし、偏向の数が非常に少ないので、正電荷が数点に集中することになる。この場所をコアと名付けました。

-アルファ粒子は原子核に直接ぶつかると、すぐに跳ね返ってきます。

以上の実験結果、およびその後の多くの実験に基づいて、原子の構造が説明されている。原子は陽子と中性子を持つ原子核から構成されています。原子核には、中性子や陽電子のほかにも小さな素粒子が存在する。原子核のまわりを電子が回っている。原子の中のほとんどの空間は空っぽです。プラスに帯電した原子核（プラスに帯電した陽子）とマイナスに帯電した電子が引き合うことで、原子の形が保たれているのです。

結晶構造

結晶構造とは、結晶中の原子や分子の配列のことである。空間を立体的にレイアウトしたものです。通常、結晶の中では、いくつかの原子や分子が繰り返し配置されている。結晶中の繰り返し単位は「単位胞」と呼ばれ、この繰り返し配列の結果、結晶にはパターンと長距離秩序が存在する。結晶の構造は、電子バンド構造、溶媒和、透明度など、その物理的・化学的性質の多くを決定する。その形状によって、7つの格子方式がある。菱形面体、斜め面体、菱形面体である。結晶はその性質から、共有結合結晶、金属結晶、イオン結晶、分子性結晶に分類される。