説明される原子の最初の属性の一つは、相対的な原子量でした。 単一の原子は重量を量るには小さすぎましたが、原子は互いに比較することができました。 化学者のJons Berzeliusは、同じ温度と圧力で同じ量のガスが同じ数の原子を含んでいると仮定しました。 彼はこのアイデアを原子理論の進化。 ハンスによるイラスト&キャシディ。 ゲイルグループの礼儀。反応ガスの重量を比較する。 彼は、例えば、酸素原子が水素原子よりも16倍重いことを決定することができた。 彼は知っていたように多くの要素のためにこれらの相対的な原子量のリストを作った。 彼は、ラテン名の最初の文字または最初の2文字を使用して要素のシンボルを考案しました。 水素の記号はH、酸素の記号はO、ナトリウム（ラテン語ではnatrium）の記号はNaなどです。 記号はまた、特定の化合物の分子を形成するために結合する原子の数を記述するのに有用であることが証明された。 例えば、水が水素の2つの原子と酸素の1つの原子から成っていることを示すために、水のための記号はH2Oです。1つの酸素原子は他の1つの酸素原子と結合して、記号O2を持つ酸素の分子を生成することさえできます。

より多くの要素が発見され続けるにつれて、チャート内のシンボル形式でリストを開始するのが便利になりました。 1869年、ドミトリー-メンデレーエフは元素を原子量の増加順にリストアップし、同様の化学反応を持つように見える元素をグループ化した。 例えば、リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）は、濡れた場合に炎にバーストすべての金属元素です。 同様の要素は、彼のチャートの同じ列に配置されました。 メンデレーエフは、原子量リスト上のすべての8番目の要素が同じ列に属する要素の間のパターンを見始めました。 この周期性または繰り返しパターンのために、Mendeleevのチャートは”元素の周期表”と呼ばれています。”テーブルは非常に規則的で、実際には、テーブルに”穴”があったとき、Mendeleevは最終的にその場所を埋める要素が発見されると予測しました。 例えば、原子量が約72（水素よりも72倍重い）の元素のための空間があったが、既知の元素はなかった。 1886年、その予測から15年後、元素ゲルマニウム（Ge）が単離され、原子量は72.3であることが判明した。 このようにして、さらに多くの要素が予測され、発見され続けました。 しかし、より多くの元素が周期表に追加されるにつれて、同様の反応のためにいくつかの元素が正しい列に配置された場合、原子量の増加の正しい順に従わなかったことが判明した。 元素を適切に順序付けるためには、他の原子特性が必要でした。 正しいプロパティが発見される前に、多くの年が経過しました。

化学実験がより多くの元素を探して特徴付けていたので、科学の他の枝は原子理論の発展に貢献する電気と光についての発見をしていました。 マイケル-ファラデーは電気を特徴付けるために多くの仕事をしていたが、ジェームズ-クラーク-マクスウェルは光を特徴づけた。 1870年代、ウィリアム・クルックスは、金属によって放出される「光線」を調べるために、現在はクルックス管と呼ばれる装置を構築した。 彼は、ファラデーとマクスウェルの両方の記述に基づいて、光線が光か電気かを判断したかった。 クルックスの管はガラス球で構成されており、そこから空気の大部分が取り除かれ、電極と呼ばれる二つの金属板が包まれていた。 一方の電極は陽極と呼ばれ、もう一方の電極は陰極と呼ばれていました。 それぞれのプレートには、電球の外側を電気源に導くワイヤがありました。 電極に電気を印加すると、陰極から光線が来るように見えました。 Crookesは、これらの陰極線は、陰極板の金属によって放出されていた負の電荷を有する粒子であると判断した。 1897年、J.J.トムソンは、これらの負に荷電した粒子が原子から出てきており、そもそも金属原子に存在していたに違いないことを発見しました。 彼はこれらの負に帯電した亜原子粒子を「電子」と呼んだ。「電子は負に帯電していたので、残りの原子は正に帯電していなければなりませんでした。 トムソンは、電子が正に帯電したパン生地のレーズンのように、またはプディングのプラムのように原子内に散乱していると信じていた。 トムソンの”プラム-プディング”モデルは正しくなかったが、原子がちょうど均質な球よりも複雑であることを示す最初の試みであった。

同時に、科学者たちは、その陰極で発生しなかったクルックス管から来ていた神秘的な光線の他の種類を調べていました。 1895年、ヴィルヘルム-レントゲンは、クルックス管の近くに置かれた写真板が、目に見えない未知の光線によって曇ってしまうことに気づいた。 レントゲンは、数学のように未知のために”x”を使用して、これらの光線を”x線”と呼んだ。 レントゲンはまた、神秘的な光線の写真を撮る方法として写真板の使用を確立しました。 彼は、例えば、彼の手でx線を遮断することによって、骨はx線を遮断するが、皮膚および組織は遮断しないことを発見した。 医者はまだ人体をイメージ投射のためにレントゲンのx線を使用する。

写真板は、レントゲンの時代の科学者のための標準的な装置となった。 これらの科学者の一人、アンリ-ベクレルは、彼が研究していた新しい元素であるウランを引き出しにいくつかの写真板を残しました。 彼が版を取除いたときに、彼はそれらが曇ったようになったことが分った。 引き出しの中に他に何もなかったので、彼はウランが何らかの種類の光線を放出していたに違いないと結論づけた。 ベクレルは、この放射線が紙によって遮断される可能性があるため、x線ほど浸透していないことを示した。 元素自体は、放射能と呼ばれる性質である放射線を積極的に生産していました。 主にPierreとMarie Curieの仕事を通して、より多くの放射性元素が発見されました。 異なるタイプの放射能を特徴付ける試みは、原子理論の発展における次の偉大な章につながった。

1896年、J.J.トムソンの学生アーネスト-ラザフォードが放射能の研究を始めた。 ラザフォードは、様々な元素をテストし、どのような種類の物質が放射線が写真板に到達するのを妨げる可能性があるかを決定することによって、元素から来る放射能の2つのタイプがあると結論付けた。 彼はギリシャ語のアルファベットの最初の二つの文字、アルファとベータを使用してそれらを命名しました。 アルファ線は、水素原子の約4倍の重さの正に荷電した粒子でできていました。 ベータ線は、電子のように見える負に荷電した粒子でできていました。 ラザフォードは、アルファ粒子を用いた実験を試みることにしました。 彼はそれを囲む写真板と薄い金箔の作品を設定しました。 彼はその後、アルファ粒子が金を打つことを許可しました。 アルファ粒子のほとんどは、金箔を通って右に行きました。 しかし、それらのいくつかはしませんでした。 いくつかのアルファ粒子は、それらの直線コースから偏向された。 いくつかは、まっすぐ後方に来ました。 ラザフォードは、ティッシュペーパーに弾丸を発射したかのように驚くべきことだったと書いた。 ラザフォードは、アルファ粒子のほとんどが通過したので、金の原子はトムソンの空間充填プラムプディングではなく、ほとんど空の空間でなければならないと結論づけた。 アルファ粒子のいくつかが偏向されたので、彼は核と呼ばれる各原子に密に充填された正の領域がなければならない。 核内のすべての正の電荷で、次の質問は原子内の電子の配置でした。1900年、物理学者のマックス-プランクは、光と熱のプロセスを研究しており、特に壁を完全に反射することによって作られた理想的な空洞である”黒い体”によ この空洞は、光と熱を吸収して放出する発振器と呼ばれる物体を含むものとして想像されていました。 十分な時間が与えられた場合、そのような黒体からの放射は、黒体の温度にのみ依存し、それが何で作られたかに依存しないスペクトルと呼ばれる有色光分布を生成するであろう。 多くの科学者は、黒体の振動子が特定のスペクトル分布をどのように生成できるかを予測する数学的関係を見つけようとしました。 マックス-プランクは、その正しい数学的関係を発見しました。 彼は、振動子によって吸収または放出されるエネルギーは、常に彼が量子と呼ばれる基本的な”エネルギーのパケット”の倍数であると仮定した。 エネルギーを放出または吸収する物体は、量子と呼ばれる離散的な量でそれを行います。

同時に、トムソンとラザフォードと一緒に働いている物理学者がNiels Bohrという名前でした。 ボーアは、エネルギーの量子のアイデアは、原子内の電子がどのように配置されているかを説明できることに気づきました。 彼は、電子を、太陽の周りの惑星のように、核の周りの「軌道上」にあると説明しました。 黒体の振動子はエネルギーだけを持つことができなかったように、原子内の電子は軌道だけを持つことができませんでした。 水素の同位体は、水素、重水素、三重水素のみであった。 ハンスによるイラスト&キャシディ。 ゲイルグループの礼儀。電子が持っていたエネルギーによって許可された特定の距離。 特定の原子の電子が正確に正しいエネルギー量子を吸収した場合、それは核から遠くに移動する可能性があります。 核から遠く離れた電子が正確に正しいエネルギー量子を放出した場合、それは核に近づく可能性があります。 どのような正確に正しい値は、すべての要素のために異なっていました。 これらの値は、原子分光法と呼ばれるプロセス、原子によって生成された光スペクトルを見て実験的な技術によって決定することができます。 その電子のすべてが遠く離れて核から移動したように、原子が加熱されました。 彼らが核に近づくにつれて、電子は光としてエネルギーの彼らの量子を放出し始めるでしょう。 生成された光のスペクトルはプリズムを用いて調べることができた。 このようにして生成されたスペクトルは、すべての可能な色を示すのではなく、電子軌道の違いに対応するエネルギーに一致する少数のものだけを示 後に洗練されたが、原子のボーアの”惑星モデル”は、科学者たちが原子の核に戻って彼らの注意を回したことを十分に原子分光データを説明しました。

ラザフォードはフレデリック-ソディとともに放射性元素の研究を続けた。 ソディは、特に、アルファ粒子とベータ粒子が原子から放出されたように、原子は二つの方法のいずれかで変化したことに気づいた: (1)元素は全く新しい化学反応で全く異なる元素になった、または(2)元素は同じ化学反応と同じ原子スペクトルを維持したが、原子量が変化しただけである。

彼は第二のグループの同位体の原子、異なる原子量を持つ同じ要素の原子と呼ばれます。 元素の任意の天然試料には、いくつかの種類の同位体が存在し得る。 その結果、Berzeliusによって計算された元素の原子量は、実際にはその元素のすべての同位体重量の平均でした。 これは、いくつかの元素がメンデレーエフの周期表で正しい順序に分類されなかった理由でした—平均原子量は、各種類の同位体のどれだけ存在していたかに依存していました。 Soddyは、化学反応の類似性によって元素を周期表に配置し、それらを順番に番号付けすることを提案した。 このように各要素に割り当てられた番号は、原子番号と呼ばれます。 原子番号は、要素を参照するための便利な方法でした。

一方、トムソンはクルックス管で彼の仕事を続けていた。 彼は、電子の陰極線が生成されただけでなく、正の粒子も生成されたことを発見しました。 多くの骨の折れる仕事の後で、彼は重量によって多くの異なった種類の肯定的な粒子を分けることができました。 これらの測定に基づいて、彼は陽子と呼ばれる最小の正の粒子である基本的な粒子を決定することができました。 これらは陰極の原子によって生成されており、ラザフォードは原子の核が正であることを示したので、トムソンは原子の核に陽子が含まれていなければならないことに気づいた。 Henry Moseleyという若い科学者は、x線で異なる元素の原子を砲撃する実験を行った。 熱が電子により多くのエネルギーを与える原子分光法のように、x線は核内の陽子により多くのエネルギーを与えます。 そして、電子が冷却するときに特定のエネルギーの光を出すのと同じように、核は”脱励起”するときに特定のエネルギーのx線を放出する。「Moseleyは、すべての要素の放出されたx線のエネルギーが単純な数学的関係に従うことを発見しました。 エネルギーはその元素の原子番号に依存し、原子番号は核内の正の電荷の数に対応していた。 したがって、周期表の正しい順序は、原子核内の陽子の数を増やすことです。 陽子の数は中性原子中の電子の数に等しい。 電子は化学反応を担当しています。 周期表の同じ列の元素は、最も高いエネルギーを持つ電子の同様の配置を持っており、その反応が類似している理由です。

問題は1つだけ残っています。 電子は陽子の重量の1/1,836の非常に小さな重量を持っていました。 しかし、陽子は原子の原子量のすべてを考慮していませんでした。 ジェイムズ・チャドウィックが電荷を持たず、陽子よりもわずかに大きな重さを持つ粒子が核内に存在することを発見したのは1932年までであった。 彼はこの粒子を中性子と名付けました。 中性子は同位体の存在に責任があります。 同じ元素の二つの原子は、陽子と電子の同じ数を持つことになりますが、彼らは中性子の数が異なるため、異なる原子量を有することができます。 同位体は、元素の名前と、核内の陽子と中性子の数を示すことによって命名されます。 陽子と中性子の合計は質量数と呼ばれます。 例えば、ウラン235には235個の陽子と中性子がある。 私たちは私たちに陽子の数を教えてくれるウランの原子番号（92）を見つけるために周期表の上に見ることができます。 それから減算することによって、我々はこの同位体が143の中性子を持っていることを知っています。 ウランの別の同位体である238Uは、92個の陽子と146個の中性子を持つ。 陽子と中性子のいくつかの組み合わせは、他のものよりも安定性が低い。 あなたの腕の中で10ボウリングボールを保持しようとしている画像。 あなたがそれを管理することができるかもしれないいくつかの配置があります。 今、11または唯一のナインを保持してみてください。 安定した配置がないかもしれないし、ボウリングのボールをドロップします。 陽子と中性子でも同じことが起こります。 不安定な配列は、安定した構造に達するまで、自発的に崩壊し、粒子を放出する。 これは、アルファ粒子のような放射能がどのように生成されるかです。 アルファ粒子は、2つの陽子と2つの中性子が不安定な核から転落してできています。水素には3種類の同位体があります。

水素には3種類の同位体があります。: 水素、2H（重水素）、および3H（トリチウム）。

他の元素の原子量は、もともとどの同位体を指定せずに水素と比較されました。 それは通常、H2やH2Oのような分子を形成するために他の原子と反応するので、水素の単一原子を得ることも困難です。 原子量は現在、12C（炭素-12）に基づいています。 この同位体は、その核に六つの陽子と六つの中性子を持っています。 炭素12は12原子質量単位であると定義された。 （原子質量単位、略称amuは、原子の相対的な重量を比較するために使用される単位です。 一つのamuはグラムの200sextillionthsよりより少しです。）他のすべての元素の他のすべての同位体がこれと比較される。 次に、与えられた元素の同位体の重量を平均化して、周期表に見られる原子量を与える。

原子の物語のこの時点まで、原子を構成するすべての粒子は、硬い、均一な球と考えられていました。 1920年にLouis de Broglieの作品で始まり、このイメージが変わりました。 De Broglieは、電子のような粒子が時々波の性質を持つことができることを示しました。 たとえば、2つの小石を池に落とすなど、2つのソースによって水の波が生成されると、波が互いに干渉する可能性があります。 これは高い点がより高い点を作るために加えることを意味する。 低い点はより低い地域を作るために加える。 電子が二重スリットを通過するように作られたとき、いくつかの電子が一方のスリットを通過し、他方を通過すると、それらは効果的に二つの源を作 電子はこの同じ種類の干渉を示し、コレクションプレート上にパターンを生成しました。 電子や他の粒子が時々粒子の性質を示し、時には波の性質を示す能力は、波-粒子双対性と呼ばれます。 電子の性質に対するこの複雑さは、ボーアの惑星原子の考えがあまり正しくないことを意味しました。 電子は異なる離散エネルギーを持っていますが、円軌道には従いません。 1925年、Werner Heisenbergは電子の正確な速度と位置を同時に知ることはできないと述べた。 この「ハイゼンベルク不確定性原理」は、あるエネルギーを持つ電子がどのように動くかを計算するための方程式を考案したErwin Schrödingerに影響を与えた。 シュレーディンガー方程式は、特定のエネルギーを持つ電子がある可能性が高いが、それが正確にどこにあるかではない原子内の領域を記述する。 この確率領域は軌道と呼ばれます。 電子はこれらの軌道内で非常に速く移動し、電子雲にぼやけていると考えることができます。 ボーアが説明したように、電子はエネルギーの量子を吸収または放出することによって、ある軌道から別の軌道に移動します。