「プラウトの仮説」の版間の差分

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'''プラウトの仮説(Prout's hypothesis)'''は19世紀初頭に出た、[[原子]]の内部構造に関する仮説であり、また様々な化学[[元素]]の存在を説明しようとするものであった。
 
1815年<ref>William Prout (1815). On the relation between the specific gravities of bodies in their gaseous state and the weights of their atoms. ''[//en.wikipedia.org/wiki/Annals_of_Philosophy Annals of Philosophy]'', 6: 321&#x2013;330. [http://web.lemoyne.edu/~giunta/PROUT.HTML Online reprint]</ref>と1816年<ref>William Prout (1816). Correction of a mistake in the essay on the relation between the specific gravities of bodies in their gaseous state and the weights of their atoms. ''Annals of Philosophy'', 7: 111&#x2013;13. [http://web.lemoyne.edu/~giunta/PROUT.HTML#prout2 Online reprint]</ref>にイギリスの科学者[[ウィリアム・プラウト]]は、その時知られていた元素の測定した[[原子量]]がすべて[[水素]]の原子量の倍数であるようだという内容の2つの論文を発表した。そして彼は水素原子が唯一真の基本的な物体であるという仮説をたて、それをプロタイル(protyle)と呼んだ。そして他の元素の原子は実際には様々な数の水素原子が集まったものと考えた<ref name="lederman">{{cite book|last=[[Leon Lederman|Lederman]]|first=Leon|title=The God Particle|year=1993}}</ref>
 
プラウトの仮説は[[アーネスト・ラザフォード]]に影響を与えた。彼は[[アルファ粒子]]を用いて窒素原子から水素原子核を「ノッキング」するのに成功し、おそらくすべての元素の核がそのような粒子(水素核)でできていると結論付けた。また、1920年にはプラウトが作った単語である"protyle"の語幹に粒子を表す接尾辞の"-on"をつけprotonと名付けることを提案した<ref>In a footnote to a 1921 paper by O. Masson in the ''Philosophical Magazine'' (O. Masson, ''Phil. Mag.'' '''41,''' 281, 1921) Rutherford describes how the [//en.wikipedia.org/wiki/British_Association_for_the_Advancement_of_Science British Association for the Advancement of Science] at its [//en.wikipedia.org/wiki/Cardiff Cardiff] meeting beginning August 24, 1920 (see [http://www.nature.com/nature/journal/v105/n2651/abs/105780a0.html meeting report] and [http://www.sciencemag.org/content/51/1330/627.2.extract announcement]) accepted Rutherford's suggestion that the hydrogen nucleus be named the "proton," following Prout's word "protyle." Also cf. official report of this meeting, A.S. Eddington, 1920 ''Report of the 88th meeting of the British Association for the Advancement of Science'' (John Murray: London) p 34</ref>
 
プラウトの仮説と、そのとき知られていた、水素の整数倍から離れた値をとるいくつかの原子量の変化との矛盾は、同位体と中性子の発見によって1913年から1932年の間に説明された。[[フランシス・アストン]]の全核子則によると、プラウトの仮説は個々の同位体の原子質量に対しては誤差1%以下で正しいものである。
プラウトの仮説は1820年代を通して化学に影響を与え続けた。しかし、1828年の[[イェンス・ヤコブ・ベルセリウス]]や1832年のエドワード・ターナーによって集められたより精緻な測定結果は、この仮説を反証した<ref name="Heilbron2003">{{cite book|author=John L. Heilbron|title=The Oxford Companion to the History of Modern Science|date=14 February 2003|publisher=Oxford University Press|isbn=978-0-19-974376-6|pages=683–}}</ref>{{Rp|682-683}}。特に、水素の35.45倍である[[塩素]]の原子量は、プラウトの仮説では説明することができなかった。基本単位が水素原子の半分であるという[[アドホック]]な主張も出てきたが、さらに矛盾が生じることとなった。これにより、水素原子の4分の1が共通単位であるという仮説が得られた。これらの説は間違っていることが判明したが、原子量のさらなる測定を促し、化学にとって大きな利益をもたらした。
 
原子量の矛盾は、1919年までは同じ元素の複数の[[同位体]]が自然発生した結果であると疑われていた。[[フランシス・アストン]]は質量分析法を用いて多数の元素に対する複数の安定同位体を発見した。1919年、アストンはネオンを十分な分解能で研究し、2つの同位体の質量が整数値の20と22と非常に近く、どちらもネオン気体の既知のモル質量(20.2)と等しくないことを示した<ref name="Aston1922">[https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1922/aston-lecture.html Mass spectra and isotopes] Francis W. Aston, Nobel prize lecture 1922</ref>
 
1925年まで問題とされた塩素は同位体Cl-35とCl-37で構成されており、天然塩素の平均重量は水素の約35.45倍になっている<ref>{{cite journal|author=Harkins WD|year=1925|title=The Separation of Chlorine into Isotopes (Isotopic Elements) and the Whole Number Rule for Atomic Weights|journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.|volume=11|issue=10|pages=624–8|bibcode=1925PNAS...11..624H|doi=10.1073/pnas.11.10.624|pmid=16587053|pmc=1086175}}</ref>。すべての元素について、質量Aの個々の同位体(核種)は最終的に、水素原子の質量のA倍に非常に近い質量を有し、誤差は常に1%未満であることが判明した。これはプラウトの法則が正しいということへもう一歩である点である。しかしながらその法則はこれよりもすべての同位体についてよく同位体質量を予測することはできなかった。原子が構成されるときに、原子核における結合エネルギーの放出に起因する質量欠陥が主にあるからである。
 
== 文学的言及 ==
[[アーサー・コナン・ドイル]]の1891年の小説''The Doings of Raffles Haw ''で、灰白質に達するまで原子番号を減らすことで元素を他の元素に変えることが述べられている。
 
[[ヴァシリー・グロスマン]]の1959年の小説 ''Life and Fate ''(人生と運命)では、主人公の物理学者ビクトル・シュトルムが、彼自身の論文を定式化できないことについて悩みながら、水素が他の元素の起源であるというプラウトの仮説(そしてプラウトの誤ったデータが本質的に正しい結論に導かれたという確かな事実)を考察している。
 
== 参考文献 ==