ما المساهمات التي قدمها ج. طومسون يصنع إلى الذرة؟

ساعدت مساهمات جوزيف جون طومسون في العلم في إحداث ثورة في فهم التركيب الذري. على الرغم من أن عالم الرياضيات والفيزيائي التجريبي من خلال التدريب ، فإن J. ج. ساهم طومسون على نطاق واسع في مجال الكيمياء من خلال اكتشاف وجود الإلكترونات وتطوير مطياف الكتلة وتحديد وجود النظائر.

ج. ج. ولد طومسون في مدينة مانشستر بإنجلترا عام 1856. توقع والده أن يكون مهندسًا. عندما لم تتحقق التلمذة الصناعية الهندسية ، تم إرساله ، وهو في الرابعة عشرة من عمره ، إلى كلية أوين. بعد وفاة ج. والد ج. ، تكلفة التدريب المهني الهندسي كانت لا يمكن السيطرة عليها. بدلاً من ذلك ، في عام 1876 ، حصل على منحة دراسية في كلية ترينيتي في كامبريدج دراسة الرياضيات.

بعد التحاقه بكلية ترينيتي ، ذهب طومسون ليصبح زميلًا في كلية ترينيتي في عام 1880. ظل أستاذاً في Trinity طوال حياته المهنية. في سن ال 28 ، خلف اللورد رايلي (مكتشف الأرجون ومحقق كثافة الغازات) كأستاذ كافنديش للفيزياء التجريبية في كامبريدج عام 1884.

حاول طومسون ، كأستاذ للفيزياء التجريبية ، بناء نماذج رياضية لشرح طبيعة الذرات والكهرومغناطيسية.

بدأ دراسة أشعة الكاثود عام 1894. لم يُفهم الكثير في ذلك الوقت عن أشعة الكاثود بخلاف كونها شعاعًا متوهجًا من الضوء في أنبوب زجاجي عالي التفريغ. أنبوب أشعة الكاثود عبارة عن حاوية زجاجية مستطيلة مجوفة حيث تتم إزالة الهواء لإنشاء فراغ. عند الكاثود ، يتم تطبيق جهد عالي ، وهذا يسبب توهجًا أخضر في الطرف المقابل من الأنبوب الزجاجي.

تم اقتراح فكرة أن الجسيمات الدقيقة تنقل الكهرباء في ثلاثينيات القرن التاسع عشر. عندما سمح طومسون لأشعة الكاثود بالسفر عبر الهواء مقابل الفراغ ، وجد أنها قطعت مسافة بعيدة قبل أن يتم إيقافها ؛ لقد سافروا أبعد من ذلك في فراغ. كان يعتقد أن الجسيمات يجب أن تكون أصغر من الحجم المقدر للذرات.

لاختبار فرضيته القائلة بأن جسيمات أشعة الكاثود كانت أصغر من حجم الذرات ، طومسون قام بتحسين أجهزته التجريبية وبدأ في تحويل أشعة الكاثود بالكهرباء والمغناطيسية مجالات. كان هدفه هو معرفة ما إذا كانت هذه الجسيمات تحمل شحنة موجبة أو سالبة. كما أن زاوية الانحراف ستسمح له بتقدير الكتلة.

بعد قياس الزاوية التي تنحرف فيها هذه الأشعة ، قام بحساب نسبة الشحنة الكهربائية إلى كتلة الجسيمات. وجد طومسون أن النسبة ظلت كما هي بغض النظر عن الغاز المستخدم في التجربة. افترض أن الجسيمات الموجودة داخل الغازات كانت عالمي ولا تعتمد على تكوين الغاز المستخدم.

حتى J. ج. من خلال تجارب طومسون على جسيمات أشعة الكاثود ، اعتقد العالم العلمي أن الذرات هي أصغر الجسيمات في الكون. لأكثر من 2000 عام ، اعتبرت الذرة أصغر جسيم ممكن ، وأطلق الفيلسوف اليوناني ديموقراطيس اسم هذا الجسيم الأصغر ذرة ل غير قابل للتقطيع.

كان للعالم الآن أول لمحة عن جسيم دون ذري. سوف يتغير العلم إلى الأبد. يجب أن يحتوي أي نموذج جديد للذرة الجسيمات دون الذرية.

أطلق طومسون على هذه الجسيمات كريات. وبينما كان محقًا بشأن وجود الجسيمات ، تغير الاسم الذي أطلقه عليها: تُعرف هذه الجسيمات سالبة الشحنة الآن بالإلكترونات.

مع هذا الجسيم دون الذري الجديد ، اكتشف J. ج. أنتج طومسون نموذجًا ذريًا جديدًا ، أو نظرية ذرية ، تتعلق ببنية الذرة.

تُعرف نظرية طومسون الآن باسم نموذج ذري بودنغ البرقوق أو نموذج طومسون الذري. كان يُنظر إلى الذرة بصريًا على أنها كتلة موجبة الشحنة موحدة ("الحلوى" أو "العجين") مع تناثر الإلكترونات في جميع أنحاء (مثل "البرقوق") لموازنة الشحنات.

ثبت أن نموذج حلوى البرقوق غير صحيح ، لكنه قدم المحاولة الأولى لدمج جسيم دون ذري في نظرية ذرية. في عام 1911 ، قام إرنست رذرفورد - وهو طالب سابق في مدرسة J. ج. طومسون - أثبت أن هذه النظرية غير صحيحة من خلال تجربة النواة وافتراضها.

يشبه مطياف الكتلة أنبوب أشعة الكاثود ، على الرغم من أن شعاعها مصنوع من أشعة القطب الموجب ، أو الشحنات الموجبة ، بدلاً من الإلكترونات. كما هو الحال في J. ج. من خلال تجارب طومسون للإلكترون ، تنحرف الأيونات الموجبة عن مسار مستقيم بواسطة المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

قام طومسون بتحسين أنبوب أشعة الأنود المعروف عن طريق توصيل شاشة تشبه راسم الذبذبات في نقطة الكشف. كانت الشاشة مغطاة بمادة تتألق عند اصطدامها بالأشعة.

بمجرد أن يمر الجسيم المشحون بمجال مغناطيسي ، فإنه ينحرف. هذا الانحراف يتناسب مع الكتلة إلى نسبة الشحن (م / ه). يمكن تسجيل الانحرافات ، وهي أجزاء من القطع المكافئ ، بدقة على الشاشة. كل نوع يتم إرساله عبر أنبوب أشعة القطب الموجب له قطع مكافئ منفصل.

عندما اخترقت الأنواع خفيفة الوزن الشاشة بعمق شديد ، قام J. ج. قام طومسون ببناء شق في الأنبوب حيث ستجلس الشاشة. سمح له ذلك برسم الشدة مقابل الكتلة النسبية وخلق أول مقياس طيفي للكتلة.

طور طومسون مطياف الكتلة مع باحثه الطالب فرانسيس وليام أستون. واصل أستون هذا البحث وفاز بجائزة نوبل عام 1922 عن عمله.

ج. ج. استخدم طومسون وأستون مطياف الكتلة لتحديد الأيونات الموجبة للهيدروجين والهيليوم. في عام 1912 ، أطلقوا النيون المتأين في المجالين الكهربائي والمغناطيسي. ظهر نمطان منفصلان للشعاع: أحدهما بكتلة ذرية 20 وكتلة أضعف من القطع المكافئ 22.

بعد اقتراح الشوائب ، أدرك أن هذا القطع المكافئ الأضعف كان شكلًا أثقل من أشكال النيون. يشير هذا إلى ذرتين من النيون بكتل مختلفة ، والمعروفة باسم النظائر.

تذكر أن النظير هو التغير في عدد النيوترونات داخل النواة. مع النظير ، تظل هوية العنصر كما هي ، لكن لها عدد مختلف من النيوترونات في النواة. ج. ج. توصل طومسون وأستون إلى الكتلة الأعلى لنظير نيون آخر دون الاستفادة من معرفة وجود النيوترونات (اكتشفها جيمس تشادويك في عام 1932).

في عام 1906 ، ج. ج. تلقى طومسون جائزة نوبل في الفيزياء "تقديراً للمزايا العظيمة لهذه التحقيقات النظرية والتجريبية على توصيل الكهرباء بالغازات ". يرجع الفضل إلى طومسون في تحديد الإلكترونات كجسيمات من ذرة.

على الرغم من أن العديد من العلماء الآخرين قد قاموا بملاحظات حول الجسيمات الذرية خلال فترة تجارب طومسون ، إلا أن اكتشافاته أدت إلى فهم جديد للكهرباء والجسيمات الذرية.

يرجع الفضل إلى طومسون بحق في اكتشاف النظير وتجاربه مع الجسيمات المشحونة الموجبة أدت إلى تطوير مطياف الكتلة. ساهمت هذه الإنجازات في تطور المعرفة والاكتشاف في الفيزياء والكيمياء التي استمرت حتى الوقت الحاضر.

ج. ج. توفي طومسون في أغسطس 1940 في كامبريدج ودُفن في دير وستمنستر بالقرب من إسحاق نيوتن وتشارلز داروين.