Hvilke bidrag har J.J. Thomson Make to the Atom?

Joseph John Thomsons bidrag til videnskaben hjalp med at revolutionere forståelsen af ​​atomstruktur. Selvom en matematiker og en eksperimentel fysiker ved uddannelse, J. J. Thomson bidrog i vid udstrækning til det kemiske felt ved at opdage eksistensen af ​​elektroner, udvikle massespektrometeret og bestemme tilstedeværelsen af ​​isotoper.

J. J. Thomson blev født i Manchester, England, i 1856. Hans far forventede, at han skulle være ingeniør. Da ingeniøruddannelsen ikke blev realiseret, blev han sendt 14 år gammel til Owen College. Efter J.s død J.s far, omkostningerne ved en ingeniørlærling var umulige at håndtere. I stedet modtog han i 1876 et stipendium til Trinity College i Cambridge til studere matematik.

Efter at have deltaget i Trinity College fortsatte Thomson med at blive stipendiat i Trinity College i 1880. Han forblev som professor ved Trinity i hele sin karriere. I en alder af 28 efterfulgte han Lord Rayleigh (opdageren af ​​argon og efterforsker af tætheder af gasser) som Cavendish-professor i eksperimentel fysik i Cambridge i 1884.

Thomson, som professor i eksperimentel fysik, forsøgte at bygge matematiske modeller for at forklare arten af atomer og elektromagnetisme.

Han begyndte at studere katodestråler i 1894. Lidt blev forstået på det tidspunkt om katodestråler ud over at være en glødende lysstråle i et højvakuumglasrør. Et katodestrålerør er en hul aflang beholder af glas, hvor luften fjernes for at skabe et vakuum. Ved katoden påføres en høj spænding, og dette forårsager en grøn glød i den modsatte ende af glasrøret.

Idéen om, at små partikler transmitterede elektricitet var blevet foreslået i 1830'erne. Da Thomson tillod katodestrålene at rejse gennem luft versus et vakuum, fandt han, at de rejste langt, inden de blev stoppet; de rejste endnu længere i vakuum. Han troede, at partiklerne skulle være mindre end den estimerede størrelse af atomer.

For at teste hans hypotese om, at katodestrålepartiklerne var mindre end størrelsen af ​​atomer, Thomson forbedrede sit eksperimentelle apparat og begyndte at afbøje katodestrålene med elektrisk og magnetisk felter. Hans mål var at finde ud af, om disse partikler havde en positiv eller negativ ladning. Desuden vil afbøjningsvinklen tillade ham at estimere massen.

Efter at have målt vinklen, hvor disse stråler blev afbøjet, beregnede han forholdet mellem elektrisk ladning og massen af ​​partiklerne. Thomson fandt, at forholdet forblev det samme uanset hvilken gas der blev brugt i eksperimentet. Han postulerede, at partiklerne indeholdt i gasserne var universel og ikke afhængig af sammensætningen af ​​den anvendte gas.

Indtil J. J. Thomsons eksperimenter med katodestrålepartikler troede den videnskabelige verden, at atomer var de mindste partikler i universet. I over 2.000 år blev atomet betragtet som den mindste mulige partikel, og den græske filosof Democritis udnævnte denne mindste partikel atomos til uklippelig.

Verden fik nu sit første glimt af en subatomær partikel. Videnskaben ville blive forandret for evigt. Enhver ny model af atomet skal indeholde subatomære partikler.

Thomson kaldte disse partikler legemer. Og mens han var korrekt med hensyn til eksistensen af ​​partiklerne, ændrede navnet han gav dem: Disse negativt ladede partikler er nu kendt som elektroner.

Med denne nye subatomære partikel, J. J. Thomson producerede en ny atommodel eller atomteori vedrørende atomets struktur.

Thomsons teori er nu kendt som blomme budding atommodel eller Thomson atommodel. Atomet blev visuelt betragtet som en ensartet positivt ladet masse ("budding" eller "dej") med elektronerne spredt overalt (som "blommer") for at afbalancere ladningerne.

Blommebuddemodellen viste sig at være forkert, men den tilbød det første forsøg på at inkorporere en subatomær partikel i en atomteori. I 1911 Ernest Rutherford - en tidligere studerende af J. J. Thomson - beviste, at denne teori var forkert ved at eksperimentere og antage kernen.

Et massespektrometer svarer til et katodestrålerør, selvom dets stråle er lavet af anodestråler eller positive ladninger snarere end elektroner. Som i J. J. Thomsons elektroneksperimenter afbøjes de positive ioner fra en lige vej af elektriske og magnetiske felter.

Thomson forbedrede det kendte anodestrålerør ved at fastgøre en oscilloskoplignende skærm ved detekteringspunktet. Skærmen blev belagt med et materiale, der fluorescerede, når det blev ramt af strålerne.

Når en ladet partikel passerer et magnetfelt, afbøjes den. Denne afbøjning er proportional med forholdet mellem masse og ladning (m / e). Bøjningerne, som er dele af en parabel, kunne registreres nøjagtigt mod skærmen. Hver art, der sendes gennem anodestrålerøret, har en separat parabel.

Da lette arter trængte for dybt ind på skærmen, J. J. Thomson konstruerede en spalte i røret, hvor skærmen ville sidde. Dette tillod ham at plotte intensitet mod relativ masse og skabte det første massespektrometer.

Thomson udviklede massespektrometeret sammen med sin studenterforsker Francis William Aston. Aston fortsatte denne forskning og vandt en Nobelpris i 1922 for sit arbejde.

J. J. Thomson og Aston brugte massespektrometeret til at identificere positive ioner af hydrogen og helium. I 1912 fyrede de ioniseret neon ind i de elektriske og magnetiske felter. To separate mønstre for strålen dukkede op: et med atommasse på 20 og en svagere parabel med masse 22.

Efter at have foreslået urenheder indså han, at denne svagere parabel var en tungere form for neon. Dette angav to atomer af neon med forskellige masser, bedre kendt som isotoper.

Husk at en isotop er ændringen i antallet af neutroner i kernen. Med en isotop forbliver elementets identitet den samme, men den har et andet antal neutroner i kernen. J. J. Thomson og Aston konkluderede den højere masse af en anden neonisotop uden at have fordelen ved at kende eksistensen af ​​neutroner (opdaget af James Chadwick i 1932).

I 1906, J. J. Thompson modtog Nobel pris i fysik ”som anerkendelse af de store fordele ved denne teoretiske og eksperimentelle undersøgelse af ledning af elektricitet med gasser. ” Thomson krediteres med at identificere elektroner som partikler af en atom.

Selvom mange andre forskere foretog observationer af atompartikler i løbet af Thomsons eksperimenter, førte hans opdagelser til en ny forståelse af elektricitet og atompartikler.

Thomson er med rette krediteret opdagelsen af ​​isotopen, og hans eksperimenter med positivt ladede partikler førte til udviklingen af ​​massespektrometeret. Disse præstationer bidrog til udviklingen af ​​viden og opdagelse inden for fysik og kemi, der er fortsat indtil i dag.

J. J. Thomson døde i august 1940 i Cambridge og er begravet i Westminster Abbey nær Isaac Newton og Charles Darwin.