Τι συνεισφορές έκανε ο J.J. Ο Thomson κάνει το Atom;

Οι συνεισφορές του Τζόζεφ Τόμσον στην επιστήμη βοήθησαν στην επανάσταση της κατανόησης της ατομικής δομής. Παρόλο που ένας μαθηματικός και ένας πειραματικός φυσικός με εκπαίδευση, ο J. Ι. Ο Thomson συνέβαλε εκτενώς στο πεδίο της χημείας ανακαλύπτοντας την ύπαρξη ηλεκτρονίων, αναπτύσσοντας το φασματόμετρο μάζας και προσδιορίζοντας την παρουσία ισοτόπων.

Ι. Ι. Ο Τόμσον γεννήθηκε στο Μάντσεστερ της Αγγλίας το 1856. Ο πατέρας του περίμενε να είναι μηχανικός. Όταν μια μαθητεία μηχανικής δεν υλοποιήθηκε, στάλθηκε, σε ηλικία 14 ετών, στο Owen College. Μετά το θάνατο του J. Ο πατέρας του J., το κόστος μιας μαθητείας μηχανικού ήταν ακατάλληλο. Αντ 'αυτού, το 1876, έλαβε υποτροφία στο Trinity College στο Cambridge μελέτη μαθηματικών.

Αφού παρακολούθησε το Trinity College, ο Thomson έγινε μέλος του Trinity College το 1880. Παρέμεινε ως καθηγητής στο Trinity για όλη την καριέρα του. Σε ηλικία 28 ετών, διαδέχθηκε τον Λόρδο Ρέιλι (ανακάλυψη αργού και ερευνητής πυκνότητας αερίων) ως Καβαντίς Καθηγητής Πειραματικής Φυσικής στο Cambridge το 1884.

Ο Thomson, ως καθηγητής πειραματικής φυσικής, προσπάθησε να δημιουργήσει μαθηματικά μοντέλα για να εξηγήσει τη φύση του άτομα και ηλεκτρομαγνητισμός.

Άρχισε να μελετά τις ακτίνες καθόδου το 1894. Λίγο ήταν κατανοητό εκείνη την εποχή για τις ακτίνες καθόδου πέρα ​​από το να είναι μια λαμπερή ακτίνα φωτός σε έναν γυάλινο σωλήνα υψηλής κενού. Ένας σωλήνας καθοδικής ακτίνας είναι ένα επιμήκη δοχείο με κοίλο γυαλί όπου ο αέρας αφαιρείται για να δημιουργήσει κενό. Στην κάθοδο εφαρμόζεται μια υψηλή τάση και αυτό προκαλεί μια πράσινη λάμψη στο αντίθετο άκρο του γυάλινου σωλήνα.

Η ιδέα ότι μικροσκοπικά σωματίδια μεταδίδουν ηλεκτρισμό είχε προταθεί τη δεκαετία του 1830. Όταν ο Thomson επέτρεψε στις ακτίνες καθόδου να ταξιδέψουν μέσω του αέρα έναντι ενός κενού, βρήκε ότι ταξίδεψαν πολύ μακριά πριν σταματήσουν. ταξίδεψαν ακόμη πιο μακριά σε κενό. Σκέφτηκε ότι τα σωματίδια πρέπει να είναι μικρότερα από το εκτιμώμενο μέγεθος των ατόμων.

Για να δοκιμάσει την υπόθεσή του ότι τα σωματίδια της καθόδου ακτίνας ήταν μικρότερα από το μέγεθος των ατόμων, Thomson βελτίωσε την πειραματική του συσκευή και άρχισε να εκτρέψει τις ακτίνες καθόδου με ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδία. Ο στόχος του ήταν να βρει αν αυτά τα σωματίδια είχαν θετικό ή αρνητικό φορτίο. Επίσης, η γωνία εκτροπής θα του επέτρεπε να εκτιμήσει τη μάζα.

Αφού μετρήθηκε η γωνία με την οποία εκπέμπονται αυτές οι ακτίνες, υπολόγισε την αναλογία ηλεκτρικού φορτίου προς τη μάζα των σωματιδίων. Ο Thomson διαπίστωσε ότι η αναλογία παρέμεινε η ίδια ανεξάρτητα από το αέριο που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα. Υποστήριξε ότι τα σωματίδια που περιέχονται στα αέρια ήταν Παγκόσμιος και δεν εξαρτάται από τη σύνθεση του χρησιμοποιούμενου αερίου.

Μέχρι τον J. Ι. Τα πειράματα του Thomson με σωματίδια καθοδικών ακτίνων, ο επιστημονικός κόσμος πίστευε ότι τα άτομα ήταν τα μικρότερα σωματίδια στο σύμπαν. Για πάνω από 2.000 χρόνια, το άτομο θεωρήθηκε το μικρότερο δυνατό σωματίδιο και ο Έλληνας φιλόσοφος Δημοκρίτης ονόμασε αυτό το μικρότερο σωματίδιο άτομα Για άκαμπτος.

Ο κόσμος είχε τώρα την πρώτη ματιά σε ένα υποατομικό σωματίδιο. Η επιστήμη θα άλλαζε για πάντα. Κάθε νέο μοντέλο του ατόμου πρέπει να περιέχει υποατομικά σωματίδια.

Ο Τόμσον ονόμασε αυτά τα σωματίδια σωματίδια. Και ενώ είχε δίκιο για την ύπαρξη των σωματιδίων, το όνομα που τους έδωσε άλλαξε: Αυτά τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια είναι τώρα γνωστά ως ηλεκτρόνια.

Με αυτό το νέο υποατομικό σωματίδιο, J. Ι. Ο Thomson παρήγαγε ένα νέο ατομικό μοντέλο, ή ατομική θεωρία, σχετικά με τη δομή του ατόμου.

Η θεωρία του Thomson είναι πλέον γνωστή ως ατομικό μοντέλο πουτίγκα δαμάσκηνου ή Ατομικό μοντέλο Thomson. Το άτομο θεωρήθηκε οπτικά ως μια ομοιόμορφα θετικά φορτισμένη μάζα (η «πουτίγκα» ή «ζύμη») με τα ηλεκτρόνια διάσπαρτα σε ολόκληρο (όπως «δαμάσκηνα») για να εξισορροπήσουν τα φορτία.

Το μοντέλο πουτίγκα δαμάσκηνου αποδείχθηκε λανθασμένο, αλλά πρόσφερε την πρώτη προσπάθεια ενσωμάτωσης ενός υποατομικού σωματιδίου σε μια ατομική θεωρία. Το 1911, ο Ernest Rutherford - πρώην μαθητής του J. Ι. Thomson - απέδειξε αυτή τη θεωρία λανθασμένη πειραματίζοντας και υποθέτοντας τον πυρήνα.

Ένα φασματόμετρο μάζας είναι παρόμοιο με έναν σωλήνα καθοδικών ακτίνων, αν και η δέσμη του είναι κατασκευασμένη από ακτίνες ανόδου, ή θετικά φορτία, παρά ηλεκτρόνια. Όπως στο J. Ι. Τα πειράματα ηλεκτρονίων της Thomson, τα θετικά ιόντα εκτρέπονται από μια ευθεία διαδρομή από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.

Η Thomson βελτίωσε τον γνωστό σωλήνα ανοδικής ακτίνας συνδέοντας μια οθόνη που μοιάζει με παλμογράφο στο σημείο ανίχνευσης. Η οθόνη επικαλύφθηκε με ένα υλικό που φθορίζονταν όταν χτυπήθηκε από τις ακτίνες.

Μόλις ένα φορτισμένο σωματίδιο περνά από ένα μαγνητικό πεδίο, εκτρέπεται. Αυτή η εκτροπή είναι ανάλογη με την αναλογία μάζας προς φόρτιση (m / e). Οι παραμορφώσεις, οι οποίες είναι τμήματα μιας παραβολής, θα μπορούσαν να καταγραφούν με ακρίβεια στην οθόνη. Κάθε είδος που αποστέλλεται μέσω του ανοδικού σωλήνα έχει ξεχωριστή παραβολή.

Όταν τα ελαφριά είδη διεισδύουν στην οθόνη πολύ βαθιά, ο J. Ι. Ο Thomson κατασκεύασε μια σχισμή στο σωλήνα όπου θα καθόταν η οθόνη. Αυτό του επέτρεψε να σχεδιάσει την ένταση έναντι της σχετικής μάζας και δημιούργησε το πρώτο φασματόμετρο μάζας.

Ο Thomson ανέπτυξε το φασματόμετρο μάζας μαζί με τον φοιτητή του ερευνητή Φράνσις Γουίλιαμ Άστον. Ο Άστον συνέχισε αυτήν την έρευνα και κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 1922 για το έργο του.

Ι. Ι. Οι Thomson και Aston χρησιμοποίησαν το φασματόμετρο μάζας για τον εντοπισμό θετικών ιόντων υδρογόνου και ηλίου. Το 1912, πυροδότησαν ιονισμένο νέον στα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Εμφανίστηκαν δύο ξεχωριστά μοτίβα για τη δέσμη: ένα με ατομική μάζα 20 και ασθενέστερη παραβολή μάζας 22.

Αφού πρότεινε ακαθαρσίες, συνειδητοποίησε ότι αυτή η ασθενέστερη παραβολή ήταν μια βαρύτερη μορφή νέον. Αυτό έδειξε δύο άτομα νέον με διαφορετικές μάζες, πιο γνωστά ως ισότοπα.

Θυμηθείτε ότι ένα ισότοπο είναι η αλλαγή στον αριθμό των νετρονίων εντός του πυρήνα. Με ένα ισότοπο, η ταυτότητα του στοιχείου παραμένει η ίδια, αλλά έχει διαφορετικό αριθμό νετρονίων στον πυρήνα. Ι. Ι. Οι Thomson και Aston κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η υψηλότερη μάζα ενός άλλου ισότοπου νέον χωρίς να έχει το πλεονέκτημα να γνωρίζει την ύπαρξη νετρονίων (ανακαλύφθηκε από τον James Chadwick το 1932).

Το 1906, ο J. Ι. Ο Τόμπσον έλαβε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική «σε αναγνώριση των μεγάλων πλεονεκτημάτων αυτής της θεωρητικής και πειραματικής έρευνας για το αγωγιμότητα ηλεκτρικής ενέργειας από αέρια. " Η Thomson πιστώνεται με την αναγνώριση των ηλεκτρονίων ως σωματίδια ενός άτομο.

Αν και πολλοί άλλοι επιστήμονες πραγματοποίησαν παρατηρήσεις ατομικών σωματιδίων κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του Thomson, οι ανακαλύψεις του οδήγησαν σε μια νέα κατανόηση του ηλεκτρικού και των ατομικών σωματιδίων.

Ο Τόμσον πιστά πιστώνεται με την ανακάλυψη του ισότοπου και τα πειράματά του με θετικά φορτισμένα σωματίδια οδήγησαν στην ανάπτυξη του φασματομέτρου μάζας. Αυτά τα επιτεύγματα συνέβαλαν στην εξέλιξη της γνώσης και της ανακάλυψης στη φυσική και τη χημεία που συνεχίστηκαν μέχρι σήμερα.

Ι. Ι. Ο Thomson πέθανε τον Αύγουστο του 1940 στο Κέιμπριτζ και είναι θαμμένος στο Westminster Abbey κοντά στους Isaac Newton και Charles Darwin