Milliseid kaastöid tegi J.J. Thomson teeb aatomile?

Joseph John Thomsoni panus teadusesse aitas aatomistruktuurist arusaamist põhjalikumalt muuta. Ehkki matemaatik ja eksperimentaalne füüsik, on J. J. Thomson panustas ulatuslikult keemia valdkonda, avastades elektronide olemasolu, arendades massispektromeetrit ja määrates isotoopide olemasolu.

J. J. Thomson sündis Inglismaal Manchesteris 1856. aastal. Isa eeldas, et ta on insener. Kui inseneripraktika ei realiseerunud, saadeti ta 14-aastaselt Oweni kolledžisse. Pärast J. surma J. isa, inseneripraktika maksumus oli hallamatu. Selle asemel sai ta 1876. aastal stipendiumi Cambridge'i Trinity kolledžisse õppida matemaatikat.

Pärast Trinity kolledžis õppimist sai Thomson 1880. aastal Trinity College'i liikmeks. Ta jäi Trinity professoriks kogu oma karjääri. 28-aastaselt järgis ta 1884. aastal Cambridge'is Cavendishi eksperimentaalfüüsika professorina Lord Rayleigh'i (argooni avastaja ja gaaside tiheduse uurija).

Thomson katsetas eksperimentaalfüüsika professorina luua matemaatilisi mudeleid selle olemuse selgitamiseks

Ta hakkas katoodkiiri uurima 1894. aastal. Sel ajal mõisteti katoodkiirte kohta vähe, kui see oli kõrgvaakumklaasist torus hõõguv valgusvihk. Katoodkiiretoru on õõnes klaasist piklik mahuti, kust õhk eemaldatakse vaakumi loomiseks. Katoodi juures rakendatakse kõrgepinget ja see põhjustab klaastoru vastasotsas rohelist kuma.

Idee, et pisikesed osakesed edastasid elektrit, pakuti välja 1830. aastatel. Kui Thomson lasi katoodkiirtel liikuda läbi õhu vaakumis, leidis ta, et nad läbisid enne peatamist pika maa; nad rändasid vaakumis veelgi kaugemale. Ta arvas, et osakesed peavad olema väiksemad kui aatomite hinnanguline suurus.

Oma hüpoteesi kontrollimiseks, et katoodkiire osakesed olid aatomite suurusest väiksemad, Thomson täiustas oma katseaparaati ja hakkas katoodkiiri elektri- ja magnetiga paindma väljad. Tema eesmärk oli välja selgitada, kas nendel osakestel on positiivne või negatiivne laeng. Samuti võimaldaks läbipaine nurk hinnata massi.

Pärast nende kiirte läbipainde nurga mõõtmist arvutas ta elektrilaengu ja osakeste massi suhte. Thomson leidis, et suhe jäi samaks olenemata sellest, millist gaasi katses kasutati. Ta arvas, et gaasides sisalduvad osakesed olid universaalne ja ei sõltu kasutatud gaasi koostisest.

Kuni J-ni J. Thomsoni katoodkiirte osakestega tehtud katsetes uskus teadusmaailm, et aatomid on kõige väiksemad osakesed universumis. Üle 2000 aasta peeti aatomit võimalikult väikeseks osakeseks ja Kreeka filosoof Demokraat nimetas seda väikseimat osakest atomos eest lõikamatu.

Maailm sai nüüd esimese pilgu subatoomilisele osakesele. Teadus oleks igaveseks muutunud. Iga uus aatomi mudel peab sisaldama subatoomilised osakesed.

Thomson nimetas neid osakesi korpuseks. Ja kuigi tal oli osakeste olemasolu suhtes õigus, muutus talle antud nimi: neid negatiivselt laetud osakesi tuntakse nüüd elektronidena.

Selle uue subatoomilise osakesega on J. J. Thomson tootis aatomi struktuuri kohta uue aatomimudeli ehk aatomiteooria.

Thomsoni teooriat tuntakse nüüd kui ploomipudingu aatomimudel või Thomsoni aatomimudel. Visuaalselt mõeldi aatomit kui ühtlaselt positiivselt laetud massi (“puding” või “tainas”), mille elektronid olid laotuste tasakaalustamiseks laiali (nagu “ploomid”).

Ploomipudingu mudel osutus valeks, kuid pakkus esimest katset subatoomilise osakese inkorporeerimiseks aatomiteooriasse. 1911. aastal oli Ernest Rutherford - endine J. J. Thomson - tõestas selle teooria vale tuuma katsetamise ja hüpoteesimisega.

Massispektromeeter sarnaneb katoodkiiretoruga, kuigi selle kiir on valmistatud pigem anoodkiirtest ehk positiivsetest laengutest kui elektronidest. Nagu J. J. Thomsoni elektronkatsetes suunatakse positiivsed ioonid sirgelt teelt välja elektri- ja magnetväljadega.

Thomson täiustas tuntud anoodkiiretoru, kinnitades avastamispunkti ostsilloskoobilaadse ekraani. Ekraan oli kaetud materjaliga, mis fluorestseerus kiirte tabamisel.

Kui laetud osake läbib magnetvälja, paindub see. See läbipaine on proportsionaalne massi ja laengu suhtega (m / e). Parabooli osadeks olevad läbipainded saab täpselt ekraanile salvestada. Igal anoodkiiretoru kaudu saadetaval liigil on eraldi parabool.

Kui kerged liigid tungisid ekraanile liiga sügavalt, J. J. Thomson ehitas torusse pilu, kuhu ekraan istuks. See võimaldas tal joonistada intensiivsuse suhtelise massi järgi ja loodi esimene massispektromeeter.

Massomspektromeetri arendas Thomson välja koos oma tudengiteadlasega Francis William Aston. Aston jätkas seda uurimistööd ja võitis 1922. aastal oma töö eest Nobeli preemia.

J. J. Thomson ja Aston kasutasid vesiniku ja heeliumi positiivsete ioonide tuvastamiseks massispektromeetrit. 1912. aastal tulistasid nad ioniseeritud neooni elektri- ja magnetväljadesse. Tuli välja kaks eraldi mustrit: üks aatommassiga 20 ja nõrgem parabool massiga 22.

Pärast lisandite soovitamist mõistis ta, et see nõrgem parabool oli neooni raskem vorm. See näitas kahte erineva massiga neooni aatomit, paremini tuntud kui isotoope.

Tuletame meelde, et isotoop on tuumas olevate neutronite arvu muutus. Isotoopi puhul jääb elemendi identiteet samaks, kuid selle tuumas on erinev neutronite arv. J. J. Thomson ja Aston järeldasid teise neoonisotoopi suuremat massi, ilma et neil oleks kasu neutronite olemasolust (James Chadwick avastas 1932).

1906. aastal tegi J. J. Thompson sai Nobeli preemia füüsikas ", tunnustades selle teoreetiliste ja eksperimentaalsete uuringute suuri eeliseid elektrijuhtimine gaaside abil. " Thomsonile omistatakse elektronide identifitseerimine kui aatom.

Ehkki paljud teised teadlased tegid Thomsoni katsete ajal vaatlusi aatomiosakestele, viisid tema avastused uue arusaama elektrist ja aatomiosakestest.

Thomsonile omistatakse õigustatult isotoobi avastamine ja tema katsed positiivse laenguga osakestega viisid massispektromeetri väljatöötamiseni. Need saavutused aitasid kaasa füüsika ja keemia alaste teadmiste ja avastuste arengule, mis on jätkunud tänapäevani.

J. J. Thomson suri 1940. aasta augustis Cambridge'is ja on maetud Westminsteri kloostrisse Isaac Newtoni ja Charles Darwini lähedale.