Milyen hozzájárulásokat tett J.J. Thomson az atomhoz?

Joseph John Thomson hozzájárulása a tudományhoz segített forradalmasítani az atomszerkezet megértését. Bár matematikus és kísérleti fizikus végzettséggel, J. J. Thomson nagyban hozzájárult a kémia területéhez azáltal, hogy felfedezte az elektronok létezését, kifejlesztette a tömegspektrométert és meghatározta az izotópok jelenlétét.

J. J. Thomson az angliai Manchesterben született 1856-ban. Apja mérnöknek számított. Amikor a mérnöki szakképzés nem valósult meg, 14 évesen az Owen Főiskolára küldték. J. halála után J. apja, a mérnöki szakmunkásképzés költségei kezelhetetlenek voltak. Ehelyett 1876-ban ösztöndíjat kapott a Cambridge-i Trinity College-hoz tanuljon matematikát.

Miután részt vett a Trinity College-ban, Thomson 1880-ban a Trinity College munkatársa lett. Karrierje egészében a Trinity professzoraként maradt. 28 évesen követte Lord Rayleigh-t (az argon felfedezője és a gázok sűrűségének kutatója) Cambridge-ben, a kísérleti fizika cavendishi professzoraként 1884-ben.

Thomson, mint a kísérleti fizika professzora, megkísérelte matematikai modellek felépítését, hogy megmagyarázza a természetét atomok és elektromágnesesség.

1894-ben kezdte el tanulmányozni a katódsugarakat. Abban az időben keveset értettek a katódsugarakról, amelyek túl nagy vákuumú üvegcsőben izzó fénysugarat jelentenek. A katódsugárcső egy üreges hosszúkás üvegtartály, ahol a levegőt vákuum létrehozása céljából eltávolítják. A katódnál nagy feszültséget alkalmaznak, és ez zöld fényt okoz az üvegcső másik végén.

Az 1830-as években felvetődött az az elképzelés, hogy apró részecskék adják át az áramot. Amikor Thomson megengedte, hogy a katódsugarak a légtérben vákuumban haladjanak, azt találta, hogy azok nagy távolságot tettek meg, mielőtt megállítottak volna; vákuumban még messzebbre utaztak. Úgy gondolta, hogy a részecskéknek kisebbeknek kell lenniük, mint az atomok becsült mérete.

Annak hipotézisének tesztelésére, hogy a katódsugár részecskék kisebbek voltak, mint az atomok mérete, Thomson továbbfejlesztette kísérleti berendezését, és elektromos és mágneses úton kezdte el terelni a katódsugarakat mezők. Célja volt kideríteni, hogy ezek a részecskék pozitív vagy negatív töltéssel bírnak-e. Ezenkívül a kitérítési szög lehetővé tenné számára a tömeg becslését.

Miután megmérte azt a szöget, amelynél ezek a sugarak elhajlottak, kiszámította az elektromos töltés és a részecskék tömegének arányát. Thomson megállapította, hogy az arány ugyanaz maradt, függetlenül attól, hogy melyik gázt használták a kísérletben. Azt feltételezte, hogy a gázokban lévő részecskék igen egyetemes és nem függ a felhasznált gáz összetételétől.

J-ig. J. Thomson katódsugár-részecskékkel végzett kísérleteivel a tudományos világ úgy vélte, hogy az atomok a legkisebb részecskék az univerzumban. Több mint 2000 éve az atomot a lehető legrövidebb időtartamú részecskének tekintették, és a görög filozófus, Democritis ezt a legkisebb részecskét nevezte el atomos mert kivághatatlan.

A világ most először pillanthatott meg egy szubatomi részecskére. A tudomány örökre megváltozik. Az atom bármely új modelljének tartalmaznia kell szubatomi részecskék.

Thomson ezeket a részecskéket korpuszkulusoknak nevezte. És bár igaza volt a részecskék létezésével kapcsolatban, megváltozott a nekik adott név: Ezeket a negatív töltésű részecskéket ma elektronként ismerik.

Ezzel az új szubatomi részecskével J. J. Thomson új atommodellt vagy atomelméletet készített az atom szerkezetére vonatkozóan.

Thomson elmélete ma már a szilva puding atomi modell vagy Thomson atommodell. Az atomot vizuálisan egyenletesen pozitív töltésű tömegnek („pudingnak” vagy „tésztának”) gondolták, az elektronok szétszórtan (például „szilva”) a töltések kiegyenlítése érdekében.

A szilva puding modell helytelennek bizonyult, de az első kísérletet kínálta egy szubatomi részecske atomelméletbe történő beépítésére. 1911-ben Ernest Rutherford - J. volt tanítványa J. Thomson - ezt az elméletet helytelennek bizonyította a mag kísérletezésével és hipotézisével.

A tömegspektrométer hasonló a katódsugárcsőhöz, bár sugara anódsugarakból vagy pozitív töltésekből áll, nem pedig elektronokból. Ahogy J. J. Thomson elektronkísérletei szerint a pozitív ionokat elektromos és mágneses terek terelik el az egyenes útról.

Thomson javította az ismert anódsugárcsövet egy oszcilloszkópszerű képernyő csatlakoztatásával a detektálási ponton. A képernyőt olyan anyaggal vonták be, amely fluoreszkált, amikor a sugarak eltalálták.

Amint egy töltött részecske áthalad egy mágneses mezőn, az elhajlik. Ez az elhajlás arányos a tömeg / töltés arányával (m / e). Az alakváltozásokat, amelyek egy parabola részei, pontosan rögzíteni lehet a képernyőn. Az anódsugárcsövön keresztül küldött minden fajnak külön parabola van.

Amikor a könnyű faj túl mélyen behatolt a képernyőre, J. J. Thomson rést épített a csőben, ahol a képernyő ülni fog. Ez lehetővé tette számára az intenzitás ábrázolását a relatív tömeg és az első tömegspektrométer létrehozása között.

Thomson hallgatói kutatójával együtt fejlesztette ki a tömegspektrométert Francis William Aston. Aston folytatta ezt a kutatást, és 1922-ben Nobel-díjat kapott munkájáért.

J. J. Thomson és Aston a tömegspektrométerrel azonosította a hidrogén és a hélium pozitív ionjait. 1912-ben ionizált neont lőttek az elektromos és mágneses mezőkbe. A nyalábnak két külön mintája alakult ki: az egyik 20 atomsúlyú és egy gyengébb 22 tömegű parabola.

Miután szennyeződéseket sugallt, rájött, hogy ez a gyengébb parabola a neon nehezebb formája. Ez két különböző tömegű neon atomot jelzett, jobban ismert izotópként.

Emlékezzünk vissza arra, hogy az izotóp a neutronok számának változása a magban. Egy izotóppal az elem azonossága ugyanaz marad, de más a neutronszám a magban. J. J. Thomson és Aston arra a következtetésre jutottak, hogy egy másik neon izotóp nagyobb tömegű, anélkül, hogy tudnák a neutronok létét (James Chadwick fedezte fel 1932-ben).

1906-ban J. J. Thompson megkapta a Nóbel díj a fizikában "ennek az elméleti és kísérleti kutatásnak az érdemeinek elismeréseként villamos energia vezetése gázokkal. ” Thomson nevéhez fűződik az elektronok azonosítása az an részecskéiként atom.

Bár Thomson kísérletei alatt sok más tudós megfigyelte az atomrészecskéket, felfedezései új megértést eredményeztek az elektromosságról és az atomrészecskékről.

Thomsonnak jogosan tulajdonítják az izotóp felfedezését, és pozitív töltésű részecskékkel végzett kísérletei a tömegspektrométer kifejlesztéséhez vezettek. Ezek az eredmények hozzájárultak a fizikai és kémiai ismeretek és felfedezések fejlődéséhez, amelyek a mai napig folytatódtak.

J. J. Thomson 1940 augusztusában halt meg Cambridge-ben, és a Westminster-apátságban temették el Isaac Newton és Charles Darwin közelében.