אילו תרומות האם ג'יי ג'יי. תומסון עושה לאטום?

תרומתו של ג'וזף ג'ון תומסון למדע סייעה למהפכה בהבנת המבנה האטומי. אף כי מתמטיקאי ופיזיקאי ניסיוני בהכשרתו, י. י. תומסון תרם רבות לתחום הכימיה על ידי גילוי קיומם של אלקטרונים, פיתוח ספקטרומטר המסה וקביעת נוכחותם של איזוטופים.

י. י. תומסון נולד במנצ'סטר באנגליה בשנת 1856. אביו ציפה שהוא יהיה מהנדס. כאשר חניכות הנדסית לא יצאה לפועל, הוא נשלח, בגיל 14, למכללת אוון. לאחר מותו של י. אביו של ג'יי, העלות של חניכה בהנדסה לא הייתה ניתנת לניהול. במקום זאת, בשנת 1876 הוא קיבל מלגה ל טריניטי קולג 'בקיימברידג' ל ללמוד מתמטיקה.

לאחר שלמד בקולג 'טריניטי, המשיך תומסון להיות עמית בקולג' טריניטי בשנת 1880. הוא נשאר כפרופסור בטריניטי במשך כל הקריירה שלו. בגיל 28 הוא יורש את לורד ריילי (מגלה ארגון וחוקר צפיפות גזים) כפרופסור לקוונדיש לפיזיקה ניסויית בקיימברידג 'בשנת 1884

תומסון, כפרופסור לפיזיקה ניסיונית, ניסה לבנות מודלים מתמטיים כדי להסביר את האופי של אטומים ואלקטרומגנטיות.

הוא החל ללמוד קרני קתודה בשנת 1894. מעט הובנו באותה תקופה על קרני הקתודה מעבר להיותה קרן אור זוהרת בצינור זכוכית בעל ואקום גבוה. צינור קרן קתודה הוא מיכל מלבני מזכוכית חלול שבו מסירים את האוויר כדי ליצור ואקום. בקתודה מופעל מתח גבוה וזה גורם לזוהר ירוק בקצה הנגדי של צינור הזכוכית.

הרעיון שחלקיקים זעירים שהעבירו חשמל הוצע בשנות ה- 1830. כאשר תומסון איפשר לקרני הקתודה לעבור דרך אוויר לעומת ואקום, הוא מצא שהם עברו מרחק רב לפני שנעצרו; הם נסעו עוד יותר בוואקום. הוא חשב שהחלקיקים חייבים להיות קטנים יותר מגודל האטומים המשוער.

כדי לבדוק את ההשערה שלו שחלקיקי קרני הקתודה היו קטנים יותר מגודל האטומים, תומסון שיפר את מכשיר הניסוי שלו והחל להסיט את קרני הקתודה באמצעות חשמל ומגנטי שדות. מטרתו הייתה למצוא אם לחלקיקים אלה יש מטען חיובי או שלילי. כמו כן, זווית הטיה תאפשר לו לאמוד את המסה.

לאחר שמדד את הזווית בה הוסטו קרניים אלה, הוא חישב את היחס בין המטען החשמלי למסת החלקיקים. תומסון מצא כי היחס נשאר זהה ללא קשר לאיזה גז נעשה שימוש בניסוי. הוא הניח כי החלקיקים הכלולים בתוך הגזים היו אוניברסלי ולא תלוי בהרכב הגז המנוצל.

עד ג '. י. הניסויים של תומסון עם חלקיקי קרני קתודה, העולם המדעי האמין כי אטומים הם החלקיקים הקטנים ביותר ביקום. במשך למעלה מ -2,000 שנה, האטום נחשב לחלקיק הזעיר ביותר והפילוסוף היווני דמוקרטיס כינה את החלקיק הקטן ביותר אטומוס ל בלתי ניתנת לחיתוך.

כעת עברו על העולם חלקיק תת-אטומי. המדע ישתנה לנצח. כל דגם חדש של האטום חייב להכיל חלקיקים תת - אטומיים.

תומסון כינה את החלקיקים האלה גופות. ובעוד שהוא צדק בקיומם של החלקיקים, השם שנתן להם השתנה: חלקיקים טעונים שליליים אלה מכונים כיום אלקטרונים.

עם החלקיק התת אטומי החדש הזה, ג'יי. י. תומסון ייצר מודל אטומי חדש, או תיאוריה אטומית, הנוגע למבנה האטום.

התיאוריה של תומסון ידועה כיום בשם מודל אטומי פודינג שזיפים אוֹ מודל אטומי של תומסון. האטום נחשב חזותית כמסה טעונה באופן חיובי באופן אחיד ("פודינג" או "בצק") עם האלקטרונים הפזורים ברחבי (כמו "שזיפים") כדי לאזן את המטענים.

מודל פודינג השזיפים הוכיח שהוא לא נכון, אך הוא הציע את הניסיון הראשון לשלב חלקיק תת-אטומי בתיאוריה אטומית. בשנת 1911 ארנסט רתרפורד - תלמידו לשעבר של י. י. תומסון - הוכיח תאוריה זו שגויה על ידי ניסוי והשערת הגרעין.

ספקטרומטר מסה דומה לצינור קרן קתודה, אף שקורתו עשויה מקרני אנודה, או מטענים חיוביים, ולא מאלקטרונים. כמו ב- J. י. הניסויים באלקטרונים של תומסון, היונים החיוביים מוסטים מנתיב ישר על ידי שדות חשמליים ומגנטיים.

תומסון שיפר את שפופרת קרני האנודה הידועה על ידי הצמדת מסך דמוי אוסצילוסקופ בנקודת הזיהוי. המסך היה מצופה בחומר שפלורסצואי כאשר נפגע מהקרניים.

ברגע שחלקיק טעון עובר ליד שדה מגנטי, הוא מוסט. סטיה זו פרופורציונאלית ליחס המסה לטעינה (m / e). הסטיות, שהן חלקים של פרבולה, יכולות להיות מוקלטות בצורה מדויקת על המסך. לכל מין הנשלח דרך צינור האנודה יש ​​פרבולה נפרדת.

כשמינים קלים חדרו עמוק מדי למסך, י. י. תומסון בנה חריץ בצינור שבו המסך ישב. זה איפשר לו להתוות את עוצמתו כנגד המסה היחסית ויצר את ספקטרומטר המסה הראשון.

תומסון פיתח את ספקטרומטר המסה יחד עם חוקר הסטודנטים שלו פרנסיס ויליאם אסטון. אסטון המשיך במחקר זה וזכה בפרס נובל בשנת 1922 על עבודתו.

י. י. תומסון ואסטון השתמשו בספקטרומטר המסה כדי לזהות יונים חיוביים של מימן והליום. בשנת 1912 הם שיגרו ניאון מיונן לשדות החשמליים והמגנטיים. שני דפוסים נפרדים לקורה הופיעו: אחד עם מסה אטומית של 20 ופרבולה חלשה יותר של מסה 22.

לאחר שהציע זיהומים, הוא הבין שהפרבולה החלשה יותר היא סוג כבד יותר של ניאון. זה הצביע על שני אטומי ניאון עם מסות שונות, הידועים יותר בשם איזוטופים.

נזכיר שאיזוטופ הוא השינוי במספר הנויטרונים בתוך הגרעין. עם איזוטופ, זהות היסוד נותרה זהה, אך יש לו מספר שונה של נויטרונים בגרעין. י. י. תומסון ואסטון סיכמו את המסה הגבוהה יותר של איזוטופ ניאון אחר מבלי שתהיה להם הכרת קיומם של נויטרונים (שהתגלה על ידי ג'יימס צ'דוויק בשנת 1932).

בשנת 1906, י. י. תומפסון קיבל את פרס נובל בפיזיקה "כהכרה בזכות היתרונות הגדולים של חקירות תיאורטיות וניסיוניות אלה בנושא הולכת חשמל על ידי גזים. " תומסון זוכה בזיהוי אלקטרונים כחלקיקים של אָטוֹם.

אף על פי שמדענים רבים אחרים ערכו תצפיות על חלקיקים אטומיים בזמן הניסויים של תומסון, תגליותיו הובילו להבנה חדשה של חשמל וחלקיקים אטומיים.

תומסון זוכה בצדק לגילוי האיזוטופ והניסויים שלו בחלקיקים טעונים חיוביים הובילו להתפתחות ספקטרומטר המסה. הישגים אלה תרמו להתפתחות הידע והגילוי בפיזיקה וכימיה שנמשכו עד היום.

י. י. תומסון נפטר באוגוסט 1940 בקיימברידג 'ונקבר במנזר ווסטמינסטר ליד אייזיק ניוטון וצ'רלס דרווין.