ジョセフジョントムソンの科学への貢献は、原子構造の理解に革命をもたらしました。 数学者であり実験物理学者でもありますが、J。 J。 トムソンは、電子の存在を発見し、質量分析計を開発し、同位体の存在を決定することにより、化学の分野に大きく貢献しました。
トムソンの科学への初期の関心
J。 J。 トムソンは1856年にイギリスのマンチェスターで生まれました。 彼の父は彼がエンジニアになることを期待していた。 工学の見習いが実現しなかったとき、彼は14歳でオーウェン大学に送られました。 Jの死後。 J.の父、エンジニアリングの見習いの費用は手に負えませんでした。 代わりに、1876年に、彼はケンブリッジのトリニティカレッジへの奨学金を受け取りました。 数学を勉強する.
トリニティカレッジに通った後、トムソンは1880年にトリニティカレッジのフェローになりました。 彼は彼のキャリアの全体を通してトリニティの教授として残りました。 28歳で、彼は1884年にケンブリッジで実験物理学のキャベンディッシュ教授としてレイリー卿（アルゴンの発見者およびガス密度の研究者）を引き継ぎました。
J.J. トムソン：実験の始まり
トムソンは、実験物理学の教授として、数学モデルを構築して、 原子と電磁気学。
彼は1894年に陰極線の研究を始めました。 当時、高真空ガラス管内の光る光線であること以外に、陰極線についてはほとんど理解されていませんでした。 ブラウン管は中空のガラス製の長方形の容器で、空気を取り除いて真空にします。 陰極では高電圧が印加され、ガラス管の反対側の端に緑色の輝きが生じます。
小さな粒子が電気を伝達するという考えは、1830年代に提案されました。 トムソンが陰極線を真空ではなく空気中を通過させると、彼は陰極線が停止する前に遠くまで移動したことに気づきました。 彼らは真空中でさらに遠くへ旅した。 彼は、粒子は原子の推定サイズよりも小さくなければならないと考えました。
J.J. トムソン：陰極線偏向の実験
陰極線粒子が原子のサイズよりも小さいという彼の仮説をテストするために、トムソン 彼の実験装置を改良し、電気と磁気で陰極線を偏向し始めました 田畑。 彼の目標は、これらの粒子が正または負の電荷を保持しているかどうかを見つけることでした。 また、たわみの角度は彼が質量を推定することを可能にするでしょう。
これらの光線が偏向する角度を測定した後、彼は粒子の質量に対する電荷の比率を計算しました。 トムソンは、実験で使用されたガスに関係なく、比率が同じままであることを発見しました。 彼は、ガスに含まれる粒子は ユニバーサル 使用するガスの組成に依存しません。
J.J. トムソン：アトムのモデル
Jまで。 J。 トムソンの陰極線粒子を使った実験では、科学界は原子が宇宙で最小の粒子であると信じていました。 2、000年以上の間、原子は可能な限り最小の粒子と見なされ、ギリシャの哲学者Democritisはこの最小の粒子と名付けました。 アトモス にとって カットできない.
世界は今、素粒子を最初に垣間見ました。 科学は永遠に変わるでしょう。 アトムの新しいモデルには、次のものが含まれている必要があります 亜原子粒子.
トムソンはこれらの粒子を小体と呼んだ。 そして、彼が粒子の存在について正しい間、彼がそれらに付けた名前は変わりました：これらの負に帯電した粒子は現在電子として知られています。
J.J. トムソン：原子理論
この新しい亜原子粒子で、J。 J。 トムソンは、原子の構造に関する新しい原子モデル、または原子理論を作成しました。
トムソンの理論は現在、 梅プリン原子モデル または トムソン原子モデル. 原子は、電荷のバランスをとるために電子が全体に散乱している（「プラム」のように）均一に正に帯電した塊（「プリン」または「生地」）として視覚的に考えられていました。
プラムプディングモデルは正しくないことが判明しましたが、それは亜原子粒子を原子理論に組み込む最初の試みを提供しました。 1911年、アーネストラザフォード—Jの元学生。 J。 Thomson —核を実験して仮説を立てることにより、この理論が正しくないことを証明しました。
質量分析計の発明
質量分析計はブラウン管に似ていますが、そのビームは電子ではなく陽極線または正電荷でできています。 Jのように。 J。 トムソンの電子実験では、陽イオンは電界と磁界によって直線経路から偏向されます。
トムソンは、検出ポイントにオシロスコープのようなスクリーンを取り付けることにより、既知のアノードレイチューブを改良しました。 スクリーンは、光線が当たると蛍光を発する材料でコーティングされていました。
荷電粒子が磁場を通過すると、偏向します。 このたわみは、質量電荷比（m / e）に比例します。 放物線の一部であるたわみは、画面に対して正確に記録できます。 陽極線管を通して送られる各種は、別々の放物線を持っています。
軽量種が画面に深く浸透しすぎると、J。 J。 トムソンは、スクリーンが置かれるチューブにスリットを作りました。 これにより、彼は相対質量に対して強度をプロットし、最初の質量分析計を作成することができました。
トムソンは彼の学生研究者と一緒に質量分析計を開発しました フランシス・ウィリアム・アストン. アストンはこの研究を続け、1922年に彼の業績でノーベル賞を受賞しました。
同位体の発見
J。 J。 ThomsonとAstonは、質量分析計を使用して水素とヘリウムの陽イオンを識別しました。 1912年に、彼らはイオン化されたネオンを電場と磁場に発射しました。 ビームの2つの別々のパターンが現れました。1つは原子量が20で、もう1つは質量22の弱い放物線です。
不純物を示唆した後、彼はこの弱い放物線がより重い形のネオンであることに気づきました。 これは、同位体としてよく知られている、質量の異なるネオンの2つの原子を示しています。
同位体は原子核内の中性子数の変化であることを思い出してください。 同位体を使用すると、元素の正体は同じままですが、原子核内の中性子の数が異なります。 J。 J。 トムソンとアストンは、中性子の存在を知るという利点がなくても、別のネオン同位体の質量が大きいと結論付けました（1932年にジェームズチャドウィックによって発見されました）。
J.J. トムソン：科学への貢献
1906年、J。 J。 トンプソンは受け取った ノーベル賞 物理学では、「この理論的および実験的調査の大きなメリットを認識して ガスによる電気の伝導。」 トムソンは、電子を粒子として識別することでクレジットされています 原子。
他の多くの科学者がトムソンの実験中に原子粒子を観察しましたが、彼の発見は電気と原子粒子の新しい理解につながりました。
トムソンは、同位体の発見と正に帯電した粒子を使った彼の実験が質量分析計の開発につながったことを正当に認められています。 これらの成果は、現在まで続いている物理学と化学の知識と発見の進化に貢献しました。
J。 J。 トムソンは1940年8月にケンブリッジで亡くなり、アイザックニュートンとチャールズダーウィンの近くのウェストミンスター寺院に埋葬されました。