Kokius indėlius J.J. Thomsonas padaro atomą?

Džozefo Johno Thomsono indėlis į mokslą padėjo pakeisti atominės struktūros supratimą. Nors matematikas ir eksperimentinis fizikas pagal išsilavinimą, Dž. Dž. Thomsonas daug prisidėjo prie chemijos srities atradęs elektronų egzistavimą, sukūręs masių spektrometrą ir nustatęs izotopų buvimą.

Dž. Dž. Thomsonas gimė Mančesteryje, Anglijoje, 1856 m. Tėvas tikėjosi, kad jis bus inžinierius. Kai inžinerinė pameistrystė nepasitvirtino, jis, būdamas 14 metų, buvo išsiųstas į Oweno koledžą. Po Dž. J. tėvo, inžinerinės pameistrystės kaina buvo nevaldoma. Vietoj to, 1876 m. Jis gavo stipendiją Trejybės koledže Kembridže mokytis matematikos.

Įstojęs į Trejybės koledžą, Thomsonas 1880 m. Tapo Trejybės koledžo nariu. Visą savo karjerą jis liko „Trejybės“ profesoriumi. Būdamas 28 metų, jam pavyko lordas Rayleighas (argono atradėjas ir dujų tankio tyrėjas) kaip Kavendišo eksperimentinės fizikos profesorius Kembridže 1884 m.

Thomsonas, kaip eksperimentinės fizikos profesorius, bandė sukurti matematinius modelius, paaiškinančius jų pobūdį

Katodinius spindulius jis pradėjo studijuoti 1894 m. Tuo metu mažai buvo suprantama apie katodo spindulius, o ne šviečiantį šviesos pluoštą didelio vakuuminio stiklo vamzdyje. Katodinių spindulių vamzdis yra tuščiaviduris stiklo pailgas indas, kuriame pašalinamas oras, kad susidarytų vakuumas. Katode naudojama aukšta įtampa, o tai sukelia žalią švytėjimą priešingame stiklo vamzdžio gale.

Idėja, kad mažos dalelės perdavė elektrą, buvo pasiūlyta 1830 m. Kai Thomsonas leido katodo spinduliams judėti oru, palyginti su vakuumu, jis nustatė, kad jie nuvažiavo didelį atstumą, kol buvo sustabdyti; jie vakuume keliavo dar toliau. Jis manė, kad dalelės turi būti mažesnės už numatomą atomų dydį.

Norėdami patikrinti savo hipotezę, kad katodinių spindulių dalelės buvo mažesnės už atomų dydį, Thomsonas patobulino savo eksperimentinį aparatą ir pradėjo nukreipti katodo spindulius elektriniais ir magnetiniais laukai. Jo tikslas buvo išsiaiškinti, ar šios dalelės turi teigiamą, ar neigiamą krūvį. Taip pat įlinkio kampas leistų jam įvertinti masę.

Išmatavęs kampą, kuriuo šie spinduliai buvo nukreipti, jis apskaičiavo elektros krūvio ir dalelių masės santykį. Thomsonas nustatė, kad santykis išliko toks pat, neatsižvelgiant į tai, kurios dujos buvo naudojamos eksperimente. Jis teigė, kad dujose esančių dalelių yra Universalus ir nepriklauso nuo naudojamų dujų sudėties.

Iki Dž. Dž. Thomsono eksperimentai su katodinių spindulių dalelėmis, mokslo pasaulis manė, kad atomai yra mažiausios visatos dalelės. Daugiau nei 2000 metų atomas buvo laikomas kuo mažesne dalele, o graikų filosofas Demokritas pavadino šią mažiausią dalelę atomos dėl nekarpomas.

Dabar pasaulis pirmą kartą pažvelgė į subatominę dalelę. Mokslas būtų amžinai pasikeitęs. Bet kuriame naujame atomo modelyje turi būti subatominės dalelės.

Thomsonas šias daleles pavadino kūneliais. Ir nors jis teisingai vertino dalelių egzistavimą, pasikeitė jų duotas vardas: šios neigiamai įkrautos dalelės dabar žinomos kaip elektronai.

Su šia nauja subatomine dalele Dž. Dž. Thomsonas sukūrė naują atomo modelį arba atomo teoriją, susijusį su atomo struktūra.

Thomsono teorija dabar žinoma kaip slyvų pudingo atominis modelis arba „Thomson“ atominis modelis. Vizualiai buvo manoma, kad atomas yra vienodai teigiamai įkrauta masė („pudingas“ arba „tešla“), o elektronai yra išsibarstę (pavyzdžiui, „slyvos“), kad subalansuotų krūvius.

Slyvų pudingo modelis pasirodė neteisingas, tačiau jis pasiūlė pirmą bandymą subatominę dalelę įtraukti į atominę teoriją. 1911 m. Ernestas Rutherfordas - buvęs Dž. Dž. Tomsonas - įrodė šią teoriją neteisingą eksperimentuodamas ir iškeldamas branduolį.

Masės spektrometras yra panašus į katodinių spindulių vamzdelį, nors jo pluoštas yra pagamintas iš anodo spindulių arba teigiamų krūvių, o ne iš elektronų. Kaip ir Dž. Dž. Thomsono elektronų eksperimentai, teigiamus jonus nuo tiesaus kelio nukreipia elektriniai ir magnetiniai laukai.

Thomsonas patobulino žinomą anodo spindulių vamzdelį, aptikimo taške pritvirtindamas į osciloskopą panašų ekraną. Ekranas buvo padengtas medžiaga, kuri fluorescavo, patekusi į spindulius.

Kai įelektrinta dalelė praeina pro magnetinį lauką, ji nukreipiama. Ši deformacija yra proporcinga masės ir krūvio santykiui (m / e). Įlinkiai, kurie yra parabolės dalys, galėtų būti tiksliai užfiksuoti ekrane. Kiekviena rūšis, siunčiama per anodo spindulių vamzdelį, turi atskirą parabolę.

Kai lengvos rūšys per giliai įsiskverbė į ekraną, Dž. Dž. Thomsonas vamzdyje pastatė plyšį, kuriame sėdėjo ekranas. Tai leido jam apskaičiuoti intensyvumą palyginti su santykine mase ir sukurtas pirmasis masės spektrometras.

Tomsonas sukūrė masės spektrometrą kartu su savo studentu tyrėju Pranciškus Viljamas Astonas. Astonas tęsė šiuos tyrimus ir 1922 m. Už savo darbą laimėjo Nobelio premiją.

Dž. Dž. Thomsonas ir Astonas naudojo masių spektrometrą teigiamiems vandenilio ir helio jonams nustatyti. 1912 m. Jie apšaudė jonizuotą neoną į elektrinius ir magnetinius laukus. Pasirodė du atskiri pluošto modeliai: vienas, kurio atominė masė 20, o silpnesnė 22 masės parabolė.

Siūlydamas priemaišas, jis suprato, kad ši silpnesnė parabolė yra sunkesnė neono forma. Tai nurodė du skirtingos masės neono atomus, geriau žinomus kaip izotopai.

Prisiminkime, kad izotopas yra neutronų skaičiaus pokytis branduolyje. Naudojant izotopą, elemento tapatumas išlieka tas pats, tačiau jo branduolyje yra skirtingas neutronų skaičius. Dž. Dž. Thomsonas ir Astonas padarė išvadą apie didesnę kito neoninio izotopo masę neturėdami naudos žinodami apie neutronų egzistavimą (atrado Jamesas Chadwickas 1932 m.).

1906 metais Dž. Dž. Thompsonas gavo Nobelio premija fizikoje “, pripažįstant didelius šio teorinio ir eksperimentinio tyrimo nuopelnus elektros laidumas dujomis “. Thomsonui priskiriama elektronų atpažinimas kaip atomas.

Nors Thomsono eksperimentų metu daugelis kitų mokslininkų stebėjo atomines daleles, jo atradimai paskatino naujai suprasti elektrą ir atomines daleles.

Thomsonui teisingai priskiriamas izotopo atradimas ir jo eksperimentai su teigiamai įkrautomis dalelėmis paskatino sukurti masių spektrometrą. Šie pasiekimai prisidėjo prie fizikos ir chemijos žinių ir atradimų, kurie tęsėsi iki šiol.

Dž. Dž. Thomsonas mirė 1940 m. Rugpjūčio mėn. Kembridže ir palaidotas Vestminsterio abatijoje netoli Isaaco Newtono ir Charleso Darwino.