Kādus ieguldījumus Dž. Dž. Tomsons uz Atomu?

Džozefa Džona Tomsona ieguldījums zinātnē palīdzēja pārveidot izpratni par atomu struktūru. Kaut arī matemātiķis un eksperimentāli fiziķis pēc apmācības Dž. Dž. Tomsons plaši veicināja ķīmijas jomu, atklājot elektronu esamību, izstrādājot masas spektrometru un nosakot izotopu klātbūtni.

Dž. Dž. Tomsons dzimis Mančestrā, Anglijā, 1856. gadā. Tēvs gaidīja, ka viņš būs inženieris. Kad inženiertehniskā māceklība nepiepildījās, viņš 14 gadu vecumā tika nosūtīts uz Ouena koledžu. Pēc Dž. Nāves J. tēvs, inženieru mācekļa izmaksas nebija vadāmas. Tā vietā 1876. gadā viņš saņēma stipendiju Trīsvienības koledžā Kembridžā uz mācīties matemātiku.

Pēc Trīsvienības koledžas apmeklēšanas Tomsons 1880. gadā kļuva par Trīsvienības koledžas biedru. Viņš palika kā profesors Trīsvienībā visu savu karjeru. 28 gadu vecumā viņam sekoja lords Reils (argona atklājējs un gāzu blīvuma pētnieks) kā Kavendišas eksperimentālās fizikas profesors Kembridžā 1884. gadā.

Tomsons kā eksperimentālās fizikas profesors mēģināja izveidot matemātiskos modeļus, lai izskaidrotu to būtību atomi un elektromagnētisms.

Viņš sāka studēt katoda starus 1894. gadā. Tajā laikā par katoda stariem maz tika saprasts, ka tas bija kvēlojošs gaismas stars augsta vakuuma stikla caurulē. Katodstaru caurule ir dobs stikla iegarens trauks, kurā gaiss tiek noņemts, lai izveidotu vakuumu. Pie katoda tiek piemērots augstspriegums, un tas rada zaļu mirdzumu stikla caurules pretējā galā.

Ideja, ka sīkas daļiņas pārvada elektrību, tika ierosināta 1830. gados. Kad Tomsons ļāva katoda stariem pārvietoties pa gaisu, salīdzinot ar vakuumu, viņš atrada, ka tie pirms apstāšanās ir nobraukuši tālu. viņi vakuumā ceļoja vēl tālāk. Viņš domāja, ka daļiņām jābūt mazākām par aplēsto atomu lielumu.

Lai pārbaudītu viņa hipotēzi, ka katodstaru daļiņas bija mazākas par atomu lielumu, Thomson uzlaboja savu eksperimentālo aparātu un sāka ar elektrisko un magnētisko novirzīt katoda starus lauki. Viņa mērķis bija noskaidrot, vai šīm daļiņām ir pozitīvs vai negatīvs lādiņš. Arī novirzes leņķis ļautu viņam novērtēt masu.

Izmērījis leņķi, kurā šie stari tika novirzīti, viņš aprēķināja elektriskā lādiņa un daļiņu masas attiecību. Tomsons atklāja, ka attiecība palika nemainīga neatkarīgi no tā, kura gāze tika izmantota eksperimentā. Viņš uzskatīja, ka daļiņas, kas atrodas gāzēs, bija universāls un nav atkarīgs no izmantotās gāzes sastāva.

Līdz Dž. Dž. Tomsona eksperimentos ar katodstaru daļiņām zinātniskā pasaule uzskatīja, ka atomi ir mazākās daļiņas Visumā. Vairāk nekā 2000 gadus atoms tika uzskatīts par iespējami precīzu daļiņu, un grieķu filozofs Demokrīts nosauca šo mazāko daļiņu atomos priekš negriezams.

Tagad pasaule pirmo reizi ieskatījās subatomiskajā daļiņā. Zinātne būtu uz visiem laikiem mainīta. Jebkurā jaunā atoma modelī jābūt subatomiskās daļiņas.

Tomsons šīs daļiņas nosauca par korpusiem. Un, kamēr viņam bija taisnība par daļiņu esamību, mainījās nosaukums, ko viņš viņiem deva: Šīs negatīvi lādētās daļiņas tagad ir pazīstamas kā elektroni.

Ar šo jauno subatomisko daļiņu Dž. Dž. Tomsons izstrādāja jaunu atomu modeli jeb atomu teoriju attiecībā uz atoma struktūru.

Tomsona teorija tagad ir pazīstama kā plūmju pudiņa atomu modelis vai Tomsona atomu modelis. Vizuāli tika uzskatīts, ka atoms ir vienmērīgi pozitīvi uzlādēta masa (“pudiņš” vai “mīkla”) ar elektroniem, kas izkaisīti pa visu (piemēram, “plūmes”), lai līdzsvarotu lādiņus.

Plūmju pudiņa modelis izrādījās nepareizs, taču tas piedāvāja pirmo mēģinājumu subatomisko daļiņu iekļaut atomu teorijā. 1911. gadā Ernests Rezerfords - bijušais Dž. Dž. Tomsons - pierādīja šo teoriju nepareizu, eksperimentējot un izvirzot hipotēzi kodolam.

Masu spektrometrs ir līdzīgs katodstaru lampai, lai gan tā stars ir veidots no anoda stariem vai pozitīviem lādiņiem, nevis elektroniem. Tāpat kā Dž. Dž. Tomsona elektronu eksperimentos pozitīvos jonus no taisna ceļa novirza elektriskie un magnētiskie lauki.

Tomsons uzlaboja zināmo anoda staru cauruli, detektēšanas vietā piestiprinot osciloskopam līdzīgu ekrānu. Ekrāns bija pārklāts ar materiālu, kas fluorescēja, kad to skāra stari.

Kad uzlādēta daļiņa iet gar magnētisko lauku, tā tiek novirzīta. Šī novirze ir proporcionāla masas un lādiņa attiecībai (m / e). Izlieces, kas ir parabolas daļas, varētu precīzi ierakstīt pret ekrānu. Katrai sugai, kas tiek nosūtīta caur anoda staru cauruli, ir atsevišķa parabola.

Kad vieglās sugas pārāk dziļi iekļuva ekrānā, Dž. Dž. Tomsons izveidoja spraugu mēģenē, kur sēdēja ekrāns. Tas ļāva viņam uzzīmēt intensitāti attiecībā pret relatīvo masu un izveidoja pirmo masas spektrometru.

Tomsons izstrādāja masu spektrometru kopā ar savu studentu pētnieku Francis Viljams Astons. Astons turpināja šo pētījumu un par savu darbu 1922. gadā ieguva Nobela prēmiju.

Dž. Dž. Tomsons un Astons izmantoja masas spektrometru, lai identificētu ūdeņraža un hēlija pozitīvos jonus. 1912. gadā viņi raidīja jonizētu neonu elektriskajā un magnētiskajā laukā. Parādījās divi atsevišķi stara modeļi: viens ar 20 atomu masu un 22 vājāka parabola.

Ieteicis piemaisījumus, viņš saprata, ka šī vājākā parabola ir smagāka neona forma. Tas norādīja divus neona atomus ar dažādu masu, labāk pazīstamus kā izotopus.

Atgādināsim, ka izotops ir neitronu skaita izmaiņas kodolā. Izmantojot izotopu, elementa identitāte paliek nemainīga, bet tā kodolā ir atšķirīgs neitronu skaits. Dž. Dž. Tomsons un Astons secināja cita neona izotopa lielāku masu, nezinot neitronu esamības priekšrocības (to atklāja Džeimss Čadviks 1932. gadā).

1906. gadā Dž. Dž. Tompsons saņēma Nobela prēmija fizikā ", atzīstot šo teorētisko un eksperimentālo pētījumu lielos nopelnus elektrības vadīšana ar gāzēm. ” Tomsonam tiek piedēvēts elektronu identificēšana kā atoms.

Lai gan daudzi citi zinātnieki Tomsona eksperimentu laikā veica atomu daļiņu novērojumus, viņa atklājumi radīja jaunu izpratni par elektrību un atomu daļiņām.

Tomsonam pamatoti tiek piedēvēts izotopa atklājums, un viņa eksperimenti ar pozitīvi uzlādētām daļiņām noveda pie masu spektrometra izstrādes. Šie sasniegumi veicināja zināšanu attīstību un atklājumus fizikā un ķīmijā, kas turpinājās līdz mūsdienām.

Dž. Dž. Tomsons nomira 1940. gada augustā Kembridžā un ir apglabāts Vestminsteras abatijā netālu no Īzaka Ņūtona un Čārlza Darvina.