Jaki wkład zrobił J.J. Thomson do atomu?

Wkład Josepha Johna Thomsona w naukę pomógł zrewolucjonizować zrozumienie struktury atomowej. Chociaż z wykształcenia matematyk i fizyk eksperymentalny, J. JOT. Thomson wniósł duży wkład w dziedzinę chemii, odkrywając istnienie elektronów, rozwijając spektrometr mas i określając obecność izotopów.

JOT. JOT. Thomson urodził się w Manchesterze w Anglii w 1856 roku. Jego ojciec spodziewał się, że zostanie inżynierem. Kiedy nie doszło do praktyki inżynierskiej, w wieku 14 lat został wysłany do Owen College. Po śmierci J. Ojciec J., koszt stażu inżynierskiego był nie do opanowania. Zamiast tego w 1876 roku otrzymał stypendium w Trinity College w Cambridge, aby… studiować matematykę.

Po ukończeniu Trinity College Thomson został członkiem Trinity College w 1880 roku. Pozostał profesorem w Trinity przez całą swoją karierę. W wieku 28 lat zastąpił Lorda Rayleigha (odkrywcę argonu i badacza gęstości gazów) jako Cavendish Professor of Experimental Physics w Cambridge w 1884 roku.

Thomson, jako profesor fizyki eksperymentalnej, próbował zbudować modele matematyczne wyjaśniające naturę atomy i elektromagnetyzm.

Zaczął studiować promienie katodowe w 1894 roku. Niewiele rozumiano w tamtym czasie na temat promieni katodowych poza świeceniem wiązki światła w szklanej rurze o wysokiej próżni. Lampa elektronopromieniowa to pusty szklany podłużny pojemnik, z którego usuwane jest powietrze w celu wytworzenia próżni. Na katodzie przykładane jest wysokie napięcie, które powoduje zielony blask na przeciwległym końcu szklanej rurki.

Pomysł, że małe cząstki przenoszą elektryczność, został zaproponowany w latach 30. XIX wieku. Kiedy Thomson pozwolił promieniom katodowym poruszać się w powietrzu w przeciwieństwie do próżni, odkrył, że przebyły one dużą odległość, zanim zostały zatrzymane; podróżowali jeszcze dalej w próżni. Uważał, że cząstki muszą być mniejsze niż szacowany rozmiar atomów.

Aby sprawdzić swoją hipotezę, że cząstki promieni katodowych są mniejsze niż atomy, Thomson udoskonalił swój aparat doświadczalny i zaczął odchylać promienie katodowe za pomocą elektrycznego i magnetycznego pola. Jego celem było ustalenie, czy cząstki te mają ładunek dodatni czy ujemny. Również kąt ugięcia pozwoliłby mu oszacować masę.

Po zmierzeniu kąta odchylenia tych promieni obliczył stosunek ładunku elektrycznego do masy cząstek. Thomson stwierdził, że stosunek ten pozostał taki sam, niezależnie od tego, który gaz został użyty w eksperymencie. Postulował, że cząstki zawarte w gazach są uniwersalny i niezależna od składu wykorzystywanego gazu.

Aż do J. JOT. Eksperymenty Thomsona z cząstkami katodowymi pozwoliły światu naukowemu wierzyć, że atomy są najmniejszymi cząstkami we wszechświecie. Przez ponad 2000 lat atom był uważany za najmniejszą możliwą cząsteczkę, a grecki filozof Democritis nazwał tę najmniejszą cząsteczkę atomos dla nie do krojenia.

Świat po raz pierwszy rzucił okiem na cząstkę subatomową. Nauka uległaby zmianie na zawsze. Każdy nowy model atomu musi zawierać cząstki elementarne.

Thomson nazwał te cząstki ciałkami. I chociaż miał rację co do istnienia cząstek, nazwa, którą im nadał, zmieniła się: Te ujemnie naładowane cząstki są teraz znane jako elektrony.

Dzięki tej nowej cząstce subatomowej J. JOT. Thomson stworzył nowy model atomowy, czyli teorię atomową, dotyczący struktury atomu.

Teoria Thomsona jest obecnie znana jako pudding śliwkowy model atomowy lub Model atomowy Thomsona. Atom był wizualnie uważany za jednolicie naładowaną dodatnio masę („budyń” lub „ciasto”) z rozproszonymi elektronami (jak „śliwki”), aby zrównoważyć ładunki.

Model budyniu śliwkowego okazał się błędny, ale stanowił pierwszą próbę włączenia cząstki subatomowej do teorii atomowej. W 1911 r. Ernest Rutherford — były uczeń J. JOT. Thomson — udowodnił, że ta teoria jest błędna, eksperymentując i postawiając hipotezę jądra.

Spektrometr mas jest podobny do lampy elektronopromieniowej, chociaż jego wiązka składa się z promieni anodowych lub ładunków dodatnich, a nie elektronów. Jak w J. JOT. W eksperymentach elektronowych Thomsona dodatnie jony są odchylane od prostej ścieżki przez pola elektryczne i magnetyczne.

Thomson ulepszył znaną lampę anodową, dołączając ekran podobny do oscyloskopu w punkcie wykrywania. Ekran pokryto materiałem, który pod wpływem promieni fluoryzował.

Gdy naładowana cząsteczka przechodzi przez pole magnetyczne, zostaje odbita. To ugięcie jest proporcjonalne do stosunku masy do ładunku (m/e). Odchylenia, które są fragmentami paraboli, mogą być dokładnie rejestrowane na ekranie. Każdy gatunek przesyłany przez lampę anodową ma osobną parabolę.

Kiedy lekkie gatunki zbyt głęboko wniknęły w ekran, J. JOT. Thomson skonstruował szczelinę w tubie, w której miałby znajdować się ekran. To pozwoliło mu wykreślić intensywność w funkcji masy względnej i stworzyć pierwszy spektrometr masowy.

Thomson opracował spektrometr mas wraz ze swoim uczniem naukowym Franciszek William Aston. Aston kontynuował te badania i otrzymał w 1922 roku Nagrodę Nobla za swoją pracę.

JOT. JOT. Thomson i Aston wykorzystali spektrometr mas do identyfikacji dodatnich jonów wodoru i helu. W 1912 roku wystrzelili zjonizowany neon w pole elektryczne i magnetyczne. Pojawiły się dwa oddzielne wzorce wiązki: jeden o masie atomowej 20 i słabszej paraboli o masie 22.

Po zasugerowaniu nieczystości zdał sobie sprawę, że ta słabsza parabola była cięższą formą neonu. Wskazuje to na dwa atomy neonu o różnych masach, lepiej znane jako izotopy.

Przypomnijmy, że izotop to zmiana liczby neutronów w jądrze. W przypadku izotopu tożsamość pierwiastka pozostaje taka sama, ale ma on inną liczbę neutronów w jądrze. JOT. JOT. Thomson i Aston stwierdzili wyższą masę innego izotopu neonu bez wiedzy o istnieniu neutronów (odkrytej przez Jamesa Chadwicka w 1932 r.).

W 1906 r. J. JOT. Thompson otrzymał nagroda Nobla w fizyce „w uznaniu wielkich zasług tych teoretycznych i eksperymentalnych badań nad przewodzenie energii elektrycznej przez gazy.” Thomsonowi przypisuje się identyfikację elektronów jako cząstek atom.

Chociaż wielu innych naukowców prowadziło obserwacje cząstek atomowych w czasie eksperymentów Thomsona, jego odkrycia doprowadziły do ​​nowego zrozumienia elektryczności i cząstek atomowych.

Thomsonowi słusznie przypisuje się odkrycie izotopu, a jego eksperymenty z cząstkami naładowanymi dodatnio doprowadziły do ​​opracowania spektrometru mas. Te osiągnięcia przyczyniły się do ewolucji wiedzy i odkryć w fizyce i chemii, które trwają do dziś.

JOT. JOT. Thomson zmarł w sierpniu 1940 roku w Cambridge i został pochowany w Opactwie Westminsterskim niedaleko Isaaca Newtona i Karola Darwina.