Ce contribuții a făcut J.J. Thomson Make to the Atom?

Contribuțiile lui Joseph John Thomson la știință au contribuit la revoluționarea înțelegerii structurii atomice. Deși matematician și fizician experimentat prin pregătire, J. J. Thomson a contribuit mult la domeniul chimiei descoperind existența electronilor, dezvoltând spectrometrul de masă și determinând prezența izotopilor.

J. J. Thomson s-a născut în Manchester, Anglia, în 1856. Tatăl său se aștepta să fie inginer. Când o ucenicie inginerească nu s-a concretizat, a fost trimis, la 14 ani, la Owen College. După moartea lui J. Tatăl lui J., costul unei ucenicii inginerești era imposibil de gestionat. În schimb, în ​​1876, a primit o bursă la Trinity College de la Cambridge studiază matematica.

După ce a participat la Trinity College, Thomson a devenit membru al Trinity College în 1880. A rămas ca profesor la Trinity pentru întreaga carieră. La vârsta de 28 de ani, l-a succedat lui Lord Rayleigh (descoperitor de argon și investigator al densităților gazelor) în calitate de profesor Cavendish de fizică experimentală la Cambridge în 1884.

Thomson, în calitate de profesor de fizică experimentală, a încercat să construiască modele matematice pentru a explica natura atomi și electromagnetism.

A început să studieze razele catodice în 1894. Puțin s-a înțeles la acea vreme despre razele catodice dincolo de a fi un fascicul luminos strălucitor într-un tub de sticlă cu vid ridicat. Un tub cu raze catodice este un recipient alungit din sticlă goală în care aerul este îndepărtat pentru a crea un vid. La catod, se aplică o tensiune înaltă, ceea ce provoacă o strălucire verde la capătul opus al tubului de sticlă.

Ideea că particulele minuscule transmiteau electricitate fusese propusă în anii 1830. Când Thomson a permis razelor catodice să călătorească prin aer versus vid, a descoperit că au parcurs o distanță mare înainte de a fi oprite; au călătorit și mai departe în vid. El a crezut că particulele trebuie să fie mai mici decât dimensiunea estimată a atomilor.

Pentru a-și testa ipoteza că particulele de raze catodice erau mai mici decât dimensiunea atomilor, Thomson și-a îmbunătățit aparatul experimental și a început să devieze razele catodice cu electric și magnetic câmpuri. Scopul său a fost de a afla dacă aceste particule dețin o sarcină pozitivă sau negativă. De asemenea, unghiul de deviere i-ar permite să estimeze masa.

După măsurarea unghiului la care aceste raze au fost deviate, el a calculat raportul dintre sarcina electrică și masa particulelor. Thomson a constatat că raportul a rămas același indiferent de gazul utilizat în experiment. El a postulat că particulele conținute în gaze erau universal și nu depinde de compoziția gazului utilizat.

Până la J. J. Experimentele lui Thomson cu particule de raze catodice, lumea științifică credeau că atomii erau cele mai mici particule din univers. Timp de peste 2.000 de ani, atomul a fost considerat cea mai minuțioasă particulă posibilă, iar filosoful grec Democritis a numit această particulă mai mică atomos pentru de netăiat.

Lumea a avut acum prima vedere a unei particule subatomice. Știința s-ar schimba pentru totdeauna. Orice model nou al atomului trebuie să conțină particule subatomice.

Thomson a numit aceste particule corpusculi. Și în timp ce el a avut dreptate cu privire la existența particulelor, numele pe care le-a dat s-a schimbat: Aceste particule încărcate negativ sunt acum cunoscute sub numele de electroni.

Cu această nouă particulă subatomică, J. J. Thomson a produs un nou model atomic, sau o teorie atomică, referitoare la structura atomului.

Teoria lui Thomson este acum cunoscută sub numele de model atomic de budincă de prune sau Modelul atomic Thomson. Atomul a fost considerat vizual ca o masă uniform încărcată pozitiv („budinca” sau „aluatul”), cu electronii împrăștiați (ca „prunele”) pentru a echilibra sarcinile.

Modelul de budincă de prune s-a dovedit incorect, dar a oferit prima încercare de a încorpora o particulă subatomică într-o teorie atomică. În 1911, Ernest Rutherford - fost student al lui J. J. Thomson - a dovedit această teorie incorectă prin experimentarea și ipotezarea nucleului.

Un spectrometru de masă este similar cu un tub de raze catodice, deși fasciculul său este format din raze anodice sau sarcini pozitive, mai degrabă decât electroni. Ca și în J. J. Experimentele cu electroni ale lui Thomson, ionii pozitivi sunt deviați de la o cale dreaptă de câmpurile electrice și magnetice.

Thomson a îmbunătățit tubul de raze anodice cunoscut prin atașarea unui ecran asemănător osciloscopului la punctul de detecție. Ecranul a fost acoperit cu un material care a fluorescat când a fost lovit de raze.

Odată ce o particulă încărcată trece printr-un câmp magnetic, aceasta este deviată. Această deviere este proporțională cu raportul masă / încărcare (m / e). Deviile, care sunt porțiuni ale unei parabole, ar putea fi înregistrate cu precizie pe ecran. Fiecare specie trimisă prin tubul anodic are o parabolă separată.

Când speciile ușoare au pătruns pe ecran prea adânc, J. J. Thomson a construit o fantă în tubul în care va sta ecranul. Acest lucru ia permis să calculeze intensitatea în raport cu masa relativă și a creat primul spectrometru de masă.

Thomson a dezvoltat spectrometrul de masă împreună cu studenții săi cercetători Francis William Aston. Aston a continuat această cercetare și a câștigat un premiu Nobel în 1922 pentru munca sa.

J. J. Thomson și Aston au folosit spectrometrul de masă pentru a identifica ioni pozitivi de hidrogen și heliu. În 1912, au tras neon ionizat în câmpurile electrice și magnetice. Au apărut două modele separate pentru fascicul: unul cu masa atomică de 20 și o parabolă mai slabă de masă 22.

După ce a sugerat impurități, și-a dat seama că această parabolă mai slabă era o formă mai grea de neon. Aceasta indica doi atomi de neon cu mase diferite, mai bine cunoscuti sub numele de izotopi.

Amintiți-vă că un izotop este schimbarea numărului de neutroni din nucleu. Cu un izotop, identitatea elementului rămâne aceeași, dar are un număr diferit de neutroni în nucleu. J. J. Thomson și Aston au concluzionat masa mai mare a unui alt izotop de neon fără a avea avantajul de a cunoaște existența neutronilor (descoperită de James Chadwick în 1932).

În 1906, J. J. Thompson a primit Premiul Nobel în Fizică „ca recunoaștere a marilor merite ale acestor investigații teoretice și experimentale asupra conducerea energiei electrice prin gaze. ” Lui Thomson i se atribuie identificarea electronilor ca particule ale unui atom.

Deși mulți alți oameni de știință au făcut observații asupra particulelor atomice în timpul experimentelor lui Thomson, descoperirile sale au condus la o nouă înțelegere a electricității și a particulelor atomice.

Lui Thomson i se atribuie pe bună dreptate descoperirea izotopului, iar experimentele sale cu particule cu sarcină pozitivă au condus la dezvoltarea spectrometrului de masă. Aceste realizări au contribuit la evoluția cunoștințelor și descoperirii în fizică și chimie care au continuat până în prezent.

J. J. Thomson a murit în august 1940 la Cambridge și este înmormântat în Westminster Abbey lângă Isaac Newton și Charles Darwin.