Какой вклад сделал J.J. Томсон делает для атома?

Вклад Джозефа Джона Томсона в науку помог коренным образом изменить понимание атомной структуры. Хотя по образованию математик и физик-экспериментатор, Дж. Дж. Томсон внес большой вклад в область химии, обнаружив существование электронов, разработав масс-спектрометр и определив наличие изотопов.

Дж. Дж. Томсон родился в Манчестере, Англия, в 1856 году. Его отец ожидал, что он будет инженером. Когда у него не получилось получить инженерное образование, его отправили в 14 лет в Оуэн-колледж. После смерти Дж. По словам отца Дж., Обучение инженеру обходилось слишком дорого. Вместо этого в 1876 году он получил стипендию в Тринити-колледже в Кембридже, чтобы изучать математику.

После посещения Тринити-колледжа Томсон стал членом Тринити-колледжа в 1880 году. Он оставался профессором Тринити на протяжении всей своей карьеры. В возрасте 28 лет он сменил лорда Рэлея (первооткрывателя аргона и исследователя плотности газов) на посту Кавендишского профессора экспериментальной физики в Кембридже в 1884 году.

Томсон, как профессор экспериментальной физики, пытался построить математические модели, чтобы объяснить природу атомы и электромагнетизм.

Он начал изучать катодные лучи в 1894 году. В то время мало что было известно о катодных лучах, помимо светящегося луча света в стеклянной трубке высокого вакуума. Электронно-лучевая трубка - это полый стеклянный продолговатый контейнер, в котором удаляется воздух для создания вакуума. На катод подается высокое напряжение, которое вызывает зеленое свечение на противоположном конце стеклянной трубки.

Идея о том, что крошечные частицы передают электричество, была предложена в 1830-х годах. Когда Томсон позволил катодным лучам проходить через воздух, а не через вакуум, он обнаружил, что они проходят большое расстояние, прежде чем останавливаться; они путешествовали еще дальше в вакууме. Он думал, что частицы должны быть меньше, чем предполагаемый размер атомов.

Чтобы проверить свою гипотезу о том, что частицы катодного луча меньше размера атомов, Томсон усовершенствовал свой экспериментальный аппарат и начал отклонять катодные лучи с помощью электрических и магнитных поля. Его целью было выяснить, имеют ли эти частицы положительный или отрицательный заряд. Кроме того, угол отклонения позволил бы ему оценить массу.

После измерения угла отклонения этих лучей он вычислил отношение электрического заряда к массе частиц. Томсон обнаружил, что соотношение остается неизменным независимо от того, какой газ использовался в эксперименте. Он предположил, что частицы, содержащиеся в газах, были универсальный и не зависит от состава используемого газа.

Вплоть до Дж. Дж. В экспериментах Томсона с частицами катодных лучей научный мир считал атомы самыми маленькими частицами во Вселенной. Более 2000 лет атом считался мельчайшей из возможных частиц, и греческий философ Демокрит назвал эту мельчайшую частицу атомос для необрезанный.

Теперь мир впервые увидел субатомную частицу. Наука изменится навсегда. Любая новая модель атома должна содержать субатомные частицы.

Томсон назвал эти частицы корпускулами. И хотя он был прав относительно существования частиц, название, которое он дал им, изменилось: эти отрицательно заряженные частицы теперь известны как электроны.

С помощью этой новой субатомной частицы Дж. Дж. Томсон создал новую атомную модель или атомную теорию, касающуюся строения атома.

Теория Томсона теперь известна как атомная модель сливового пудинга или же Атомная модель Томсона. Атом визуально представлялся однородно положительно заряженной массой («пудинг» или «тесто») с электронами, разбросанными повсюду (как «сливы»), чтобы уравновесить заряды.

Модель сливового пудинга оказалась неверной, но она предложила первую попытку включить субатомную частицу в атомную теорию. В 1911 году Эрнест Резерфорд - бывший ученик Дж. Дж. Томсон - доказал, что эта теория неверна, экспериментируя и выдвигая гипотезы о ядре.

Масс-спектрометр похож на электронно-лучевую трубку, хотя его луч состоит из анодных лучей или положительных зарядов, а не электронов. Как и у Дж. Дж. В экспериментах Томсона с электронами положительные ионы отклоняются от прямого пути электрическими и магнитными полями.

Томсон усовершенствовал известную анодно-лучевую трубку, установив в точке обнаружения экран, похожий на экран осциллографа. Экран был покрыт материалом, флуоресцирующим при попадании лучей.

Как только заряженная частица проходит мимо магнитного поля, она отклоняется. Это отклонение пропорционально отношению массы к заряду (м / е). Отклонения, которые являются частями параболы, можно точно записать на экране. Каждый элемент, проходящий через анодно-лучевую трубку, имеет отдельную параболу.

Когда легкие частицы проникали в экран слишком глубоко, Дж. Дж. Томсон соорудил в трубке прорезь, где должен был располагаться экран. Это позволило ему построить график зависимости интенсивности от относительной массы и создать первый масс-спектрометр.

Томсон разработал масс-спектрометр вместе со своим учеником-исследователем. Фрэнсис Уильям Астон. Астон продолжил это исследование и в 1922 году получил Нобелевскую премию за свою работу.

Дж. Дж. Томсон и Астон использовали масс-спектрометр для идентификации положительных ионов водорода и гелия. В 1912 году они запустили ионизированный неон в электрическое и магнитное поля. Появились два отдельных шаблона для пучка: один с атомной массой 20 и более слабая парабола с массой 22.

Предложив примеси, он понял, что эта более слабая парабола была более тяжелой формой неона. Это указывало на два атома неона с разными массами, более известные как изотопы.

Напомним, что изотоп - это изменение количества нейтронов в ядре. С изотопом идентичность элемента остается той же, но у него другое количество нейтронов в ядре. Дж. Дж. Томсон и Астон пришли к выводу о более высокой массе другого изотопа неона, не зная о существовании нейтронов (обнаруженных Джеймсом Чедвиком в 1932 году).

В 1906 году Дж. Дж. Томпсон получил Нобелевская премия по физике «в знак признания больших заслуг этих теоретических и экспериментальных исследований проводимость электричества газами ». Томсону приписывают идентификацию электронов как частиц атом.

Хотя многие другие ученые наблюдали за атомными частицами во время экспериментов Томсона, его открытия привели к новому пониманию электричества и атомных частиц.

Томсону по праву приписывают открытие изотопа, и его эксперименты с положительно заряженными частицами привели к разработке масс-спектрометра. Эти достижения способствовали развитию знаний и открытий в области физики и химии, которые продолжаются и по сей день.

Дж. Дж. Томсон умер в августе 1940 года в Кембридже и похоронен в Вестминстерском аббатстве недалеко от Исаака Ньютона и Чарльза Дарвина.