Vilka bidrag gjorde J.J. Thomson Make to the Atom?

Joseph John Thomsons bidrag till vetenskapen hjälpte till att revolutionera förståelsen av atomstrukturen. Även om en matematiker och en experimentell fysiker genom utbildning, J. J. Thomson bidrog i stor utsträckning till kemifältet genom att upptäcka förekomsten av elektroner, utveckla masspektrometern och bestämma närvaron av isotoper.

J. J. Thomson föddes i Manchester, England, 1856. Hans far förväntade sig att han skulle bli ingenjör. När ingenjörsutbildningen inte genomfördes skickades han, 14 år gammal, till Owen College. Efter J.s död J.s far, kostnaden för en ingenjörsutbildning var omöjlig att hantera. I stället fick han ett stipendium till Trinity College i Cambridge 1876 studera matematik.

Efter att ha gått på Trinity College fortsatte Thomson att bli stipendiat i Trinity College 1880. Han stannade kvar som professor vid Trinity under hela sin karriär. Vid 28 års ålder efterträdde han Lord Rayleigh (upptäckter av argon och utredare av gasdensiteter) som Cavendish-professor i experimentell fysik i Cambridge 1884.

Thomson, som professor i experimentell fysik, försökte bygga matematiska modeller för att förklara karaktären av atomer och elektromagnetism.

Han började studera katodstrålar 1894. Lite förstås vid den tiden om katodstrålar utöver att vara en glödande ljusstråle i ett högvakuumglasrör. Ett katodstrålerör är en ihålig avlång behållare av glas där luften avlägsnas för att skapa ett vakuum. Vid katoden appliceras en hög spänning och detta orsakar ett grönt sken i motsatta änden av glasröret.

Idén att små partiklar överförd el hade föreslagits på 1830-talet. När Thomson lät katodstrålarna färdas genom luft kontra ett vakuum, fann han att de färdades långt innan de stoppades; de reste ännu längre i vakuum. Han trodde att partiklarna måste vara mindre än den beräknade storleken på atomer.

För att testa hans hypotes att katodstrålepartiklarna var mindre än storleken på atomer, Thomson förbättrade sin experimentella apparat och började avleda katodstrålarna med elektrisk och magnetisk fält. Hans mål var att hitta om dessa partiklar hade en positiv eller negativ laddning. Böjningsvinkeln skulle också göra det möjligt för honom att uppskatta massan.

Efter att ha mätt vinkeln under vilken dessa strålar avböjdes beräknade han förhållandet mellan elektrisk laddning och partiklarnas massa. Thomson fann att förhållandet var detsamma oavsett vilken gas som användes i experimentet. Han postulerade att partiklarna i gaserna var universell och inte beroende av sammansättningen av den använda gasen.

Fram till J. J. Thomsons experiment med katodstrålepartiklar trodde den vetenskapliga världen att atomer var de minsta partiklarna i universum. I över 2000 år ansågs atomen vara den minsta möjliga partikeln, och den grekiska filosofen Democritis utsåg denna minsta partikel atomos för oklippbar.

Världen fick nu sin första glimt av en subatomär partikel. Vetenskapen skulle förändras för alltid. Varje ny modell av atomen måste innehålla subatomära partiklar.

Thomson kallade dessa partiklar för kroppar. Och medan han hade rätt om partiklarnas existens ändrades namnet han gav dem: Dessa negativt laddade partiklar är nu kända som elektroner.

Med denna nya subatomära partikel, J. J. Thomson producerade en ny atommodell, eller atomteori, om atomens struktur.

Thomsons teori är nu känd som plommonpudding atommodell eller Thomson atommodell. Atomen betraktades visuellt som en enhetligt positivt laddad massa ("pudding" eller "deg") med elektronerna utspridda överallt (som "plommon") för att balansera laddningarna.

Plommonpuddingmodellen visade sig vara felaktig, men den erbjöd det första försöket att införliva en subatomär partikel i en atomteori. År 1911 Ernest Rutherford - en tidigare student av J. J. Thomson - bevisade att denna teori var felaktig genom att experimentera och hypotesera kärnan.

En masspektrometer liknar ett katodstrålerör, även om dess stråle är gjord av anodstrålar, eller positiva laddningar, snarare än elektroner. Som i J. J. Thomsons elektronexperiment avböjs de positiva jonerna från en rak bana av elektriska och magnetiska fält.

Thomson förbättrade det kända anodstråleröret genom att fästa en oscilloskopliknande skärm vid detekteringspunkten. Skärmen var belagd med ett material som fluorescerade när det träffades av strålarna.

När en laddad partikel passerar genom ett magnetfält avböjs den. Denna avböjning är proportionell mot förhållandet mellan massa och laddning (m / e). Böjningarna, som är delar av en parabel, kunde registreras exakt mot skärmen. Varje art som skickas genom anodstråleröret har en separat parabel.

När lätta arter trängde in i skärmen för djupt, J. J. Thomson konstruerade en slits i röret där skärmen skulle sitta. Detta gjorde det möjligt för honom att plotta intensitet mot relativ massa och skapade den första masspektrometern.

Thomson utvecklade masspektrometern tillsammans med sin studentforskare Francis William Aston. Aston fortsatte denna forskning och vann ett Nobelpris 1922 för sitt arbete.

J. J. Thomson och Aston använde masspektrometern för att identifiera positiva joner av väte och helium. År 1912 avfyrade de joniserat neon i de elektriska och magnetiska fälten. Två separata mönster för strålen uppstod: ett med atommassa på 20 och en svagare parabel med massa 22.

Efter att ha föreslagit orenheter insåg han att denna svagare parabel var en tyngre form av neon. Detta indikerade två atomer av neon med olika massor, mer känd som isotoper.

Minns att en isotop är förändringen i antalet neutroner i kärnan. Med en isotop förblir elementets identitet densamma, men det har ett annat antal neutroner i kärnan. J. J. Thomson och Aston avslutade den högre massan av en annan neonisotop utan att ha fördelen av att veta att det finns neutroner (upptäcktes av James Chadwick 1932).

År 1906, J. J. Thompson fick Nobelpriset i fysik "som ett erkännande av de stora fördelarna med denna teoretiska och experimentella undersökning av elektricitet genom gaser. ” Thomson krediteras med att identifiera elektroner som partiklar av en atom.

Även om många andra forskare gjorde observationer av atompartiklar under tiden för Thomsons experiment ledde hans upptäckter till en ny förståelse av elektricitet och atompartiklar.

Thomson krediteras med rätta upptäckten av isotopen och hans experiment med positivt laddade partiklar ledde till utvecklingen av masspektrometern. Dessa prestationer bidrog till utvecklingen av kunskap och upptäckt inom fysik och kemi som har fortsatt till nuet.

J. J. Thomson dog i augusti 1940 i Cambridge och begravs i Westminster Abbey nära Isaac Newton och Charles Darwin.