Thomsons atommodellegenskaper, postulater, subatomære partikler

De Thomsons atommodell Den ble opprettet av den berømte engelske fysikeren J. J. Thomson, som oppdaget elektronet. For denne oppdagelsen og hans arbeid med elektrisk ledning i gasser ble han tildelt Nobelprisen i fysikk 1906.

Fra arbeidet med katodestråler ble det klart at atomet ikke var en udelelig enhet, slik Dalton hadde postulert i den forrige modellen, men at den inneholdt en veldefinert intern struktur.. 

Thomson laget en modell av atomet basert på resultatene av eksperimentene sine med katodestråler. I det uttalte han at det elektrisk nøytrale atomet var sammensatt av positive og negative ladninger av samme størrelse.. 

Artikkelindeks

• 1 Hva heter Thomson-atommodellen og hvorfor?
• 2 Egenskaper og postulater av Thomson-modellen
  • 2.1 Katodestråler
• 3 Subatomære partikler fra Thomsons atommodell
  • 3.1 Crookes-rør
  • 3.2 Ladede partikler i ensartede elektriske og magnetiske felt
• 4 Thomson-eksperimentet
  • 4.1 Lading-mass-forholdet til elektronet
• 5 Forskjeller mellom Thomson og Dalton modeller
• 6 Modellfeil og begrensninger
• 7 Interessante artikler
• 8 Referanser

Hva het atomsmodellen til Thomson og hvorfor?

Ifølge Thomson ble den positive ladningen fordelt over hele atomet, og de negative ladningene ble innebygd i den som rosiner i en pudding. Fra denne sammenligningen kom begrepet "rosinpudding", som modellen var uformelt kjent..

Selv om Thomsons idé ser ganske primitiv ut i dag, representerte den for sin tid et nytt bidrag. I løpet av modellens korte levetid (fra 1904 til 1910) hadde den støtte fra mange forskere, selv om mange andre anså det som kjetteri. 

Endelig i 1910 dukket det opp nye bevis om atomstrukturen, og Thomsons modell falt raskt til siden. Dette skjedde så snart Rutherford publiserte resultatene av sine spredningseksperimenter, som avslørte eksistensen av atomkjernen..

Imidlertid var Thomsons modell den første som postulerte eksistensen av subatomære partikler, og resultatene var frukten av fine og strenge eksperimenter. På denne måten satte han presedens for alle oppdagelsene som fulgte..

Egenskaper og postulater av Thomson-modellen

Thomson kom til sin atommodell basert på flere observasjoner. Den første var at røntgenbildene som Roentgen nylig oppdaget, var i stand til å ionisere luftmolekyler. Inntil da var den eneste måten å ionisere ved å kjemisk separere ioner i en løsning..

Men den engelske fysikeren klarte å lykkes med å ionisere til og med monatomiske gasser som helium, ved hjelp av røntgenstråler. Dette førte til at han trodde at ladningen inne i atomet kunne skilles, og at den derfor ikke var udelelig. avbøyes av elektriske og magnetiske felt.

Så Thomson utviklet en modell som korrekt forklarte det faktum at atomet er elektrisk nøytralt og at katodestråler er sammensatt av negativt ladede partikler.. 

Ved hjelp av eksperimentelle bevis karakteriserte Thomson atomet som følger:

-Atomet er en elektrisk nøytral, fast sfære, med en radius på omtrent 10^-10 m.

-Den positive ladningen fordeles mer eller mindre jevnt over sfæren.

-Atomet inneholder negativt ladede "kropp", som sikrer nøytraliteten..

-Disse kroppene er de samme for alle forhold.

-Når atomet er i likevekt, er det n kroppsorganer ordnet regelmessig i ringer innenfor sfæren med positiv ladning.

-Atommassen fordeles jevnt.

Katodestråler

Thomson utførte eksperimentene sine ved hjelp av katodestråler, oppdaget i 1859. Katodestråler er bunter av negativt ladede partikler. For å produsere dem brukes vakuumglassrør der to elektroder er plassert, kalt katode Y anode. 

Deretter føres en elektrisk strøm som varmer opp katoden, som på denne måten avgir usynlig stråling som rettes direkte mot motsatt elektrode.. 

For å oppdage stråling, som ikke er noe annet enn katodestråler, er veggen på røret bak anoden dekket av et fluorescerende materiale. Når strålingen når dit, gir veggen på røret en intens lysstyrke.

Hvis en solid gjenstand kommer i veien for katodestrålene, kaster den en skygge på veggen av røret. Dette indikerer at strålene beveger seg i en rett linje, og også at de lett kan blokkeres..

Karakteren til katodestråler ble mye diskutert, da deres natur var ukjent. Noen trodde de var elektromagnetiske bølger, mens andre hevdet at de var partikler.. 

Subatomære partikler av Thomsons atommodell

Thomsons atommodell er, som vi sa, den første som postulerer eksistensen av subatomære partikler. Thomsons kropp er ingenting annet enn elektroner, atomets fundamentalt negativt ladede partikler..

Vi vet for tiden at de to andre grunnleggende partiklene er den positivt ladede protonen og det ikke-ladede nøytronet.. 

Men disse ble ikke oppdaget på det tidspunktet Thomson utviklet sin modell. Den positive ladningen i atomet ble distribuert i den, den betraktet ikke noen partikkel som bærte ladningen, og for øyeblikket var det ingen bevis for dens eksistens.

Av denne grunn hadde modellen hans en flyktig eksistens, siden Rutherfords spredningseksperimenter i løpet av noen år banet vei for oppdagelsen av protonen. Og når det gjelder nøytronen, foreslo Rutherford selv at den skulle eksistere noen år før den endelig ble oppdaget..

Crookes rør

Sir William Crookes (1832-1919) designet røret som bærer navnet hans rundt 1870, med den hensikt å nøye studere naturen til katodestråler. Han la til elektriske felt og magnetfelt, og observerte at strålene ble avbøyd av disse.

Dermed fant Crookes og andre forskere, inkludert Thomson, at:

1. En elektrisk strøm ble generert inne i katodestrålerøret
2. Strålene ble avbøyd av tilstedeværelsen av magnetiske felt, på samme måte som negativt ladede partikler var..
3. Alt metall som ble brukt til å lage katoden, tjente like godt for å produsere katodestråler, og deres oppførsel var uavhengig av materialet..

Disse observasjonene stimulerte diskusjonen om opprinnelsen til katodestråler. De som fastholdt at de var bølger, var basert på at katodestråler kunne bevege seg i en rett linje. I tillegg forklarte denne hypotesen godt skyggen om at en innlagt solid gjenstand kastet på veggen av røret, og under visse omstendigheter var det kjent at bølgene kunne forårsake fluorescens. 

Men på den annen side ble det ikke forstått hvordan det var mulig for magnetfelt å avbøye katodestråler. Dette kunne bare forklares hvis nevnte stråler ble ansett som partikler, en hypotese som Thomson delte..

Ladede partikler i ensartede elektriske og magnetiske felt

En ladet partikkel med ladning q, opplever en kraft Fe midt i et jevnt elektrisk felt E, av størrelse:

Fe = qE

Når en ladet partikkel vinkelrett krysser et jevnt elektrisk felt, slik som det som produseres mellom to plater med motsatte ladninger, opplever det en avbøyning og følgelig en akselerasjon:

qE = ma

a = qE / m

På den annen side, hvis den ladede partikkelen beveger seg med en hastighet på størrelsen v, midt i et jevnt magnetfelt med størrelsen B, har magnetkraften Fm som den opplever, følgende intensitet:

Fm = qvB

Så lenge hastighets- og magnetfeltvektorene er vinkelrette. Når en ladet partikkel treffer et homogent magnetfelt vinkelrett, gjennomgår den også en avbøyning og dens bevegelse er ensartet sirkulær.

Den sentripetale akselerasjonen ved_c i dette tilfellet er det:

qvB = ma_c

I sin tur er sentripetal akselerasjon relatert til hastigheten til partikkelen v og radien R på sirkelbanen:

til_c = v^to/ R

Derfor:

qvB = mv^to/ R

Radien til den sirkulære banen kan beregnes som følger:

R = mv / qB

Disse ligningene vil bli brukt senere for å gjenskape måten Thomson avledet elektron-ladnings-masseforholdet..

Thomsons eksperiment

Thomson passerte en stråle av katodestråler, en stråle av elektroner, selv om han ikke visste det ennå, gjennom ensartede elektriske felt. Disse feltene er opprettet mellom to ladede ledende plater atskilt med en liten avstand. 

Han førte også katodestråler gjennom et jevnt magnetfelt og observerte effekten dette hadde på strålen. I det ene feltet så vel som det andre var det en avbøyning i strålene, noe som fikk Thomson til å tenke riktig at strålen var sammensatt av ladede partikler.

For å verifisere dette utførte Thomson flere strategier med katodestråler:

1. Han varierte de elektriske og magnetiske feltene til kreftene avbrøt. På denne måten passerte katodestrålene gjennom uten å oppleve avbøyning. Ved å likestille de elektriske og magnetiske kreftene, var Thomson i stand til å bestemme hastigheten til partiklene i strålen.
2. Det avbrøt intensiteten til det elektriske feltet, på denne måten fulgte partiklene en sirkulær bane midt i magnetfeltet.
3. Han kombinerte resultatene fra trinn 1 og 2 for å bestemme forholdet mellom ladning og masse mellom "kroppene"..

Lade / masseforholdet til elektronet

Thomson bestemte seg for at ladnings-masseforholdet til partiklene som utgjorde katodestrålen, hadde følgende verdi:

q / m = 1,758820 x 10 11 C. kg-1.

Hvor q representerer ladningen til "corpuscle", som faktisk er elektronet og m er massen av det. Thomson fulgte prosedyren beskrevet i forrige avsnitt, som vi gjenskaper her trinn for trinn, med ligningene han brukte.

Trinn 1

Utjevn den elektriske kraften og den magnetiske kraften, og før strålen gjennom de vinkelrette elektriske og magnetiske feltene:

qvB = qE

Steg 2

Bestem hastigheten som er oppnådd av partiklene i strålen når de passerer direkte uten avbøyning:

v = E / B

Trinn 3

Avbryt det elektriske feltet, og la bare magnetfeltet være igjen (nå er det avbøyning):

R = mv / qB

Med v = E / B resulterer det:

R = mE / qB^to

Baneens radius kan måles, derfor:

q / m = v / RB

O brønn:

q / m = E / RB^to

Neste skritt

Det neste Thomson gjorde var å måle q / m-forholdet ved hjelp av katoder laget av forskjellige materialer. Som tidligere nevnt avgir alle metaller katodestråler med identiske egenskaper..

Da sammenlignet Thomson sine verdier med verdiene i forholdet q / m av hydrogenionet, oppnådd ved elektrolyse og hvis verdi er omtrent 1 x 10⁸ C / kg. Lade-masseforholdet til elektronet er omtrent 1750 ganger det for hydrogenionet.

Derfor hadde katodestrålene mye større ladning, eller kanskje en masse som er mye mindre enn hydrogenionens. Hydrogenionet er rett og slett et proton, hvis eksistens ble kjent lenge etter Rutherfords spredningseksperimenter..

I dag er det kjent at protonen er nesten 1800 ganger mer massiv enn elektronet og med en ladning av samme størrelse og motsatt tegn til elektronens..

En annen viktig detalj er at Thomsons eksperimenter ikke direkte bestemte elektronens elektriske ladning, og heller ikke verdien av massen separat. Disse verdiene ble bestemt av Millikans eksperimenter, som begynte i 1906..

Thomson og Dalton modellforskjeller

Den grunnleggende forskjellen mellom disse to modellene er at Dalton trodde at atomet var en sfære. I motsetning til Thomson foreslo han ikke eksistensen av positive eller negative ladninger. For Dalton så et atom slik ut:

Som vi har sett tidligere, trodde Thomson at atomet var delbart, og hvis struktur er dannet av en positiv sfære og elektroner rundt.

Modellfeil og begrensninger

På den tiden klarte Thomsons atommodell å forklare stoffers kjemiske oppførsel veldig godt. Han forklarte også riktig fenomenene som oppstod i katodestrålerøret. 

Men faktisk kalte Thomson ikke engang partiklene sine "elektroner", selv om begrepet allerede hadde blitt laget av George Johnstone Stoney. Thomson kalte dem ganske enkelt "kroppslig"..

Selv om Thomson brukte all den kunnskapen som var tilgjengelig for ham på den tiden, er det flere viktige begrensninger i modellen hans, som ble tydelig veldig tidlig:

-Den positive ladningen fordeles ikke over hele atomet. Rutherford-spredningseksperimenter viste at atomens positive ladning nødvendigvis er begrenset til en liten region av atomet, som senere ble kjent som atomkjernen.. 

-Elektroner har en spesifikk fordeling i hvert atom. Elektronene er ikke jevnt fordelt, som rosinene i den berømte puddingen, men de har en ordning i orbitaler som senere modeller avslørte.

Det er nettopp arrangementet av elektronene i atomet som gjør at elementene kan organiseres etter deres egenskaper og egenskaper i det periodiske systemet. Dette var en viktig begrensning av Thomson-modellen, som ikke kunne forklare hvordan det var mulig å bestille elementene på denne måten..

-Atomkjernen er den som inneholder mesteparten av massen. Thomsons modell postulerte at atomets masse var jevnt fordelt i den. Men i dag vet vi at massen til atomet praktisk talt er konsentrert i protonene og nøytronene i kjernen..

Det er også viktig å merke seg at denne modellen av atomet ikke tillot å utlede den type bevegelse som elektronene hadde i atomet..

Artikler av interesse

Schrödingers atommodell.

Atomic de Broglie-modellen.

Chadwick Atomic Model.

Heisenberg atommodell.

Perrins atommodell.

Dalton atommodell.

Dirac Jordan atommodell.

Atomic model of Democritus.

Atomisk modell av Leucippus.

Bohr atommodell.

Sommerfeld atommodell.

Nåværende atommodell.

Referanser

1. Andriessen, M. 2001. HSC-kurs. Fysikk 2. Jacaranda HSC Science.
2. Arfken, G. 1984. Universitetsfysikk. Akademisk presse.
3. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Pearson.
4. Rex, A. 2011. Grunnleggende om fysikk. Pearson.
5. Wikipedia. Thomsons atommodell. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org.