De Thomsons atommodell Det skapades av den berömda engelska fysikern J. J. Thomson, som upptäckte elektronen. För denna upptäckt och hans arbete med elektrisk ledning i gaser tilldelades han 1906 Nobelpriset i fysik.
Från hans arbete med katodstrålar blev det klart att atomen inte var en odelbar enhet, som Dalton hade postulerat i den tidigare modellen, men att den innehöll en väldefinierad intern struktur..
Thomson gjorde en modell av atomen baserat på resultaten av sina experiment med katodstrålar. I det uppgav han att den elektriskt neutrala atomen bestod av positiva och negativa laddningar av lika stor storlek..
Artikelindex
Enligt Thomson fördelades den positiva laddningen i hela atomen och de negativa laddningarna inbäddades i den som russin i en pudding. Från denna jämförelse kom termen "russinpudding", som modellen var informellt känd..
Även om Thomsons idé ser ganska primitiv ut idag, representerade den för sin tid ett nytt bidrag. Under modellens korta livstid (från 1904 till 1910) fick den stöd från många forskare, även om många andra ansåg det som kätteri.
Slutligen 1910 framkom nya bevis om atomstrukturen, och Thomsons modell föll snabbt åt sidan. Detta hände så snart Rutherford publicerade resultaten av sina spridningsexperiment, som avslöjade atomkärnans existens..
Thomsons modell var dock den första som postulerade förekomsten av subatomära partiklar och dess resultat var frukten av fin och noggrann experiment. På detta sätt skapade han prejudikat för alla upptäckter som följde..
Thomson kom fram till sin atommodell baserad på flera observationer. Den första var att de röntgenstrålar som nyligen upptäcktes av Roentgen kunde jonisera luftmolekyler. Fram till dess var det enda sättet att jonisera genom att kemiskt separera joner i en lösning..
Men den engelska fysikern lyckades med framgång jonisera även monatomiska gaser som helium med röntgenstrålar, vilket ledde honom till att tro att laddningen inuti atomen kunde separeras och att den därför inte var odelbar. Han observerade också att katodstrålar kunde avböjas av elektriska och magnetiska fält.
Så Thomson utarbetade en modell som korrekt förklarade det faktum att atomen är elektriskt neutral och att katodstrålarna består av negativt laddade partiklar..
Med hjälp av experimentella bevis karakteriserade Thomson atomen enligt följande:
-Atomen är en elektriskt neutral fast sfär med en radie på cirka 10-10 m.
-Den positiva laddningen fördelas mer eller mindre enhetligt över sfären.
-Atomen innehåller negativt laddade "kroppar", som säkerställer dess neutralitet..
-Dessa kroppar är desamma för alla frågor.
-När atomen är i jämvikt finns det n kroppar ordnade regelbundet i ringar inom området för positiv laddning.
-Atommassan fördelas jämnt.
Thomson utförde sina experiment med katodstrålar, upptäcktes 1859. Katodstrålar är buntar av negativt laddade partiklar. För att framställa dem används vakuumglasrör, i vilka två elektroder är placerade, kallade katod Y anod.
En elektrisk ström passeras sedan som värmer upp katoden, som på detta sätt avger osynlig strålning som riktas direkt till motsatt elektrod..
För att upptäcka strålning, som inte är något annat än katodstrålar, täcks rörets vägg bakom anoden med ett fluorescerande material. När strålningen når dit ger rörets vägg en intensiv ljusstyrka.
Om ett fast föremål kommer i vägen för katodstrålarna, kastar det en skugga på rörets vägg. Detta indikerar att strålarna rör sig i en rak linje och också att de lätt kan blockeras..
Katodstrålarnas natur diskuterades allmänt, eftersom deras natur var okänd. Vissa trodde att de var elektromagnetiska vågor, medan andra hävdade att de var partiklar..
Thomsons atommodell är, som vi sa, den första som postulerar förekomsten av subatomära partiklar. Thomsons kroppar är inget annat än elektroner, atomens grundläggande negativt laddade partiklar..
Vi vet för närvarande att de andra två grundläggande partiklarna är den positivt laddade protonen och den oladdade neutronen..
Men dessa upptäcktes inte när Thomson utvecklade sin modell. Den positiva laddningen i atomen fördelades i den, den ansåg inte någon partikel som bär laddningen och för tillfället fanns inga bevis för dess existens.
Av denna anledning hade hans modell en flyktig existens, eftersom Rutherfords spridningsexperiment under några år banade väg för upptäckten av protonen. Och när det gäller neutronen föreslog Rutherford själv sin existens några år innan den äntligen upptäcktes..
Sir William Crookes (1832-1919) designade röret som bär hans namn omkring 1870, med avsikt att noggrant studera katodstrålarnas natur. Han lade till elektriska fält och magnetfält och observerade att strålarna avböjdes av dessa.
Således fann Crookes och andra forskare, inklusive Thomson, att:
Dessa iakttagelser drivit upp diskussionen om katodstrålarnas ursprung. De som hävdade att de var vågor baserades på det faktum att katodstrålar kunde färdas i en rak linje. Dessutom förklarade denna hypotes mycket väl skuggan att ett inskjutet fast föremål kastade på rörets vägg och under vissa omständigheter var det känt att vågorna kunde orsaka fluorescens.
Men å andra sidan förstod man inte hur det var möjligt för magnetfält att avböja katodstrålar. Detta kunde bara förklaras om nämnda strålar betraktades som partiklar, en hypotes som Thomson delade..
En laddad partikel med laddning q upplever en kraft Fe i mitten av ett enhetligt elektriskt fält E, av storleksordning:
Fe = qE
När en laddad partikel vinkelrätt korsar ett enhetligt elektriskt fält, såsom det som alstras mellan två plattor med motsatta laddningar, upplever den en avböjning och följaktligen en acceleration:
qE = ma
a = qE / m
Å andra sidan, om den laddade partikeln rör sig med en hastighet av magnitud v, mitt i ett enhetligt magnetfält av magnit B, har den magnetiska kraften Fm som den upplever följande intensitet:
Fm = qvB
Så länge hastighets- och magnetfältvektorerna är vinkelräta. När en laddad partikel träffar ett homogent magnetfält vinkelrätt genomgår det också en avböjning och dess rörelse är likformig cirkulär.
Centripetalacceleration vidc i detta fall är det:
qvB = mac
I sin tur är centripetalacceleration relaterad till partikelns hastighet v och radien R för den cirkulära banan:
tillc = vtvå/ R
Därför:
qvB = mvtvå/ R
Den cirkulära banans radie kan beräknas enligt följande:
R = mv / qB
Dessa ekvationer kommer att användas senare för att återskapa hur Thomson härleder elektronens laddnings-massa-förhållande..
Thomson passerade en stråle av katodstrålar, en stråle av elektroner, även om han inte visste det ännu, genom enhetliga elektriska fält. Dessa fält skapas mellan två laddade ledande plattor åtskilda av ett litet avstånd.
Han passerade också katodstrålar genom ett enhetligt magnetfält och observerade effekten det hade på strålen. I det ena fältet såväl som det andra fanns det en avböjning i strålarna, vilket fick Thomson att tänka korrekt att strålen var sammansatt av laddade partiklar.
För att verifiera detta genomförde Thomson flera strategier med katodstrålar:
Thomson bestämde att laddnings-massförhållandet för partiklarna som utgör katodstrålstrålen har följande värde:
q / m = 1,758820 x 10 11 C. kg-1.
Där q representerar laddningen av "corpuscle", som faktiskt är elektronen och m är massan av det. Thomson följde proceduren som beskrivs i föregående avsnitt, som vi återskapar här steg för steg, med de ekvationer han använde.
Utjämna den elektriska kraften och den magnetiska kraften, genom att strålen passerar genom de vinkelräta elektriska och magnetiska fälten:
qvB = qE
Bestäm hastigheten som förvärvas av partiklarna i strålen när de passerar direkt utan avböjning:
v = E / B
Avbryt det elektriska fältet och lämna bara magnetfältet (nu är det avböjning):
R = mv / qB
Med v = E / B resulterar det:
R = mE / qBtvå
Banans radie kan mätas, därför:
q / m = v / RB
Nåväl:
q / m = E / RBtvå
Nästa sak Thomson gjorde var att mäta q / m-förhållandet med katoder gjorda av olika material. Som tidigare nämnts avger alla metaller katodstrålar med identiska egenskaper..
Thomson jämförde sedan sina värden med de för förhållandet q / m för vätejonen, erhållen genom elektrolys och vars värde är ungefär 1 x 108 C / kg. Laddnings-massförhållandet för elektronen är ungefär 1750 gånger det för vätejonen.
Därför hade katodstrålarna mycket större laddning, eller kanske en massa mycket mindre än vätejonens. Vätejonen är helt enkelt en proton vars existens blev känd långt efter Rutherfords spridningsexperiment..
Idag är det känt att protonen är nästan 1800 gånger mer massiv än elektronen och med en laddning av samma storlek och motsatt tecken till elektronens..
En annan viktig detalj är att Thomsons experiment inte direkt bestämde elektronens elektriska laddning eller värdet av dess massa separat. Dessa värden bestämdes av Millikans experiment, som började 1906..
Den grundläggande skillnaden mellan dessa två modeller är att Dalton trodde att atomen är en sfär. Till skillnad från Thomson föreslog han inte att det fanns positiva eller negativa laddningar. För Dalton såg en atom ut så här:
Som vi har sett tidigare trodde Thomson att atomen var delbar och vars struktur bildas av en positiv sfär och elektroner runt.
Vid den tiden lyckades Thomsons atommodell förklara mycket väl ämnens kemiska beteende. Han förklarade också korrekt de fenomen som uppstod i katodstråleröret.
Men i själva verket kallade Thomson inte ens sina partiklar för "elektroner", även om termen redan hade myntats av George Johnstone Stoney. Thomson kallade dem helt enkelt "kroppar"..
Trots att Thomson använde all den kunskap som var tillgänglig för honom vid den tiden finns det flera viktiga begränsningar i hans modell, som blev tydliga mycket tidigt:
-Den positiva laddningen fördelas inte över hela atomen. Rutherford-spridningsexperiment visade att atomens positiva laddning nödvändigtvis är begränsad till en liten del av atomen, som senare blev känd som atomkärnan..
-Elektroner har en specifik fördelning inom varje atom. Elektronerna är inte jämnt fördelade, som russin i den berömda puddingen, men de har ett arrangemang i orbitaler som senare modeller avslöjade.
Det är just arrangemanget av elektronerna i atomen som gör att elementen kan organiseras efter deras egenskaper och egenskaper i det periodiska systemet. Detta var en viktig begränsning av Thomson-modellen, som inte kunde förklara hur det var möjligt att beställa elementen på detta sätt..
-Atomkärnan är den som innehåller större delen av massan. Thomsons modell postulerade att atomens massa var jämnt fördelad i den. Men idag vet vi att atomens massa är praktiskt taget koncentrerad till protonerna och neutronerna i kärnan..
Det är också viktigt att notera att denna modell av atomen inte tillät att sluta sig till den typ av rörelse som elektronerna hade inom atomen..
Schrödingers atommodell.
Atomic de Broglie-modellen.
Chadwick Atomic Model.
Heisenberg atommodell.
Perrins atommodell.
Dalton atommodell.
Dirac Jordan atommodell.
Atommodell för Democritus.
Atommodell av Leucippus.
Bohr atommodell.
Sommerfeld atommodell.
Nuvarande atommodell.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.