Thomson Atomic Model -egenskaper, postulater, subatomiske partikler

Han Thomson Atomic Model Det ble opprettet av den engelske fysiske feirede J. J. Thomson, som oppdaget elektronet. På grunn av denne oppdagelsen og dens verk om elektrisk ledning i gasser, ble den tildelt i 1906 med Nobelprisen i fysikk.

Fra hans arbeid med katodestrålene ble det avslørt at atomet ikke var en udelelig enhet, slik Dalton hadde postulert i den foregående modellen, men at det inneholdt en godt definert indre struktur. 

Thomson utviklet en atommodell basert på resultatene fra eksperimentene hans med katodestråler. I ham bekreftet han at atomet, elektrisk nøytralt, ble dannet av positive og negative ladninger av like stor størrelse. 

[TOC]

Hva het Thomsons atommodell og hvorfor?

I følge Thomson ble den positive belastningen fordelt over atomet, og de negative ladningene var innebygd i den som om de var rosiner av en pudding. Fra denne sammenligningen dukket begrepet "rosinpudding" frem, slik modellen var uformelt kjent.

Joseph John Thomson

Mens Thomsons idé for tiden er ganske primitiv, representerte han for sin tid et nytt bidrag. Under den korte gyldigheten av modellen (fra 1904 til 1910) hadde han støtte fra mange forskere, selv om mange andre vurderte det kjetteri. 

Til slutt i 1910 dukket det opp nye bevis om atomstrukturen og Thomsons modell ble raskt til side. Dette skjedde så snart Rutherford publiserte resultatene av spredningseksperimentene hans, som viste eksistensen av atomkjernen.

Thomsons modell var imidlertid den første som postulerte eksistensen av subatomiske partikler, og resultatene deres var frukten av en fin og streng eksperimentering. På denne måten etablerte han presedensen for alle funnene som fulgte.

Kjennetegn og postulater av Thomson -modellen

Thomson ankom sin atommodell basert på flere observasjoner. Den første var at X -RAys Nyoppdaget av Roentgen var i stand til å ionisere luftmolekyler. Inntil da var den eneste måten å ionisere seg kjemisk å skille ioner i en løsning.

Men den engelske fysikeren ioniserer til og med monoatomiske gasser som helium, gjennom X -RAYS. Dette førte til at han trodde at belastningen inne i atomet kunne skilles, og at den derfor ikke var udelelig.Han observerte også at katodestråler kunne avledes av elektriske og magnetiske felt.

J.J. Thomson, oppdager av elektronet. Kilde: Lafer.

Da utviklet Thomson en modell som riktig forklarte det faktum at atomet er elektrisk nøytralt og at katodestrålene er sammensatt av partikler med negativ belastning. 

Undersøkelse av eksperimentelle bevis, karakteriserte Thomson atomet som følger:

-Atomet er en elektrisk nøytral fast kule, med en omtrentlig radius på 10^-10 m.

-Den positive belastningen distribueres mer eller mindre jevnt av sfæren.

-Atomet inneholder "Corpuscles" lastet negativt, som sikrer deres nøytralitet.

-Disse korpuscles er de samme for alle saker.

-Når atomet er i balanse, er det n Korpuskler ordnet regelmessig i ringer innenfor den positive belastningsfæren.

-Massen til atomet er jevnt distribuert.

Katodestråler

Elektronstråle er rettet fra katoden til anoden.

Thomson gjennomførte sine eksperimenter ved hjelp av katodestråler, oppdaget i 1859. Katodestråler er negativt ladede partikler. For å produsere dem brukes vakuumkrystallrør, der to elektroder er plassert, kalt katode og Anode. 

Kan tjene deg: Magnetisme: Magnetiske egenskaper til materialer, bruksområder

Deretter føres det en elektrisk strøm som varmer katoden, som dermed avgir usynlig stråling som er rettet direkte til motsatt elektrode. 

For å oppdage stråling, som ikke er noe annet enn katodestråler, er rørveggen dekket med et lysstoffmateriale. Når stråling kommer dit, gir rørveggen en intens lysstyrke.

Hvis en solid gjenstand blir interponert på banen til katodestråler, kaster den en skygge på rørveggen. Dette indikerer at strålene reiser i en rett linje, og også at de lett kan blokkere dem.

Naturen til katodestrålene ble mye diskutert, siden dens natur var ukjent. Noen trodde de var elektromagnetiske bølger, mens andre hevdet at de var partikler. 

Subatomiske partikler av Thomson Atomic Model

Thomsons atommodell er, som vi sa, den første som postulerer eksistensen av subatomiske partikler. Thomsons corpuscles er ingenting annet enn elektroner, de grunnleggende partiklene i det negativt belastede atomet.

Vi vet for øyeblikket at de to andre grunnleggende partiklene er protonet, positivt lastet og nøytronet uten belastning. 

Men disse ble ikke oppdaget på det tidspunktet Thomson utdypet modellen hans. Den positive ladningen i atom.

Av denne grunn hadde modellen hans en flyktig eksistens, siden Rutherfords spredningseksperimenter i løpet av noen år åpnet veien for oppdagelsen av proton. Og når det gjelder nøytronet, foreslo Rutherford selv sin eksistens noen år før han endelig ble oppdaget.

Crookes -røret

Sir William Crookes (1832-1919) tegnet 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 avledet av disse.

Katodestrålerørordning. Kilde: Knight, R.

På denne måten fant Crookes og andre forskere, inkludert Thomson, det:

1. En elektrisk strøm ble generert inne i katodestrålerøret
2. Strålene ble avviket av tilstedeværelsen av magnetiske felt, på samme måte som de negativt ladede partiklene var.
3. Ethvert metall som ble brukt til å produsere katoden var like bra for å produsere katodestråler, og deres oppførsel var uavhengig av materialet.

Disse observasjonene drev diskusjonen rundt opprinnelsen til katodestrålene. De som hevdet at de var bølger var basert på det faktum at katodestrålene kunne reise i en rett linje. I tillegg forklarte denne hypotesen veldig godt skyggen at en interponert fast gjenstand kastet på veggen i røret og under visse omstendigheter var det kjent at bølgene kunne forårsake fluorescens. 

Men i stedet ble det ikke forstått hvordan det var mulig at magnetfeltene avledet katodestrålene. Dette hadde bare forklaring om disse strålene ble betraktet som partikler, en hypotese som Thomson delte.

Partikler lastet i ensartede elektriske og magnetiske felt

En partikkel lastet med Q -belastning, opplever en troskraft midt i et jevnt elektrisk felt og, av størrelsesorden:

Kan tjene deg: bølgende teori om lys: forklaring, applikasjoner, eksempler

Tro = Qe

Når en lastet partikkel vinkelrett krysser et jevnt elektrisk felt, slik som den som oppstår mellom to plater med motsatte belastninger, opplever den et avvik, og derfor en akselerasjon:

QE = Ma

a = qe/m

På den annen side, hvis den belastede partikkelen beveger seg med størrelseshastighet, midt i et jevnt magnetisk størrelsesfelt B, har den magnetiske kraften FM som opplevelser har følgende intensitet:

FM = QVB

Så lenge hastigheten og magnetfeltvektorene er vinkelrett. Når en lastet partikkel påvirker vinkelrett i et homogent magnetfelt, opplever den også et avvik og dens bevegelse er ensartet sirkulær.

Centripetal akselerasjon til_c I dette tilfellet er det:

QVB = Ma_c

På sin side er centripetal akselerasjon relatert til hastigheten på partikkel V og radius r på den sirkulære banen:

til_c = v²/R

Derfor:

QVB = MV²/R

Radiusen til den sirkulære banen kan beregnes som følger:

R = mv/qb

Senere vil disse ligningene bli brukt til å gjenskape måten Thomson trukket ut forholdet mellom elektronbelastning,.

Thomsons eksperiment

Thomson passerte en bjelke med katodestråler, en elektronstråle, selv om han fremdeles ikke visste, gjennom ensartede elektriske felt. Disse feltene er opprettet mellom to ledende plater lastet og separert i liten avstand. 

Katodestråler passerte også gjennom et jevnt magnetfelt, og observerte effekten dette hadde på bjelken. Både i det ene feltet og det andre var det en avbøyning i strålene, noe som førte til at Thomson tenkte med rette at bjelken var sammensatt av ladede partikler.

For å sjekke gjennomførte Thomson flere strategier med katodestrålene:

1. Varier de elektriske og magnetiske felt til kreftene ble kansellert. På denne måten passerte katodestrålene seg uten å eksperimentere avbøyning. Matchende elektriske og magnetiske krefter klarte Thomson å bestemme hastigheten på bjelkepartiklene.
2. Annullerte intensiteten til det elektriske feltet, på denne måten fulgte partiklene en sirkulær bane midt i magnetfeltet.
3. Kombinert resultatene fra trinn 1 og 2 for å bestemme belastnings-land-forholdet til "Corpuscles".

Elektronlastmasseforholdet

Thomson slo fast at last-mandy-forholdet mellom partiklene som utgjorde katodestrålen, har følgende verdi:

Q/m = 1.758820 x 10 11 C.kg-1.

Hvor Q representerer belastningen på "Corpuscle", som faktisk er elektronet og m Det er massen av det samme. Thomson fulgte prosedyren beskrevet i forrige seksjon, som vi gjenskaper her trinn for trinn, med ligningene han brukte.

Når katodestrålene krysser krysset og magnetiske felt krysset, passerer de uten avbøyning. Når det elektriske feltet blir kansellert, påvirker de toppen av røret (magnetfeltet er indikert med de blå punktene mellom elektrodene). Kilde: Knight, R.

Trinn 1

Match elektrisk kraft og magnetisk kraft, og passerer bjelken gjennom de vinkelrett elektriske og magnetiske felt:

QVB = QE

Steg 2

Bestem hastigheten som er anskaffet av bjelkepartiklene når de passerer direkte uten avbøyning:

V = e/b

Trinn 3

Avbryt det elektriske feltet, og etterlater bare magnetfeltet (nå er det avbøyning):

R = mv/qb

Med V = E/B -resultater:

R = ME/QB²

Orbyens radius kan måles, derfor:

Q/m = V/RB

O vel:

Q/m = e/rb²

Neste skritt

Det neste Thomson gjorde var å måle kvotienten Q/M ved bruk av katoder laget av forskjellige materialer. Som nevnt ovenfor, sendte alle metaller ut katodestråler med identiske egenskaper.

Kan tjene deg: induktiv reaktans

Da sammenlignet Thomson verdiene sine med verdiene for Q/M -forholdet mellom hydrogenionet, oppnådd ved elektrolyse og hvis verdi er omtrent 1 x 10⁸ C/kg. Elektronbelastningsmasa-kvoten er omtrent 1750 ganger større enn hydrogenion.

Derfor hadde katodestrålene mye større belastning, eller kanskje en masse mye mindre enn hydrogenionet. Hydrogenion er ganske enkelt et proton, hvis eksistens var kjent tid etter Rutherfords spredningseksperimenter.

I dag er det kjent at protonet er nesten 1800 ganger mer massivt enn elektronet og med belastning med like stor størrelse og tegn i strid med elektronet.

En annen viktig detalj er at med Thomsons eksperimenter ble den elektriske ladningen til elektronet ikke bestemt, og heller ikke verdien av dens masse separat. Disse verdiene ble bestemt gjennom Millikans eksperimenter, som begynte i 1906.

Thomson og Dalton modeller forskjeller

Den grunnleggende forskjellen i disse to modellene er at Dalton mente at atomet er en sfære. I motsetning til Thomson, foreslo han ikke eksistensen av positive eller negative anklager. For Dalton var et atom som dette:

Dalton Atom

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

Modellfeil og begrensninger

På den tiden klarte Thomsons atommodell å forklare den kjemiske oppførselen til stoffer veldig bra. Han forklarte også med rette fenomenene som skjedde i katodestrålerøret. 

Men faktisk kalte Thomson ikke engang "elektronene" -partiklene, selv om begrepet allerede hadde blitt myntet tidligere av George Johnstone Stoney. Thomson kalte dem ganske enkelt "Corpuscles".

Selv om Thomson benyttet seg av all kunnskapen han hadde for øyeblikket, er det flere viktige begrensninger i modellen hans, som var tydelig ganske snart:

-Den positive belastningen er ikke fordelt over atomet. Rutherfords spredningseksperimenter viste at atomets positive belastning nødvendigvis er begrenset til et lite område av det, som senere ble kjent som atomkjernen. 

-Elektroner har en spesifikk fordeling i hvert atom. Elektronene er ikke jevnt fordelt, for eksempel rosinene til den berømte kompisen, men har en disposisjon i orbitaler som de påfølgende modellene viste.

Det er nettopp disponeringen av elektroner i atomet som tillater å organisere elementene for deres egenskaper og egenskaper i den periodiske tabellen. 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 det meste av deigen. Thomsons modell postulerte at massen av atomet var jevnt fordelt på innsiden. Men i dag vet vi at atomets masser praktisk talt er konsentrert i protonene og nøytronene i kjernen.

Det er også viktig å fremheve at denne atommodellen ikke tillot å utlede den type bevegelse som elektroner hadde i atomet.

Artikler av interesse

Schrödinger atommodell.

Broglie Atomic Model.

Chadwick Atomic Model.

Heisenberg Atomic Model.

Perrin Atomic Model.

Dalton Atomic Model.

Dirac Jordan Atomic Model.

Democritus Atomic Model.

Leucipo atommodell.

Bohr atommodell.

Sommerfeld Atomic Model.

Gjeldende atommodell.

Referanser

1. Andriessen, m. 2001. HSC -kurs. Fysikk 2. Jacaranda HSC Science.
2. Arfken, g. 1984. Universitetsfysikk. Akademisk presse.
3. Knight, r. 2017. Fysikk for forskere og ingeniørfag: En strategitilnærming. Pearson.
4. Rex, a. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
5. Wikipedia. Thomson Atomic Model. Gjenopprettet fra: det er.Wikipedia.org.