Thomson atommodellegenskaper, postulates, subatomiska partiklar

han Thomson Atomic Model Det skapades av den engelska fysiska firade j. J. Thomson, som upptäckte elektronen. På grund av denna upptäckt och dess verk om elektrisk ledning i gaser tilldelades det 1906 med Nobelpriset i fysik.

Från hans arbete med katodstrålarna avslöjades det att atomen inte var en odelbar enhet, som Dalton hade postulerat i föregående modell, men att den innehöll en väldefinierad intern struktur. 

Thomson utvecklade en atommodell baserad på resultaten från hans experiment med katodstrålar. I honom bekräftade han att atomen, elektriskt neutral, bildades av positiva och negativa laddningar av lika stor storlek. 

[TOC]

Vad hette Thomsons atommodell och varför?

Enligt Thomson distribuerades den positiva belastningen över atomen och de negativa laddningarna inbäddades i den som om de var russin i en pudding. Från denna jämförelse uppstod termen "russinpudding", som modellen var informellt känd.

Joseph John Thomson

Medan Thomsons idé för närvarande är ganska primitiv, representerade han för sin tid ett nytt bidrag. Under modellens korta giltighet (från 1904 till 1910) hade han stöd av många forskare, även om många andra ansåg det kätteri. 

Slutligen 1910 dök upp nya bevis om atomstrukturen och Thomsons modell förblev snabbt åt sidan. Detta hände så snart Rutherford publicerade resultaten från hans dispersionsexperiment, som visade förekomsten av atomkärnan.

Thomsons modell var emellertid den första som postulerade förekomsten av subatomära partiklar och deras resultat var frukten av en fin och strikt experiment. På detta sätt etablerade han prejudikatet för alla upptäckter som följde.

Egenskaper och postulater av Thomson -modellen

Thomson anlände till sin atommodell baserat på flera observationer. Den första var att X -utesluter som nyligen upptäcktes av Roentgen kunde jonisera luftmolekyler. Fram till dess var det enda sättet att jonisera kemiskt att separera joner i en lösning.

Men den engelska fysikern joniserar framgångsrikt till och med monoatomiska gaser som helium, genom x -strålar. Detta fick honom att tro att lasten inuti atomen kunde separeras, och att det därför inte var odelbart.Han observerade också att katodstrålar kunde avledas av elektriska och magnetfält.

J.J. Thomson, upptäcker av elektronen. Källa: Lafer.

Sedan tänkte Thomson en modell som korrekt förklarade det faktum att atomen är elektriskt neutral och att katodstrålarna består av partiklar med negativ belastning. 

Undersökning av experimentella bevis, Thomson karakteriserade atomen på följande sätt:

-Atomen är en elektriskt neutral fast sfär, med en ungefärlig radie på 10^-10 m.

-Den positiva belastningen fördelas mer eller mindre enhetligt av sfären.

-Atomen innehåller "korphus" laddade negativt, vilket säkerställer deras neutralitet.

-Dessa kroppar är desamma för alla saker.

-När atomen är i balans finns det n Kroppar ordnade regelbundet i ringar inom den positiva belastningsområdet.

-Atommassan är jämnt fördelad.

Katodstrålar

Elektronstråle riktas från katoden till anoden.

Thomson genomförde sina experiment med katodstrålar, upptäckta 1859. Katodstrålar är negativt laddade partiklar. För att producera dem används vakuumkristallrör, där två elektroder placeras, kallas katod och anod. 

Kan tjäna dig: Magnetism: Magnetiska egenskaper hos material, användning

Sedan passeras en elektrisk ström som värmer katoden, som således avger osynlig strålning som riktas direkt till den motsatta elektroden. 

För att upptäcka strålning, som inte är annat än katodstrålar, är rörväggen täckt med ett fluorescerande material. När strålning kommer dit ger rörväggen en intensiv ljusstyrka.

Om ett fast föremål placeras på vägen för katodstrålar, kastar det en skugga på rörväggen. Detta indikerar att strålarna reser i en rak linje och att de enkelt kan blockera dem.

Katodstrålarnas natur diskuterades allmänt, eftersom dess natur var en okänd. Vissa trodde att de var elektromagnetiska vågor, medan andra hävdade att de var partiklar. 

Subatomiska partiklar av Thomson Atomic Model

Thomsons atommodell är, som sagt, den första som postulerar förekomsten av subatomiska partiklar. Thomsons lik är inget annat än elektroner, de grundläggande partiklarna i den negativt laddade atomen.

Vi vet för närvarande att de andra två grundläggande partiklarna är protonen, positivt laddade och neutronen utan belastning. 

Men dessa upptäcktes inte vid den tiden Thomson utarbetade sin modell. Den positiva laddningen i atomen distribuerades i den, beaktade inte någon partikel som bär nämnda belastning och för närvarande fanns det inga bevis för dess existens.

Av denna anledning hade hans modell en flyktig existens, eftersom Rutherfords spridningsexperiment under några år var under några år. Och när det gäller neutronen föreslog Rutherford själv sin existens några år innan han äntligen upptäcktes.

Crookes -röret

Sir William Crookes (1832-1919) designade röret som bär hans namn omkring 1870, med avsikt att noggrant studera arten av katodstrålar. Han tillade elektriska fält och magnetfält och observerade att strålarna avleddes av dessa.

Katodstrålarörsschema. Källa: riddare, r.

På detta sätt fann Crookes och andra forskare, inklusive Thomson, att:

1. En elektrisk ström genererades inuti katodstrålröret
2. Strålarna avviks av närvaron av magnetfält, på samma sätt som de negativt laddade partiklarna var.
3. Varje metall som användes för att tillverka katoden var lika bra för att producera katodstrålar, och deras beteende var oberoende av materialet.

Dessa observationer drev diskussionen kring katodstrålarnas ursprung. De som hävdade att de var vågor baserades på att katodstrålarna kunde resa i en rak linje. Dessutom förklarade denna hypotes mycket väl skuggan som ett interponerat fast föremål kastade på rörets vägg och under vissa omständigheter var det känt att vågorna kunde orsaka fluorescens. 

Men istället förstod det inte hur det var möjligt att magnetfälten avledde katodstrålarna. Detta hade bara förklaring om dessa strålar betraktades som partiklar, en hypotes som Thomson delade.

Partiklar laddade i enhetliga elektriska och magnetiska fält

En partikel laddad med Q -belastning, upplever en troskraft i mitten av ett enhetligt elektriskt fält och, av storlek:

Kan tjäna dig: böljande teori om ljus: Förklaring, applikationer, exempel

Tro = qe

När en laddad partikel vinkelrätt korsar ett enhetligt elektriskt fält, såsom det som inträffar mellan två plattor med motsatta belastningar, upplever den en avvikelse och därför en acceleration:

qe = ma

a = qe/m

Å andra sidan, om den laddade partikeln rör sig med storlek V -hastighet, i mitten av ett enhetligt magnetfält av storlek B, har den magnetiska kraften FM som upplever följande intensitet:

FM = QVB

Så länge hastigheten och magnetfältvektorerna är vinkelräta. När en laddad partikel påverkar vinkelrätt i ett homogent magnetfält upplever den också en avvikelse och dess rörelse är enhetlig cirkulär.

Centripetal acceleration till_c I det här fallet är det:

Qvb = ma_c

I sin tur är centripetalacceleration relaterad till hastigheten för partikel V och radien R för cirkulärbanan:

till_c = v²/R

Därför:

Qvb = mv²/R

Radien för den cirkulära banan kan beräknas enligt följande:

R = mv/qb

Senare kommer dessa ekvationer att användas för att återskapa det sätt som Thomson drog ut elektronbelastningsförhållandet.

Thomsons experiment

Thomson passerade en stråle av katodstrålar, en elektronstråle, även om han fortfarande inte visste, genom enhetliga elektriska fält. Dessa fält skapas mellan två ledande plattor laddade och separerade på ett litet avstånd. 

Katodstrålar passerade också genom ett enhetligt magnetfält och observerade effekten som detta hade på strålen. Både i det ena fältet och det andra fanns en avböjning i strålarna, vilket fick Thomson att tänka med rätta att strålen var sammansatt av laddade partiklar.

För att kontrollera genomförde Thomson flera strategier med katodstrålarna:

1. Variera de elektriska och magnetiska fälten tills krafterna avbröts. På detta sätt passerade katodstrålarna utan att experimentera avböjning. Matchande elektriska och magnetiska krafter lyckades Thomson bestämma strålpartiklarnas hastighet.
2. Försluter intensiteten i det elektriska fältet, på detta sätt följde partiklarna en cirkulär bana mitt i magnetfältet.
3. Kombinerade resultaten från steg 1 och 2 för att bestämma belastningsförhållandet mellan "korpuserna".

Elektronlastmassaförhållandet

Thomson bestämde att last-mandyförhållandet mellan partiklarna som utgjorde katodstrålen stråle har följande värde:

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

Där Q representerar belastningen på "korpuskeln", som faktiskt är elektronen och m Det är massan av samma. Thomson följde förfarandet som beskrivs i föregående avsnitt, som vi återskapar här steg för steg, med de ekvationer han använde.

När katodstrålarna korsar korset och magnetfält korsade passerar de utan avböjning. När det elektriska fältet avbryts påverkar de toppen av röret (magnetfältet indikeras med de blå punkterna mellan elektroderna). Källa: riddare, r.

Steg 1

Matcha elektrisk kraft och magnetisk kraft, passera strålen genom de vinkelräta elektriska och magnetiska fälten:

Qvb = qe

Steg 2

Bestäm den hastighet som förvärvats av strålpartiklarna när de passerar direkt utan avböjning:

V = e/b

Steg 3

Avbryt det elektriska fältet och lämnar bara magnetfältet (nu finns det avböjning):

R = mv/qb

Med v = e/b -resultat:

R = me/qb²

Bana radien kan därför mätas:

Q/M = V/RB

Nåväl:

Q/M = E/RB²

Nästa steg

Nästa sak som Thomson gjorde var att mäta kvoten Q/M med katoder gjord av olika material. Som nämnts ovan släppte alla metaller katodstrålar med identiska egenskaper.

Kan tjäna dig: induktiv reaktans

Sedan jämförde Thomson sina värden med de i Q/M -förhållandet mellan vätejonen, erhållet genom elektrolys och vars värde är ungefär 1 x 10⁸ C/kg. Elektronbelastningskvoten är ungefär 1750 gånger större än vätejon.

Därför hade katodstrålarna mycket större belastning, eller kanske en massa som är mycket mindre än vätejonen. Vätejon är helt enkelt en proton, vars existens var känd tid efter Rutherfords dispersionsexperiment.

Idag är det känt att protonen är nästan 1800 gånger mer massiv än elektronen och med belastning av lika stor storlek och tecken som strider mot elektronen.

En annan viktig detalj är att med Thomsons experiment bestämdes inte elektronens elektriska laddning och inte heller värdet på dess massa separat. Dessa värden bestämdes genom Millikans experiment, som började 1906.

Thomson och Dalton modellerar skillnader

Den grundläggande skillnaden i dessa två modeller är att Dalton tyckte att atomen är en sfär. I motsats till Thomson föreslog han inte förekomsten av positiva eller negativa anklagelser. För Dalton var en atom så här:

Dalton Atom

Som vi har sett tidigare trodde Thomson att atomen var delbar och vars struktur bildas av en positiv sfär och elektroner runt.

Modellfel och begränsningar

Då lyckades Thomsons atommodell förklara det kemiska beteendet hos ämnen mycket väl. Han förklarade också med rätta fenomenen som inträffade i katodstrålröret. 

Men i själva verket kallade Thomson inte ens sina "elektroner" -partiklar, även om termen redan tidigare hade myntats av George Johnstone Stoney. Thomson kallade dem helt enkelt "Corpuscles".

Även om Thomson använde all den kunskap han hade för tillfället, finns det flera viktiga begränsningar i hans modell, som mycket snart var tydliga:

-Den positiva belastningen är inte fördelad i hela atomen. Rutherfords dispersionsexperiment visade att atomens positiva belastning nödvändigtvis är begränsad till ett litet område av den, som senare blev känd som atomkärnan. 

-Elektroner har en specifik distribution inom varje atom. Elektronerna är inte jämnt fördelade, till exempel russinerna i den berömda Buddine, men har en disposition i orbitaler som de efterföljande modellerna visade.

Det är just dispositionen av elektroner inom atomen som gör att organisering av elementen för deras egenskaper och egenskaper i det periodiska tabellen. 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 det mesta av degen. Thomsons modell antog att atommassan var jämnt distribuerad inuti. Men idag vet vi att atommassan praktiskt taget är koncentrerad till kärnorna och neutronerna i kärnan.

Det är också viktigt att lyfta fram att denna atommodell inte tillät att dra slutsatsen den typ av rörelse som elektroner hade inom atomen.

Intresseartiklar

Schrödinger Atomic Model.

Bros.

Chadwick atommodell.

Heisenberg atommodell.

Perrin atommodell.

Dalton Atomic Model.

Dirac Jordan Atomic Model.

Demokritusatommodell.

Leucipo Atomic Model.

Bohr atommodell.

Sommerfeld Atomic Model.

Nuvarande atommodell.

Referenser

1. Andriessen, m. 2001. HSC -kurs. Fysik 2. Jacaranda HSc Science.
2. Arfken, g. 1984. Universitetsfysik. Akademisk press.
3. Riddare, r. 2017. Fysik för forskare och teknik: En strategistrategi. Pearson.
4. Rex, a. 2011. Fysikens grunder. Pearson.
5. Wikipedia. Thomson Atomic Model. Återhämtat sig från: det är.Wikipedia.org.