Det Thomsons atommodel Det blev skabt af den berømte engelske fysiker J. J. Thomson, der opdagede elektronen. For denne opdagelse og hans arbejde med elektrisk ledning i gasser blev han tildelt 1906 Nobelprisen i fysik.
Fra hans arbejde med katodestråler blev det klart, at atomet ikke var en udelelig enhed, som Dalton havde postuleret i den forrige model, men at det indeholdt en veldefineret intern struktur..
Thomson lavede en model af atomet baseret på resultaterne af hans eksperimenter med katodestråler. I det erklærede han, at det elektrisk neutrale atom bestod af positive og negative ladninger af samme størrelse..
Artikelindeks
Ifølge Thomson blev den positive ladning fordelt over hele atomet, og de negative ladninger blev indlejret i det som rosiner i en budding. Fra denne sammenligning kom udtrykket "rosinepudding", som modellen var uformelt kendt..
Selvom Thomsons idé ser ret primitiv ud i dag, repræsenterede den for sin tid et nyt bidrag. I løbet af modelens korte levetid (fra 1904 til 1910) havde den støtte fra mange forskere, skønt mange andre betragtede det som kætteri.
Endelig i 1910 opstod der nye beviser om atomstruktur, og Thomsons model faldt hurtigt til siden. Dette skete, så snart Rutherford offentliggjorde resultaterne af hans spredningseksperimenter, som afslørede eksistensen af atomkernen..
Imidlertid var Thomsons model den første til at postulere eksistensen af subatomære partikler, og dens resultater var frugten af fine og strenge eksperimenter. På denne måde satte han præcedens for alle de opdagelser, der fulgte..
Thomson ankom til sin atommodel baseret på flere observationer. Den første var, at røntgenstrålerne, der blev opdaget af Roentgen, var i stand til at ionisere luftmolekyler. Indtil da var den eneste måde at ionisere på ved kemisk at adskille ioner i en opløsning..
Men den engelske fysiker formåede at med succes ionisere selv monatomiske gasser som helium ved hjælp af røntgenstråler, hvilket fik ham til at tro, at ladningen inde i atomet kunne adskilles, og at den derfor ikke var udelelig. Han observerede også, at katodestråler kunne afbøjes af elektriske og magnetiske felter.
Så Thomson udtænkte en model, der korrekt forklarede det faktum, at atomet er elektrisk neutralt, og at katodestråler er sammensat af negativt ladede partikler..
Ved hjælp af eksperimentelle beviser karakteriserede Thomson atomet som følger:
-Atomet er en elektrisk neutral, fast kugle med en radius på ca. 10-10 m.
-Den positive ladning fordeles mere eller mindre ensartet over sfæren.
-Atomet indeholder negativt ladede "kropper", som sikrer dets neutralitet..
-Disse blodlegemer er de samme for alle sager.
-Når atomet er i ligevægt, er der n blodlegemer arrangeret regelmæssigt i ringe inden for området med positiv ladning.
-Atommassen fordeles jævnt.
Thomson udførte sine eksperimenter ved hjælp af katodestråler, opdaget i 1859. Katodestråler er bundter af negativt ladede partikler. Til fremstilling af dem anvendes vakuumglasrør, hvori to elektroder er anbragt, kaldet katode Y anode.
Derefter ledes en elektrisk strøm, der varmer katoden op, som på denne måde udsender usynlig stråling, der rettes direkte til den modsatte elektrode..
For at detektere stråling, som ikke er andet end katodestråler, er væggen af røret bag anoden dækket med et fluorescerende materiale. Når strålingen når der, afgiver rørets væg en intens lysstyrke.
Hvis en fast genstand kommer i vejen for katodestrålerne, kaster den en skygge på rørets væg. Dette indikerer, at strålerne bevæger sig i en lige linje, og også at de let kan blokeres..
Karakteren af katodestråler blev bredt diskuteret, da deres natur var ukendt. Nogle troede, at de var elektromagnetiske bølger, mens andre hævdede, at de var partikler..
Thomsons atommodel er, som vi sagde, den første til at postulere eksistensen af subatomære partikler. Thomsons kroppe er intet andet end elektroner, atomets grundlæggende negativt ladede partikler..
Vi ved i øjeblikket, at de to andre grundlæggende partikler er den positivt ladede proton og den ikke-ladede neutron..
Men disse blev ikke opdaget på det tidspunkt, Thomson udviklede sin model. Den positive ladning i atomet blev fordelt i det, det betragtede ikke nogen partikel, der bærede ladningen, og i øjeblikket var der ingen beviser for dets eksistens.
Af denne grund havde hans model en flygtig eksistens, da Rutherfords spredningseksperimenter i løbet af få år banede vejen for opdagelsen af protonen. Og med hensyn til neutronen foreslog Rutherford selv sin eksistens nogle år før den endelig blev opdaget..
Sir William Crookes (1832-1919) designede røret, der bærer hans navn omkring 1870, med den hensigt omhyggeligt at undersøge arten af katodestråler. Han tilføjede elektriske felter og magnetfelter og observerede, at strålerne blev afbøjet af disse.
Således fandt Crookes og andre forskere, herunder Thomson, at:
Disse observationer gav næring til diskussionen om oprindelsen af katodestråler. De, der fastholdt, at de var bølger, var baseret på det faktum, at katodestråler kunne rejse i en lige linje. Derudover forklarede denne hypotese meget godt skyggen om, at en indskudt fast genstand, der blev kastet på rørets væg, og under visse omstændigheder var det kendt, at bølgerne kunne forårsage fluorescens.
Men på den anden side forstod man ikke, hvordan det var muligt for magnetfelter at afbøje katodestråler. Dette kunne kun forklares, hvis strålerne blev betragtet som partikler, en hypotese, som Thomson delte..
En ladet partikel med ladning q oplever en kraft Fe midt i et ensartet elektrisk felt E, af størrelsesorden:
Fe = qE
Når en ladet partikel vinkelret krydser et ensartet elektrisk felt, såsom det, der produceres mellem to plader med modsatte ladninger, oplever det en afbøjning og følgelig en acceleration:
qE = ma
a = qE / m
På den anden side, hvis den ladede partikel bevæger sig med en hastighed på størrelsen v, midt i et ensartet magnetisk felt af størrelsen B, har den magnetiske kraft Fm, som den oplever, følgende intensitet:
Fm = qvB
Så længe hastigheds- og magnetfeltvektorerne er vinkelrette. Når en ladet partikel rammer et homogent magnetfelt vinkelret, gennemgår den også en afbøjning, og dens bevægelse er ensartet cirkulær.
Centripetalacceleration vedc i dette tilfælde er det:
qvB = mac
Til gengæld er centripetalacceleration relateret til partikelhastigheden v og radius R på den cirkulære sti:
tilc = vto/ R
Derfor:
qvB = mvto/ R
Radien af den cirkulære sti kunne beregnes som følger:
R = mv / qB
Disse ligninger vil blive brugt senere til at genskabe den måde, Thomson afledte elektron-ladnings-masseforholdet..
Thomson førte en stråle af katodestråler, en stråle af elektroner, skønt han ikke vidste det endnu, gennem ensartede elektriske felter. Disse felter oprettes mellem to ladede ledende plader adskilt af en lille afstand.
Han førte også katodestråler gennem et ensartet magnetfelt og observerede den virkning dette havde på strålen. I det ene felt såvel som det andet var der en afbøjning i strålerne, som fik Thomson til at tro korrekt, at strålen var sammensat af ladede partikler.
For at kontrollere dette udførte Thomson flere strategier med katodestråler:
Thomson fastslog, at ladnings-masseforholdet mellem de partikler, der udgjorde katodestrålestrålen, har følgende værdi:
q / m = 1,758820 x 1011 C. kg-1.
Hvor q repræsenterer ladningen af "corpuscle", som faktisk er elektronen og m er massen af det. Thomson fulgte proceduren beskrevet i det foregående afsnit, som vi genskaber her trin for trin med de ligninger, han brugte.
Udlign den elektriske kraft og den magnetiske kraft, der fører strålen gennem de lodrette elektriske og magnetiske felter:
qvB = qE
Bestem hastigheden erhvervet af partiklerne i strålen, når de passerer direkte uden afbøjning:
v = E / B
Annuller det elektriske felt, idet kun magnetfeltet efterlades (nu er der afbøjning):
R = mv / qB
Med v = E / B resulterer det:
R = mE / qBto
Baneens radius kan måles, derfor:
q / m = v / RB
O brønd:
q / m = E / RBto
Den næste ting, Thomson gjorde, var at måle q / m-forholdet ved hjælp af katoder lavet af forskellige materialer. Som tidligere nævnt udsender alle metaller katodestråler med identiske egenskaber..
Derefter sammenlignede Thomson sine værdier med værdierne i forholdet q / m af hydrogenionen, opnået ved elektrolyse, og hvis værdi er ca. 1 x 108 C / kg. Elektronens ladnings-masseforhold er ca. 1750 gange det for hydrogenionen.
Derfor havde katodestrålerne meget større ladning eller måske en masse, der var meget mindre end den af hydrogenionen. Hydrogenionen er simpelthen en proton, hvis eksistens blev kendt længe efter Rutherfords spredningseksperimenter..
I dag vides det, at protonen er næsten 1800 gange mere massiv end elektronen og med en ladning af samme størrelse og det modsatte tegn til elektronens..
En anden vigtig detalje er, at Thomsons eksperimenter ikke direkte bestemte elektronens elektriske ladning eller værdien af dens masse separat. Disse værdier blev bestemt af Millikans eksperimenter, der begyndte i 1906..
Den grundlæggende forskel på disse to modeller er, at Dalton troede, at atomet er en sfære. I modsætning til Thomson foreslog han ikke eksistensen af positive eller negative ladninger. For Dalton så et atom sådan ud:
Som vi tidligere har set, troede Thomson, at atomet var delbart, og hvis struktur er dannet af en positiv sfære og elektroner omkring.
På det tidspunkt formåede Thomsons atommodel meget godt at forklare stoffernes kemiske opførsel. Han forklarede også korrekt de fænomener, der opstod i katodestrålerøret.
Men faktisk kaldte Thomson ikke engang sine partikler for "elektroner", selvom udtrykket allerede var opfundet af George Johnstone Stoney. Thomson kaldte dem simpelthen for "kropper"..
Selvom Thomson benyttede sig af al den viden, der var til rådighed for ham på det tidspunkt, er der flere vigtige begrænsninger i hans model, som blev tydeligt meget tidligt:
-Den positive ladning fordeles ikke over hele atomet. Rutherford-spredningseksperimenter viste, at atomets positive ladning nødvendigvis er begrænset til et lille område af atomet, som senere blev kendt som atomkernen..
-Elektroner har en specifik fordeling inden for hvert atom. Elektronerne er ikke jævnt fordelt, ligesom rosinerne i den berømte budding, men de har et arrangement i orbitaler, som senere modeller afslørede.
Det er netop arrangementet af elektronerne inden i atomet, der gør det muligt at organisere elementerne efter deres egenskaber og egenskaber i det periodiske system. Dette var en vigtig begrænsning af Thomson-modellen, som ikke kunne forklare, hvordan det var muligt at bestille elementerne på denne måde..
-Atomkernen er den, der indeholder det meste af massen. Thomsons model postulerede, at atomets masse var jævnt fordelt i det. Men i dag ved vi, at atomets masse praktisk talt er koncentreret i protonerne og neutronerne i kernen..
Det er også vigtigt at bemærke, at denne model af atomet ikke tillod at udlede den type bevægelse, som elektronerne havde inden for atomet..
Schrödingers atommodel.
Atomic de Broglie model.
Chadwick Atomic Model.
Heisenberg atommodel.
Perrins atommodel.
Dalton atommodel.
Dirac Jordan atommodel.
Atomisk model af Democritus.
Atomisk model af Leucippus.
Bohr atommodel.
Sommerfeld atommodel.
Nuværende atommodel.
Endnu ingen kommentarer