Яку частинку відкрив Томсон

0 Comments

Розділ 2. Молекулярна фізика та термодинаміка

У житті людини велику роль відіграють теплові явища, зокрема теплообмін в організмі людини, який пов’язаний з температурою і тиском навколишнього середовища, вологістю повітря тощо. Людина також використовує явища і процеси, які відбуваються у природі, а саме: капілярні явища, поверхневий натяг, змочування і незмочування тіл різними рідинами. Вона вміло використовує теплові двигуни та холодильні машини, ураховує різноманітні деформації, які трапляються на кожному кроці – на транспорті, виробництві та побуті.

Саме в цьому розділі ви знайдете всі відповіді на питання, які вивчає молекулярна фізика та термодинаміка.

§ 32. Історія вивчення атома

З попередніх класів ви вже багато знаєте про атом, його будову та властивості. Тому ми коротко зупинимося на історичних етапах вивчення атома.

Ганс Гейгер (1882-1945), колега та учень знаменитого фізика Ернеста Резерфорда (1871-1937), згадуючи якось про важливу подію в історії фізики, що відбулася у 1911 р., написав у листі до іншого учня свого вчителя, Джеймса Чедвіка (1891-1974): «Одного разу Резерфорд увійшов у мою кімнату у досить гарному настрої і сказав, що він тепер знає, який вигляд має атом. ».

Модель Резерфорда була не першою в історії фізики. Учитель Резерфорда, Джожеф-Джон Томсон (1856-1940), який відкрив існування в атомах електронів – найменших частинок, що несуть негативний заряд, пропонував уважати атом позитивно зарядженою кулею-сферою, у якій «плавають» електрони. Позитивний заряд в уяві Томсона був розподілений по всьому об’єму кулі.

Німецький фізик Філіпп Ленард (1862-1947) у 1903 р. запропонував модель «порожнього» атома, усередині якого літають ніким не встановлені (ні раніше, ні тепер) нейтральні частинки, складені із взаємно зрівноважених позитивних і негативних зарядів. Учений навіть придумав назву для цих неіснуючих частинок – дінаміди.

Проте модель атома Резерфорда була єдиною, право на існування якої доводилося строгими, простими і красивими дослідами. До свого відкриття учений прийшов не відразу. Працюючи майже все перше десятиліття XX ст. у Канаді (до переїзду в Англію) разом з радіохіміком Фредеріком Содді (1877-1956), Резерфорд вивчав явище радіоактивного розпаду атомів Радію, яке відкрили наприкінці XIX ст. у Франції Антуан-Анрі Беккерель (1852-1908) та подружжя Кюрі. Як відомо, П’єр Кюрі (1859-1906) і Марія Склодовська-Кюрі (1867-1934), пропускаючи випромінювання від Радію через магнітне поле, установили, що частина променів відхиляється вгору від початкової траєкторії, а шлях інших залишається прямолінійний.

Резерфорд та Содді помістили шматок Радію в більш сильне магнітне поле, ніж в експериментах, описаних вище, і з подивом помітили, що та частина випромінювання, яка до цього часу вважалося рухається прямолінійно, також розділилася на дві складові: одна частина летіла і далі прямолінійно, а інша – відхилялася вниз від уявної лінії між полюсами магніту. Таким чином, з атомів Радію спонтанно випромінюються три види частинок або променів: негативно заряджені (ті, що відхиляються вгору), нейтральні і позитивно заряджені.

Знаючи силу магнітного поля та величину відхилення в полі частинок-променів, використовуючи спектральний аналіз (де природу речовини визначають за характерним для неї свіченням), Резерфорд і Содді довели, що позитивно заряджена частина випромінювання, що отримала назву α-випромінювання, є потоком іонізованих атомів Гелію. Знаменитий англійський хімік і фізик Уїльям Рамзай (1852-1916) підтвердив висновки молодих учених.

Усі експерименти і досліди Резерфорда було виконано досить просто. Відхилене магнітним полем α-випромінювання від шматка радію, проходило через тоненьку фольгу з алюмінію, міді, свинцю та інших металів і потрапляло на напівпрозорий екран, покритий шаром люмінофора (мал. 86).

Мал. 86. Установка Резерфорда

У місцях потрапляння α-частинок екран світився точковими спалахами. Кількість спалахів залежала від атомної маси елемента, з якого було зроблено фольгу: що важчий елемент, то менше і рідше світився екран.

Резерфорд попросив одного зі своїх учнів, який спостерігав за спалахами, особливо уважно стежити за віддаленими від центра частинами екрана, де, як спочатку здавалося, спалахи не відбуваються. Хоча спалахів було і небагато, їх вдалося помітити. Крім того, під час дослідження було зареєстровано, що деякі з α-частинок відскакують назад, і тому екран потрібно ставити перед фольгою, щоб було видно ці незвичайні випадки (мал. 87).

Мал. 87. Результати досліду Резерфорда

Одна з восьми тисяч частинок, що пролітали, поверталася назад. Ученим удалося не лише розгледіти це, а й підрахувати число таких випадків.

Це означало: у центрі будь-якого атома є маленьке, щільне, позитивно заряджене ядро, що відхиляє α-частинку (також позитивно заряджену), яка пролітає близько від нього, на досить великі кути, а інколи і взагалі повертає назад до джерела частинок, і тоді виникають спалахи в дальніх частинах екрана або на екрані, розміщеному перед фольгою.

Результати дослідів, які привели Резерфорда до планетарної будови атома, учений виклав у великій статті «Розсіювання альфа- і бета-частинок у речовині і структура атома» (1911 р.), опублікованій в англійському «Філософському журналі».

Резерфорд продовжував працювати далі, і завдяки копіткій роботі він виводить формулу, що пов’язує число α-частинок, відхилених на певний кут, із зарядом ядер речовини фольги-мішені. Тепер уже можна було дослідно визначити природу матеріалу мішені. Так з’явився перший ядерний метод хімічного аналізу!

Удалося нарешті оцінити розміри найменшого ядра – Гідрогену, навколо якого обертається лише один електрон. Діаметр ядра Гідрогену виявився трохи більший ніж 1,3 • 10 -13 см. У важчих атомів діаметр ядра в кілька тисяч разів більший.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Хто з учених вивчав будову атома?
  • 2. Які існували моделі атома?
  • 3. У чому суть дослідів Резерфорда?
  • 4. Які розміри має атом Гідрогену?

Джозеф Томсон Біографія та внески до науки та хімії

Джозеф Джон Томсон Він був видатним хіміком для різних внесків, таких як відкриття електрона, його атомна модель, відкриття ізотопів або експеримент катодного променя..

Він народився в Cheetam Hill, район Манчестера, Англія, 18 грудня 1856 року. Він також був відомий як “J.J.” Thomson..

У 1890 році Дж. Томсон вийшов заміж за Роуз Елізабет Паджет, дочку лікаря сера Едварда Джорджа Педжета, з яким я мав двох дітей: дівчину, на ім’я Джоан Педжет Томсон, і хлопчика, Джорджа Паджета Томсона.

Останній стане відомим вченим, отримавши в 1937 році Нобелівську премію з фізики за роботу з електронами.

З юних років Томсон зосереджував свої дослідження на структурі атомів, виявляючи при цьому існування електронів і ізотопів, серед багатьох інших внесків..

У 1906 році Томсон отримав Нобелівську премію з фізики, “визнавши велику заслугу його теоретичних і експериментальних досліджень з проведення електроенергії через гази”, серед багатьох інших нагород за його роботу. (1)

У 1908 році він був присвячений рицарству британської корони і служив почесним професором фізики в Кембриджі і в Королівському інституті в Лондоні..

Він помер 30 серпня 1940 року в 83 році в місті Кембриджі, Великобританія. Фізик був похований у абатстві Вестмінстері, біля могили сера Ісака Ньютона. (2)

  • 1 Основні внески Томсона в науку
    • 1.1 Відкриття електрона
    • 1.2 Атомна модель Томсона
    • 1.3 Розділення атомів
    • 1.4 Виявлення ізотопів
    • 1.5 Експерименти з катодними променями
    • 1.6 Мас-спектрометр

    Основні внески Томсона в науку

    Відкриття електрона

    У 1897 р. J.J. Томсон виявив нову частинку легше, ніж водень, який був хрещений “електрон” \ t.

    Водень вважався одиницею виміру атомної ваги. До тих пір атом був найменшим поділом матерії.

    У цьому сенсі Томсон першим виявив негативно заряджені корпускулярні субатомні частинки.

    Атомна модель Томсона

    Атомна модель Томсона була структурою, яку англійський фізик приписував атомам. Для вченого атоми були сферою позитивного заряду.

    Там негативно заряджених електронів, рівномірно розподілених по цьому позитивно зарядженому хмарі, вбудовували, нейтралізуючи позитивний заряд маси атома.

    Ця нова модель замінює модель, розроблену Дальтоном, а пізніше вона буде спростована Резерфордом, учнем Томсона в лабораторіях Кавендіш, Кембриджа..

    Поділ атомів

    Томсон використовував позитивні або анодні промені для розділення атомів різної маси. Цей метод дозволив йому розрахувати електроенергію, що транспортується кожним атомом, і число молекул на кубічний сантиметр.

    Уміючи розділяти атоми різної маси і заряду, фізик виявив існування ізотопів. Також таким чином, з його вивченням позитивних променів він зробив великий прогрес до мас-спектрометрії.

    Відкриття ізотопів

    J.J. Томсон виявив, що неонові іони мають різні маси, тобто різні атомні ваги. Так Томсон показав, що неон має два підтипи ізотопів: неон-20 і неон-22..

    Ізотопи, досліджені до цього дня, є атомами одного елемента, але їхні ядра мають різні масові числа, оскільки вони складаються з різних кількостей нейтронів у їхньому центрі..

    Експерименти з катодними променями

    Катодні промені являють собою електронні потоки у вакуумних трубах, тобто скляні трубки з двома електродами, один позитивний і один негативний.

    Коли нагрівається негативний електрод або також називається катод, він випромінює випромінювання, яке спрямоване до позитивного електрода, або анода, у прямій лінії, якщо в цьому шляху немає магнітного поля.

    Якщо стінки трубчастого скла покриті флуоресцентним матеріалом, то попадання катодів на цей шар створює проекцію світла.

    Томсон вивчав поведінку катодних променів і дійшов висновків про те, що промені поширюються по прямій лінії.

    Крім того, ці промені можуть бути відхилені від їх траєкторії за наявності магніту, тобто магнітного поля. Крім того, промені можуть переміщати лопатки з силою циркулюючої маси електронів, демонструючи при цьому, що електрони мали масу.

    J.J. Томсон експериментував, щоб змінювати газ всередині електронно-променевої трубки, але поведінка електронів не змінювалася. Також катодні промені розігрівали об’єкти, що потрапили на шляху між електродами.

    На закінчення, Томсон показав, що катодні промені мають освітлювальні, механічні, хімічні та теплові ефекти.

    Електронно-променеві трубки та їх світлові властивості були трансцендентними для пізнішого винаходу трубки телебачення (CTR) і відеокамер.

    Мас-спектрометр

    J.J. Томсон створив перший підхід мас-спектрометр. Цей інструмент дозволив вченому вивчити співвідношення маса / заряд в електронно-променевих трубах, а також виміряти, наскільки вони відводяться впливом магнітного поля і кількості енергії, яку вони несуть.

    З цим дослідженням він прийшов до висновку, що катодні промені складаються з негативно заряджених корпускул, які знаходяться всередині атомів, таким чином постулюючи подільність атома і даючи початок фігурі електрона..

    Аналогічно, досягнення в мас-спектрометрії продовжувалися до сьогоднішнього дня, розвиваючись різними методами, щоб відокремити електрони від атомів.

    Крім того, Томсон першим запропонував перший хвилевід Цей експеримент полягав у поширенні електромагнітних хвиль у контрольованій циліндричній порожнині, яку вперше здійснив у 1897 році лорд Рейлі, ще одна Нобелівська премія з фізики..

    Хвилеводи будуть широко використовуватися в майбутньому, навіть сьогодні з передачею даних і волоконної оптики.

    Спадщина Томсона

    Thomson (Th) був створений як одиниця вимірювання масового навантаження в мас-спектрометрії, запропонований хіміками Кук і Роквуд, на честь Томсона.

    Ця методика дозволяє визначити розподіл молекул речовини за його масою і, розпізнаючи нею, які присутні в зразку речовини.

    Формула Томсона (Th):

    Вибрані твори

    • Розподіл електроенергії через гази, проведення електроенергії через гази (1900 р.).
    • Корпускулярна теорія матерії, Електрон в хімії і спогадах і роздуми (1907).
    • Поза електроном (1928).

    Список літератури

    1. Nobel Media AB (2014). J. Thomson – Біографічний. Nobelprize.org. nobelprize.org.
    2. Томсон, Джозеф Дж., Проведення електроенергії через гази. Cambridge, University Press, 1903.
    3. Менчака Роча, Артуро. Прихований шарм елементарних частинок.
    4. Крістен, Ганс Рудольф, Основи загальної та неорганічної хімії, том 1. Барселона, Іспанія. Ediciones Reverté S.A., 1986.
    5. Арзані, Аврора Кортіна, Загальна елементарна хімія. Мексика, редакція Порруа, 1967.
    6. Р. Г. Кук, А. Л. Роквуд. Rapid Commun. Масовий спектр. 5, 93 (1991).

    Яку частинку відкрив Томсон

    Відеоролик: Сучасна модель атома. Ядерні сили

    Зміст

    Ключова різниця – Модель атома Томсона проти Резерфорда

    Ключова різниця між моделлю атома Томсона та Резерфорда полягає в тому Модель атома Томсона не містить деталей про ядро тоді як Модель атома Резерфорда пояснює ядро ​​атома. Дж. Дж. Томсон був першим, хто відкрив субатомну частинку під назвою електрон в 1904 р. Модель, яку він запропонував, була названа як „модель атома сливового пудингу”. Але в 1911 році Ернест Резерфорд придумав нову модель атома після свого відкриття атомного ядра в 1909 році.

    ЗМІСТ

    1. Огляд та ключова різниця
    2. Що таке модель атома Томсона
    3. Що таке модель атома Резерфорда
    4. Порівняння пліч-о-пліч – Модель атома Томсона проти Резерфорда в табличній формі
    5. Підсумок

    Що таке модель атома Томсона?

    Викликається модель атома Томсона Модель сливового пудингу оскільки в ній зазначено, що атом схожий на сливовий пудинг. Єдиними відомими деталями про атом на той час були,

    • Атоми складаються з електронів
    • Електрони – це негативно заряджені частинки
    • Атоми нейтрально заряджені

    Оскільки електрони заряджені негативно, Томсон припустив, що для нейтралізації електричного заряду атома повинен бути позитивний заряд. Модель атома Томсона пояснює, що електрони вбудовані в позитивно заряджений твердий матеріал сферичної форми. Ця споруда виглядає як пудинг із вбудованими сливами і був названий моделлю атома сливового пудингу. Це довело припущення про те, що атом заряджений нейтрально, оскільки ця модель стверджує, що негативні заряди електронів нейтралізуються позитивним зарядом твердої кулі. Хоча ця модель доводила, що атоми нейтрально заряджені, вона була відкинута після відкриття ядра.

    Що таке модель атома Резерфорда?

    Згідно з моделлю атома Резерфорда, так звана сливова пудингова модель Томсона була неправильною. Також називається модель атома Резерфорда ядерна модель оскільки в ній подано деталі про ядро ​​атома.

    Знаменитий експеримент під назвою “Резерфордський експеримент із золотою фольгою” призвів до відкриття ядра. У цьому експерименті альфа-частинки бомбардували через золоту фольгу; від них очікувалося, що вони пройдуть прямо крізь золоту фольгу. Але замість прямого проникнення альфа-частинки обернулися в різні боки.

    Зверху: Очікувані результати (пряме проникнення) Знизу: Спостережувані результати (відхилення деяких частинок)

    Це вказувало на те, що в тій золотій фользі є щось тверде з позитивним зарядом, яке спричиняє зіткнення з альфа-частинками. Резерфорд назвав це позитивне ядро ​​ядром. Потім він запропонував ядерну модель атома; воно складалося з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів, що оточували ядро. Він також припустив, що електрони знаходяться на орбіталях навколо ядра на певній відстані. Ця модель також називається планетарна модель тому що Резерфорд припустив, що електрони розташовані навколо ядра подібно до планет, розташованих навколо Сонця.

    Відповідно до цієї моделі

    • Атом складається з позитивно зарядженого центру, який називається ядром. Цей центр містив масу атома.
    • Електрони розташовані поза ядром на орбіталях на значній відстані.
    • Кількість електронів дорівнює кількості позитивних зарядів (згодом названих протонами) в ядрі.
    • Об’єм ядра незначний у порівнянні з обсягом атома. Отже, більша частина простору в атомі порожня.

    Однак цю модель атома Резерфорда також було відкинуто, оскільки вона не могла пояснити, чому електрони та позитивні заряди в ядрі не притягуються один до одного.

    У чому різниця між Томсоном та Резерфордівською моделлю атома?

    Томсон проти Резерфорда Модель атома

    Короткий зміст – Томсон проти Резерфорда Моделі Атома

    Моделі атома Томсона і Резерфорда були найбільш ранніми моделями для пояснення будови атома. Після відкриття електрона Дж. Дж. Томсон, він запропонував модель для пояснення будови атома. Пізніше Резерфорд відкрив ядро ​​і представив нову модель, використовуючи як електрон, так і ядро. Основна відмінність між моделлю атома Томсона та Резерфорда полягає в тому, що модель атома Томсона не містить деталей про ядро, тоді як модель атома Резерфорда пояснює ядро ​​атома.

    Завантажте PDF-версію Thomson vs Rutherford Models of Atom

    Ви можете завантажити PDF-версію цієї статті та використовувати її в офлайн-цілях відповідно до приміток до цитування. Будь ласка, завантажте PDF-версію тут Різниця між моделлю атома Томсона та Резерфорда.

    Довідково:

    1. “Модель атома Резерфорда: визначення та діаграма”. Study.com. н.д. Інтернет. Доступно тут. 06 червня 2017 р.
    2. Брешія, Френк. Основи хімії: сучасний вступ (1966). Elsevier, 2012. Друк.
    3. Голдсбі, Кеннет. Хімія. 12-е видання Нью-Йорк: McGraw-hill, 2015. Друк.

    Ввічливість зображення:

    1. “Сливовий пудинг” (Public Domain) через Wikimedia Commons
    2. “Атом Резерфорда” Власною роботою (CreateJODER Xd Xd) (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
    3. «Результати експерименту із золотої фольги Резерфорда» Користувач: Власна робота Fastfission (Public Domain) через Commons Wikimedia