Modelul Atomic Thomson: Caracteristici, Experimente, Postulate

Modelul atomic al lui Thomson a fost recunoscut în lume pentru a da prima lumină asupra configurației de protoni și electroni în structura atomului. Prin această propunere, Thomson a sugerat că atomii sunt uniformi și conțin încărcătură pozitivă într-un mod omogen, cu depozite aleatoare ale electronilor din interiorul fiecărui atom.

Pentru ao descrie, Thomson a comparat modelul cu budinca de prune. Acest simil a fost ulterior folosit ca nume alternativ pentru model. Totuși, datorită mai multor incoerențe (teoretice și experimentale) legate de distribuția încărcăturilor electrice în interiorul atomului, modelul Thomson a fost aruncat în 1911.

origine

Acest model atomic a fost propus de către omul de știință englez Joseph JJ "Thomson în 1904, cu scopul de a explica compoziția atomilor pe baza noțiunilor cunoscute până atunci.

În plus, Thomson a fost responsabil de descoperirea electronului la sfârșitul secolului al XIX-lea. Merită menționat faptul că modelul atomic Thomson a fost propus la scurt timp după descoperirea electronului, dar înainte de a cunoaște existența unui nucleu atomic.

Prin urmare, propunerea a constat într-o configurație dispersată a tuturor încărcăturilor negative din cadrul structurii atomice care, la rândul său, era alcătuită dintr-o masă uniformă de încărcare pozitivă.

caracteristici

- Atomul are o sarcină neutră.

- Există o sursă de încărcare pozitivă care neutralizează sarcina negativă a electronilor.

- Această sarcină pozitivă este distribuită uniform în atom.

- În cuvintele lui Thomson: "corpuscul electrificat negativ" - adică, electronii - este conținut în masa uniformă a încărcăturii pozitive.

- Electronii ar putea deriva liber în interiorul atomului.

- Electronii au avut orbite stabile, argument bazat pe Legea lui Gauss. Dacă electronii s-au mutat prin "masa" pozitivă, forțele interne din interiorul electronilor au fost echilibrate de încărcătura pozitivă generată automat în jurul orbitei.

- Modelul Thomson a fost popular cunoscut în Anglia ca model de budincă de prune, deoarece distribuția de electroni propusă de Thomson era similară cu dispunerea prunelor din acel desert.

Experimente pentru dezvoltarea modelului

Thomson a efectuat mai multe teste cu tuburi catodice pentru a testa proprietățile particulelor subatomice și pentru a pune bazele modelului său. Tuburile cu raze catodice sunt tuburi de sticlă a căror conținut de aer a fost golit aproape în întregime.

Aceste tuburi sunt electrificate cu o baterie care polarizează tubul pentru a avea un capăt negativ de încărcare (catod) și un capăt pozitiv încărcat (anod).

Ele sunt, de asemenea, sigilate pe ambele părți și sunt supuse la niveluri ridicate de tensiune prin electrificarea a doi electrozi plasați pe catodul dispozitivului. Prin intermediul acestei configurații, circulația unui fascicul de particule de la catod la anodul tubului este indusă.

Razele catodului

Există originea numelui acestui tip de unelte, deoarece acestea sunt numite raze catodice datorită punctului de ieșire al particulelor din interiorul tubului. Prin pictarea anodului tubului cu un material cum ar fi fosforul sau plumbul, reacția este generată la capătul pozitiv chiar atunci când fasciculul de particule se ciocnește cu acesta.

În experimentele sale, Thomson a determinat abaterea fasciculului în calea sa de la catod la anod. Ulterior, Thomson a încercat să valideze proprietățile acestor particule: în principiu încărcătura electrică și reacția dintre ele.

Fizicianul englez a plasat două plăci electrice cu încărcătură opusă pe capetele superioare și inferioare ale tubului. Datorită acestei polarizări, fasciculul a fost deviat spre placa încărcată pozitiv, plasată în opritorul superior.

În acest fel, Thomson a demonstrat că raza catodică a fost compusă din particule încărcate negativ care, datorită încărcăturii lor opuse, au fost atrase de placa încărcată pozitiv.

Evoluția în cercetare

Thomson și-a dezvoltat ipotezele și, după această constatare, a plasat doi magneți pe ambele părți ale tubului. Această încorporare a afectat și unele deviații ale catodului.

Prin analizarea câmpului magnetic asociat, Thomson a fost capabil să determine raportul masă-încărcare a particulelor subatomice și a detectat că masa fiecărei particule subatomice a fost neglijabilă în comparație cu masa atomică.

JJ Thomson a creat un dispozitiv care a precedat invenția și perfecțiunea a ceea ce este acum cunoscut ca un spectrometru de masă.

Acest dispozitiv efectuează o măsurare destul de precisă a relației dintre masă și sarcina ionilor, care oferă informații extrem de utile pentru a determina compoziția elementelor prezente în natură.

Repetarea experimentului

Thomson a efectuat același experiment în mai multe ocazii, modificând metalele pe care le folosea pentru plasarea electrozilor în tubul catodic.

În cele din urmă, el a stabilit că proprietățile fasciculului au rămas constante, indiferent de materialul folosit pentru electrozi. Adică, acest factor nu a fost determinant în executarea experimentului.

Studiile lui Thomson au fost foarte utile pentru a explica structura moleculară a unor substanțe, precum și formarea legăturilor atomice.

postulate

Modelul lui Thomson conține într-o singură declarație concluziile favorabile ale cercetătorului britanic John Dalton asupra structurii atomice și a sugerat prezența electronilor în fiecare atom.

În plus, Thomson a efectuat, de asemenea, mai multe studii asupra protonilor din gazul de neon și astfel a demonstrat neutralitatea electrică a atomilor. Cu toate acestea, sarcina pozitivă asupra atomului a fost propusă ca o masă uniformă și nu ca particule.

Experimentul Thomson cu raze catodice a permis enunțarea următoarelor postulate științifice:

- Radiația catodică este constituită din particule subatomice cu sarcină negativă. Thomson a definit inițial aceste particule drept "corpuscul".

- Masa fiecărei particule subatomice este de numai 0, 0005 ori masa unui atom de hidrogen.

- Aceste particule subatomice se găsesc în toți atomii din toate elementele Pământului.

- atomii sunt neutri din punct de vedere electric; adică încărcarea negativă a "corpusculilor" este echivalată cu sarcina pozitivă a protonilor.

Modelul controversat

Modelul atomic al lui Thomson a fost extrem de controversat în cadrul comunității științifice, deoarece a fost contrar modelului atomic al lui Dalton.

Ultimul a presupus că atomii au fost unități indivizibile, în ciuda combinațiilor care pot fi generate în timpul reacțiilor chimice.

Prin urmare, Dalton nu a contemplat existența unor particule subatomice - cum ar fi electronii - în interiorul atomilor.

În schimb, Thomson a găsit un model nou care a furnizat o explicație alternativă a compoziției atomice și subatomice după descoperirea electronului.

Modelul atomic al lui Thomson a fost rapid dezvăluit de simil cu desertul englez popular "budinca de prune". Masa budincului simbolizează o vedere integrală a atomului, iar prunele reprezintă fiecare dintre electronii care alcătuiesc atomul.

limitări

Modelul sugerat de Thomson sa bucurat de o mare popularitate și de acceptare la acea vreme și a servit drept punct de plecare pentru a investiga structura atomică și a rafina detaliile asociate.

Cea mai mare cauză a acceptării modelului a fost cât de bine sa adaptat la observațiile experimentelor cu catod de raze Thomson.

Cu toate acestea, modelul a avut oportunități importante de îmbunătățire pentru a explica distribuția încărcărilor electrice în interiorul atomului, atât taxele pozitive, cât și cele negative.

Investigațiile lui Rutherfod

Mai târziu, în deceniul 1910, școala științifică condusă de Thomson a continuat investigațiile asupra modelelor structurii atomice.

Acesta este modul în care Ernest Rutherford, fost student al lui Thomson, a determinat limitările modelului atomic al lui Thomson, în compania fizicianului britanic Ernest Marsden și fizicianul german Hans Geiger.

Trio-ul oamenilor de știință a efectuat mai multe experimente cu particule alfa (α), adică nuclei ionizați ai moleculelor 4He, fără înconjurarea electronilor.

Acest tip de particule sunt alcătuite din două protoni și doi neutroni, motiv pentru care predomină sarcina pozitivă. Particulele alfa sunt produse în reacții nucleare sau prin experimente cu degradare radioactivă.

Rutherford a proiectat un aranjament care a permis evaluarea comportamentului particulelor alfa atunci când trec substanțe solide, cum ar fi, de exemplu, foile de aur.

În analiza traseului sa constatat că unele particule prezintă un unghi de abatere atunci când penetrează plăcile de aur. În alte cazuri, a fost percepută și o ușoară sărire asupra elementului de impact.

După investigațiile cu particule alfa, Rutherfod, Marsden și Geiger au contrazis modelul atomic al lui Thomson și au propus în schimb o nouă structură atomică.

Propunere nouă

Contrapunerea lui Rutherford și a colegilor săi a fost că atomul era alcătuit dintr-un miez mic, de densitate înaltă, în care în jurul lui erau concentrate încărcături pozitive și un inel de electroni.

Descoperirea nucleului atomic de către Rutherford a adus cu el un aer nou pentru comunitatea științifică. Cu toate acestea, ani mai târziu, acest model a fost, de asemenea, revocat și înlocuit cu modelul atomic al lui Bohr.