THOMSON'IN ATOM MODELI: ÖZELLIKLER, VARSAYIMLAR, ATOM ALTI PARÇACIKLAR - FIZIKSEL - 2024

Thomson atom modeli elektronu keşfetti ünlü İngiliz fizikçi JJ Thomson, tarafından yaratılmıştır. Bu keşif ve gazlarda elektrik iletimi konusundaki çalışmaları için 1906 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Katot ışınları ile yaptığı çalışmadan, Dalton'un önceki modelde öne sürdüğü gibi atomun bölünemez bir varlık olmadığı, ancak iyi tanımlanmış bir iç yapı içerdiği anlaşıldı.

Thomson, katot ışınları ile yaptığı deneylerin sonuçlarına dayanarak bir atom modeli yaptı. İçinde elektriksel olarak nötr atomun eşit büyüklükteki pozitif ve negatif yüklerden oluştuğunu belirtti.

Thomson'ın atom modeli neydi ve neden?

Thomson'a göre, pozitif yük atomun her tarafına dağılmıştı ve negatif yükler sanki bir pudingin içindeki kuru üzümlermiş gibi atomun içine gömülmüştü. Bu karşılaştırmadan model gayri resmi olarak bilindiğinden "kuru üzümlü puding" terimi geldi.

Joseph John Thomson

Thomson'ın fikri bugün oldukça ilkel görünse de, o zamanlar yeni bir katkıyı temsil ediyordu. Modelin kısa ömrü boyunca (1904'ten 1910'a kadar), birçok bilim adamının desteğini aldı, ancak diğerleri bunu sapkın olarak değerlendirdi.

Nihayet 1910'da atomik yapı hakkında yeni kanıtlar ortaya çıktı ve Thomson'ın modeli hızla kenara düştü. Bu, Rutherford atom çekirdeğinin varlığını ortaya çıkaran saçılma deneylerinin sonuçlarını yayınladığı anda oldu.

Bununla birlikte, Thomson'ın modeli, atom altı parçacıkların varlığını varsayan ilk modeldi ve sonuçları ince ve titiz deneylerin meyvesiydi. Bu şekilde, takip eden tüm keşiflerin emsalini oluşturdu.

Thomson modelinin özellikleri ve varsayımları

Thomson, çeşitli gözlemlere dayanarak atom modeline ulaştı. Birincisi, Roentgen tarafından yeni keşfedilen X ışınlarının hava moleküllerini iyonize edebildiğiydi. O zamana kadar iyonlaşmanın tek yolu, solüsyondaki iyonları kimyasal olarak ayırmaktı.

Ancak İngiliz fizikçi, helyum gibi tek atomlu gazları bile X-ışınları kullanarak başarıyla iyonize etmeyi başardı, bu onu atomun içindeki yükün ayrılabileceğine ve dolayısıyla bölünmez olmadığına inandırdı ve katot ışınlarını gözlemledi. elektrik ve manyetik alanlar tarafından saptırılabilirler.

JJ Thomson, elektronun keşfi. Kaynak: Lifeder.

Bu yüzden Thomson, atomun elektriksel olarak nötr olduğu ve katot ışınlarının negatif yüklü parçacıklardan oluştuğu gerçeğini doğru bir şekilde açıklayan bir model geliştirdi.

Thomson, deneysel kanıtları kullanarak atomu şu şekilde tanımladı:

-Atom, yaklaşık ^10-10 m yarıçaplı, elektriksel olarak nötr bir katı küredir .

-Pozitif yük, küre boyunca aşağı yukarı eşit olarak dağıtılır.

-Atom, nötrlüğünü sağlayan negatif yüklü "cisimler" içerir.

-Bu cisimler her madde için aynı.

-Atom denge halindeyken, pozitif yüklü kürenin içindeki halkalar halinde düzenli olarak dizilmiş n tane tane tane cisim vardır.

-Atomun kütlesi eşit olarak dağılmıştır.

Katot ışınları

Elektron demeti katottan anoda yönlendirilir.

Thomson, deneylerini 1859'da keşfedilen katot ışınlarını kullanarak gerçekleştirdi. Katot ışınları, negatif yüklü parçacık demetleridir. Bunları üretmek için, katot ve anot adı verilen iki elektrotun yerleştirildiği vakumlu cam tüpler kullanılır.

Daha sonra, katodu ısıtan ve bu şekilde doğrudan karşı elektroda yönlendirilen görünmez radyasyon yayan bir elektrik akımı geçirilir.

Katot ışınlarından başka bir şey olmayan radyasyonu tespit etmek için, tüpün anodun arkasındaki duvarı floresan bir malzeme ile kaplanmıştır. Radyasyon oraya ulaştığında, tüpün duvarı yoğun bir parlaklık verir.

Katı bir nesne katot ışınlarının önüne geçerse, tüpün duvarına gölge düşürür. Bu, ışınların düz bir çizgide hareket ettiğini ve ayrıca kolayca bloke edilebileceğini gösterir.

Doğası bilinmediği için katot ışınlarının doğası geniş çapta tartışıldı. Bazıları bunların elektromanyetik tipte dalgalar olduğunu düşünürken, diğerleri bunların parçacık olduklarını savundu.

Thomson'ın atom modelinden atom altı parçacıklar

Thomson'ın atom modeli, dediğimiz gibi, atom altı parçacıkların varlığını ilk varsayan modeldir. Thomson'ın cisimcikleri atomun negatif yüklü temel parçacıkları olan elektronlardan başka bir şey değildir.

Artık diğer iki temel parçacığın pozitif yüklü proton ve yüksüz nötron olduğunu biliyoruz.

Ancak Thomson modelini geliştirdiğinde bunlar keşfedilmedi. Atomdaki pozitif yük dağıtıldı, herhangi bir parçacığın bu yükü taşıdığını düşünmedi ve şu anda varlığına dair bir kanıt yoktu.

Bu nedenle, modelinin geçici bir varlığı vardı, çünkü Rutherford'un saçılma deneyleri birkaç yıl içinde protonun keşfinin yolunu açtı. Nötron'a gelince, Rutherford, nihayet keşfedilmeden birkaç yıl önce varlığını önerdi.

Crookes tüp

Sir William Crookes (1832-1919), katot ışınlarının doğasını dikkatlice incelemek amacıyla 1870'lerde adını taşıyan tüpü tasarladı. Elektrik alanları ve manyetik alanlar ekledi ve ışınların onlar tarafından saptırıldığını gözlemledi.

Katot ışınlı tüp şeması. Kaynak: Knight, R.

Bu şekilde, Crookes ve Thomson dahil diğer araştırmacılar şunu buldu:

1. Katot ışın tüpünün içinde bir elektrik akımı üretildi
2. Manyetik alanların varlığıyla ışınlar, negatif yüklü parçacıklarda olduğu gibi saptırılıyordu.
3. Katodu yapmak için kullanılan herhangi bir metal, katot ışınları üretmede eşit derecede iyiydi ve davranışları malzemeden bağımsızdı.

Bu gözlemler, katot ışınlarının kökeni hakkındaki tartışmayı ateşledi. Dalga olduklarını savunanlar, katot ışınlarının düz bir çizgide hareket edebildiği gerçeğine dayanıyordu. Ek olarak, bu hipotez, tüpün duvarına yerleştirilmiş katı bir nesnenin gölgesini çok iyi açıkladı ve belirli koşullar altında dalgaların flüoresansa neden olabileceği biliniyordu.

Ancak bunun yerine, manyetik alanların katot ışınlarını saptırmasının nasıl mümkün olduğu anlaşılamadı. Bu ancak Thomson'ın paylaştığı bir hipotez olan bu ışınların parçacıklar olarak kabul edilmesi durumunda açıklanabilir.

Düzgün elektrik ve manyetik alanlarda yüklü parçacıklar

Q yüklü yüklü bir parçacık, tekdüze bir elektrik alanı E'nin ortasında büyüklükte bir Fe kuvveti yaşar:

Fe = qE

Yüklü bir parçacık, zıt yüklü iki plaka arasında üretilen gibi tek tip bir elektrik alanından dikey olarak geçtiğinde, bir sapma ve dolayısıyla bir hızlanma yaşar:

qE = ma

a = qE / m

Öte yandan, yüklü parçacık, B büyüklüğündeki tekdüze bir manyetik alanın ortasında v büyüklüğünde bir hızda hareket ederse, maruz kaldığı manyetik kuvvet Fm aşağıdaki yoğunluğa sahiptir:

Fm = qvB

Hız ve manyetik alan vektörleri dik olduğu sürece. Yüklü bir parçacık homojen bir manyetik alana dik olduğunda, aynı zamanda bir sapmaya maruz kalır ve hareketi düzgün daireseldir.

Bu durumda merkezcil ivme a _c :

qvB = ma _c

Buna karşılık, merkezcil ivme, v parçacığının hızı ve dairesel yolun yarıçapı R ile ilgilidir:

a _c = v ² / R

Böylece:

qvB = mv ² / R

Dairesel yolun yarıçapı şu şekilde hesaplanabilir:

R = mv / qB

Daha sonra, bu denklemler Thomson'un elektronun yük-kütle ilişkisini türetme şeklini yeniden yaratmak için kullanılacaktır.

Thomson deneyi

Thomson, henüz bilmediği halde bir elektron demeti olan katot ışınlarını tekdüze elektrik alanlarından geçirdi. Bu alanlar, küçük bir mesafeyle ayrılmış iki yüklü iletken plaka arasında oluşturulur.

Ayrıca katot ışınlarını tekdüze bir manyetik alandan geçirerek bunun ışın üzerindeki etkisini gözlemledi. Bir alanda olduğu gibi diğerinde de, Thomson'un ışının yüklü parçacıklardan oluştuğunu doğru bir şekilde düşünmesine neden olan ışınlarda bir sapma vardı.

Bunu doğrulamak için Thomson, katot ışınları ile birkaç strateji uyguladı:

1. Kuvvetler ortadan kalkıncaya kadar elektrik ve manyetik alanları değiştirdi. Bu şekilde katot ışınları sapma yaşamadan geçer. Thomson, elektrik ve manyetik kuvvetleri eşitleyerek, kirişteki parçacıkların hızını belirleyebildi.
2. Elektrik alanın yoğunluğunu ortadan kaldırdı, bu şekilde parçacıklar manyetik alanın ortasında dairesel bir yol izlediler.
3. "Parçacıklar" ın yük-kütle ilişkisini belirlemek için 1. ve 2. adımların sonuçlarını birleştirdi.

Elektronun yük-kütle oranı

Thomson, katot ışın demetini oluşturan parçacıkların yük-kütle oranının aşağıdaki değere sahip olduğunu belirledi:

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

Q, gerçekte elektron olan "cismin" yükünü temsil eder ve m onun kütlesidir. Thomson, burada adım adım yeniden oluşturduğumuz önceki bölümde açıklanan prosedürü, kullandığı denklemlerle izledi.

Katot ışınları çapraz elektrik ve manyetik alanlardan geçerken sapma olmadan geçer. Elektrik alan iptal edildiğinde tüpün üst kısmına çarparlar (manyetik alan elektrotlar arasındaki mavi noktalarla gösterilir). Kaynak: Knight, R.

Aşama 1

Işını dikey elektrik ve manyetik alanlardan geçirerek elektrik kuvvetini ve manyetik kuvveti eşitleyin:

qvB = qE

Adım 2

Kirişteki parçacıkların sapma olmaksızın doğrudan geçerken elde ettikleri hızı belirleyin:

v = E / B

Aşama 3

Elektrik alanını iptal edin, yalnızca manyetik alanı bırakın (artık sapma var):

R = mv / qB

V = E / B ile sonuç:

R = mE / qB ²

Yörüngenin yarıçapı ölçülebilir, bu nedenle:

q / m = v / RB

Peki:

q / m = E / RB ²

Sonraki adımlar

Thomson'ın yaptığı bir sonraki şey, farklı malzemelerden yapılmış katotları kullanarak q / m oranını ölçmek oldu. Daha önce belirtildiği gibi, tüm metaller aynı özelliklere sahip katot ışınları yayar.

Daha sonra Thomson, değerlerini elektrolizle elde edilen ve değeri yaklaşık 1 x 10 ⁸ C / kg olan hidrojen iyonunun q / m oranıyla karşılaştırdı . Elektronun yük-kütle oranı, hidrojen iyonunun yaklaşık 1750 katıdır.

Bu nedenle katot ışınları çok daha büyük yüke sahipti veya belki de hidrojen iyonununkinden çok daha az bir kütleye sahipti. Hidrojen iyonu, Rutherford'un saçılma deneylerinden çok sonra varlığı bilinen bir protondur.

Bugün, protonun elektrondan neredeyse 1800 kat daha büyük olduğu ve elektronunkine eşit büyüklükte ve zıt işaretli bir yüke sahip olduğu bilinmektedir.

Bir diğer önemli ayrıntı da, Thomson'ın deneyleriyle elektronun elektrik yükünün ne doğrudan ne de kütlesinin değerinin ayrı ayrı belirlenmemiş olmasıdır. Bu değerler, 1906'da başlayan Millikan deneyleriyle belirlendi.

Thomson ve Dalton model farklılıkları

Bu iki modelin temel farkı, Dalton'un atomun bir küre olduğunu düşünmesidir. Thomson'ın aksine, pozitif veya negatif suçlamaların varlığını önermedi. Dalton için bir atom şuna benziyordu:

Dalton atomu

Daha önce gördüğümüz gibi, Thomson atomun bölünebilir olduğunu ve yapısının pozitif bir küre ve etrafındaki elektronlardan oluştuğunu düşünüyordu.

Model kusurları ve sınırlamaları

O zamanlar Thomson'ın atom modeli, maddelerin kimyasal davranışını çok iyi açıklamayı başardı. Ayrıca katot ışın tüpünde meydana gelen olayları doğru bir şekilde açıkladı.

Ama aslında Thomson, daha önce George Johnstone Stoney tarafından kullanılmış olmasına rağmen, parçacıklarına "elektron" bile demedi. Thomson onlara basitçe "cisimler" adını verdi.

Thomson o sırada mevcut olan tüm bilgileri kullanmasına rağmen, modelinde çok erken ortaya çıkan birkaç önemli sınırlama var:

- Pozitif yük atomun her yerine dağılmaz . Rutherford saçılma deneyleri, atomun pozitif yükünün zorunlu olarak atomun daha sonra atom çekirdeği olarak bilinen küçük bir bölgesi ile sınırlı olduğunu gösterdi.

- Elektronların her atom içinde belirli bir dağılımı vardır . Elektronlar, ünlü pudingdeki kuru üzümler gibi eşit olarak dağıtılmamış, bunun yerine yörüngelerde daha sonraki modellerin ortaya çıkardığı bir düzenlemeye sahip.

Elementlerin periyodik tablodaki özelliklerine ve özelliklerine göre düzenlenmesini sağlayan, atom içindeki elektronların düzenlenmesidir. Bu, unsurları bu şekilde sıralamanın nasıl mümkün olduğunu açıklayamayan Thomson modelinin önemli bir sınırlamasıydı.

- Atom çekirdeği, kütlenin çoğunu içeren çekirdektir. Thomson'ın modeli, atomun kütlesinin kendi içinde eşit olarak dağıldığını varsayıyordu. Ancak bugün, atomun kütlesinin pratik olarak çekirdeğin protonlarında ve nötronlarında yoğunlaştığını biliyoruz.

Atomun bu modelinin, elektronların atom içinde sahip olduğu hareket tipini anlamaya izin vermediğini de not etmek önemlidir.

İlgi makaleleri

Schrödinger'in atom modeli.

De Broglie atom modeli.

Chadwick'in atom modeli.

Heisenberg atom modeli.

Perrin'in atom modeli.

Dalton'un atom modeli.

Dirac Jordan atom modeli.

Demokritos'un atom modeli.

Bohr'un atom modeli.

Sommerfeld atom modeli.

Referanslar

1. Andriessen, M. 2001. HSC Kursu. Fizik 2. Jacaranda HSC Science.
2. Arfken, G. 1984. Üniversite Fiziği. Akademik Basın.
3. Knight, R. 2017. Bilim Adamları ve Mühendislik için Fizik: Bir Strateji Yaklaşımı. Pearson.
4. Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson.
5. Vikipedi. Thomson'ın atom modeli. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.