MODEL ATOM THOMSON: CIRI, POSTULAT, ZARAH SUBATOM - FIZIKAL - 2026

The model atom Thomson telah dicipta oleh diraikan English fizik JJ Thomson, yang menemui elektron. Untuk penemuan ini dan karyanya mengenai konduksi elektrik dalam gas, dia dianugerahkan Hadiah Nobel Fizik 1906.

Dari karyanya dengan sinar katod, menjadi jelas bahawa atom itu bukan entiti yang dapat dipisahkan, sebagaimana Dalton telah mendalilkan pada model sebelumnya, tetapi mengandung struktur dalaman yang jelas.

Thomson membuat model atom berdasarkan hasil eksperimennya dengan sinar katod. Di dalamnya dia menyatakan bahawa atom elektrik elektrik terdiri daripada muatan positif dan negatif dengan ukuran sama.

Apa model atom Thomson dipanggil dan mengapa?

Menurut Thomson, cas positif disebarkan ke seluruh atom dan cas negatif tertanam di dalamnya seolah-olah kismis dalam puding. Dari perbandingan ini muncul istilah "kismis kudis", karena model itu dikenal secara tidak formal.

Joseph John Thomson

Walaupun idea Thomson kelihatan cukup primitif hari ini, pada masa itu ia mewakili sumbangan novel. Selama umur pendek model (dari tahun 1904 hingga 1910), ia mendapat sokongan banyak saintis, walaupun banyak yang lain menganggapnya sebagai ajaran sesat.

Akhirnya pada tahun 1910 bukti baru muncul mengenai struktur atom, dan model Thomson dengan cepat jatuh ke sisi. Ini berlaku sebaik sahaja Rutherford menerbitkan hasil eksperimen hamburannya, yang mengungkapkan adanya inti atom.

Walau bagaimanapun, model Thomson adalah yang pertama mendalilkan kewujudan zarah subatom dan hasilnya adalah hasil percubaan halus dan ketat. Dengan cara ini dia menetapkan preseden untuk semua penemuan yang menyusul.

Ciri dan postulat model Thomson

Thomson tiba pada model atomnya berdasarkan beberapa pemerhatian. Yang pertama adalah bahawa sinar-X yang baru ditemui oleh Roentgen mampu mengionkan molekul udara. Sehingga itu, satu-satunya cara untuk mengion adalah dengan memisahkan ion dalam larutan secara kimia.

Tetapi ahli fizik Inggeris berjaya mengionkan gas monatom seperti helium melalui sinar-X. Ini menyebabkan dia percaya bahawa cas di dalam atom dapat dipisahkan, dan oleh itu ia tidak dapat dipisahkan. Dia juga memerhatikan bahawa sinar katod mereka boleh terpesong oleh medan elektrik dan magnet.

JJ Thomson, penemu elektron. Sumber: Lifeder.

Oleh itu, Thomson merancang sebuah model yang menjelaskan dengan betul fakta bahawa atom itu elektrik elektrik dan sinar katod terdiri daripada zarah bermuatan negatif.

Dengan menggunakan bukti eksperimen, Thomson mencirikan atom sebagai berikut:

-Atom adalah sfera pepejal neutral elektrik, dengan jarak radius 10 ^-10 m.

-Cas positif diedarkan lebih kurang sama rata ke seluruh bidang.

- Atom mengandungi "corpuscles" bermuatan negatif, yang memastikan peneutralannya.

-Kubus ini sama untuk semua perkara.

-Apabila atom berada dalam keseimbangan, terdapat n corpuscles yang disusun secara teratur dalam cincin dalam lingkungan cas positif.

-Jisim atom dibahagi sama rata.

Sinar katod

Rasuk elektron diarahkan dari katod ke anod.

Thomson menjalankan eksperimennya menggunakan sinar katod, yang ditemui pada tahun 1859. Sinar katod adalah sekumpulan zarah bermuatan negatif. Untuk menghasilkannya, tiub kaca vakum digunakan, di mana dua elektrod diletakkan, disebut katod dan anod.

Arus elektrik kemudian dilalui yang memanaskan katod, yang dengan cara ini memancarkan sinaran tidak kelihatan yang diarahkan terus ke elektrod yang bertentangan.

Untuk mengesan sinaran, yang tidak lain adalah sinar katod, dinding tiub di belakang anod ditutup dengan bahan pendarfluor. Apabila sinaran sampai di sana, dinding tiub memancarkan kilauan yang kuat.

Sekiranya objek pepejal menghalangi sinar katod, ia akan membuat bayangan di dinding tiub. Ini menunjukkan bahawa sinar bergerak dalam garis lurus, dan juga bahawa mereka dapat disekat dengan mudah.

Sifat sinar katod banyak dibincangkan, kerana sifatnya tidak diketahui. Ada yang berpendapat bahawa mereka adalah gelombang jenis elektromagnetik, sementara yang lain berpendapat bahawa itu adalah zarah.

Zarah subatom dari model atom Thomson

Model atom Thomson adalah, seperti yang kita katakan, yang pertama mendalilkan kewujudan zarah subatom. Corpuscles Thomson tidak lain adalah elektron, zarah atom asas yang bermuatan negatif.

Kita sekarang tahu bahawa dua zarah asas yang lain adalah proton bermuatan positif dan neutron yang tidak dicas.

Tetapi ini tidak ditemui ketika Thomson mengembangkan modelnya. Muatan positif dalam atom disebarkan di dalamnya, ia tidak menganggap zarah mana pun untuk membawa muatan ini dan pada masa ini tidak ada bukti keberadaannya.

Atas sebab ini modelnya memiliki keberadaan sekejap, karena dalam beberapa tahun, eksperimen penyebaran Rutherford membuka jalan untuk penemuan proton. Dan untuk neutron, Rutherford sendiri mengemukakan keberadaannya beberapa tahun sebelum akhirnya ditemukan.

Tiub bengkok

Sir William Crookes (1832-1919) merancang tiub yang bertuliskan namanya sekitar tahun 1870, dengan tujuan untuk mempelajari sifat sinar katod dengan teliti. Dia menambah medan elektrik dan medan magnet, dan memerhatikan bahawa sinarnya terpesong oleh mereka.

Skema tiub sinar katod. Sumber: Knight, R.

Dengan cara ini, Crookes dan penyelidik lain, termasuk Thomson, mendapati bahawa:

1. Arus elektrik dihasilkan di dalam tiub sinar katod
2. Sinar dibelokkan oleh kehadiran medan magnet, dengan cara yang sama seperti zarah bermuatan negatif.
3. Sebarang logam yang digunakan untuk membuat katod sama-sama pandai menghasilkan sinar katod, dan tingkah laku mereka tidak bergantung pada bahan.

Pemerhatian ini mendorong perbincangan mengenai asal-usul sinar katod. Mereka yang menyatakan bahawa itu gelombang, didasarkan pada kenyataan bahawa sinar katod dapat bergerak dalam garis lurus. Selain itu, hipotesis ini menjelaskan dengan jelas bayangan bahawa objek pepejal yang dilekatkan dilemparkan di dinding tiub dan dalam keadaan tertentu, diketahui bahawa gelombang dapat menyebabkan pendarfluor.

Tetapi sebaliknya tidak difahami bagaimana mungkin medan magnet memesongkan sinar katod. Ini hanya dapat dijelaskan jika sinar ini dianggap sebagai zarah, hipotesis yang dikongsi oleh Thomson.

Zarah yang dicas dalam medan elektrik dan magnet yang seragam

Zarah bermuatan dengan cas q, mengalami daya Fe di tengah medan elektrik seragam E, dengan magnitud:

Fe = qE

Apabila zarah bermuatan melintang secara tegak lurus melalui medan elektrik seragam, seperti yang dihasilkan di antara dua plat dengan cas yang berlawanan, ia mengalami pesongan, dan akibatnya pecutan:

qE = ma

a = qE / m

Sebaliknya, jika zarah bermuatan bergerak dengan halaju magnitud v, di tengah medan magnet seragam magnitud B, daya magnet Fm yang dialaminya mempunyai intensiti berikut:

Fm = qvB

Selagi vektor halaju dan medan magnet tegak lurus. Apabila zarah bermuatan tegak lurus dengan medan magnet homogen, ia juga mengalami pesongan dan pergerakannya berbentuk bulat seragam.

Memusat pecutan yang _c dalam kes ini ialah:

qvB = ma _c

Pada gilirannya, pecutan sentripetal berkaitan dengan kelajuan zarah v dan jejari R dari jalur bulat:

a _c = v ² / R

Oleh itu:

qvB = mv ² / R

Jari-jari lintasan bulat dapat dihitung sebagai berikut:

R = mv / qB

Kemudian, persamaan ini akan digunakan untuk mencipta semula cara Thomson memperoleh hubungan jisim-muatan elektron.

Percubaan Thomson

Thomson melewati seberkas sinar katod, seberkas elektron, walaupun dia belum mengetahuinya, melalui medan elektrik yang seragam. Medan ini dibuat di antara dua plat konduktif bermuatan yang dipisahkan dengan jarak yang kecil.

Dia juga melewati sinar katod melalui medan magnet yang seragam, memerhatikan kesannya terhadap sinar. Di satu bidang dan yang lain, ada pesongan sinar, yang menyebabkan Thomson berpikir, dengan betul, bahawa balok itu terdiri dari partikel bermuatan.

Untuk mengesahkan ini, Thomson menjalankan beberapa strategi dengan sinar katod:

1. Dia memvariasikan medan elektrik dan magnet sehingga daya terbatal. Dengan cara ini sinar katod melewati tanpa mengalami pesongan. Dengan menyamakan daya elektrik dan magnet, Thomson dapat menentukan kelajuan zarah-zarah dalam rasuk.
2. Ini membatalkan intensiti medan elektrik, dengan cara ini zarah-zarah mengikuti jalan bulat di tengah medan magnet.
3. Dia menggabungkan hasil langkah 1 dan 2 untuk menentukan hubungan jisim-muatan "mayat."

Nisbah jisim-muatan elektron

Thomson menetapkan bahawa nisbah jisim-muatan zarah-zarah yang membentuk sinar sinar katod mempunyai nilai berikut:

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

Di mana q mewakili cas "corpuscle", yang sebenarnya adalah elektron, dan m adalah jisimnya. Thomson mengikuti prosedur yang dijelaskan di bahagian sebelumnya, yang kami buat di sini langkah demi langkah, dengan persamaan yang dia gunakan.

Apabila sinar katod melewati medan elektrik dan magnet yang dilintasi, mereka melewati tanpa pesongan. Apabila medan elektrik dibatalkan, mereka memukul bahagian atas tiub (medan magnet ditunjukkan oleh titik biru di antara elektrod). Sumber: Knight, R.

Langkah 1

Menyamakan daya elektrik dan daya magnet, melewati pancaran melalui medan elektrik dan magnet tegak lurus:

qvB = qE

Langkah 2

Tentukan halaju yang diperoleh oleh zarah-zarah dalam rasuk ketika melintas langsung tanpa pesongan:

v = E / B

Langkah 3

Batalkan medan elektrik, hanya tinggal medan magnet (sekarang ada pesongan):

R = mv / qB

Dengan v = E / B ia menghasilkan:

R = mE / qB ²

Jejari orbit dapat diukur, oleh itu:

q / m = v / RB

Wahai:

q / m = E / RB ²

Langkah seterusnya

Perkara seterusnya yang dilakukan Thomson adalah mengukur nisbah q / m menggunakan katod yang dibuat dari bahan yang berbeza. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, semua logam memancarkan sinar katod dengan ciri yang serupa.

Kemudian Thomson membandingkan nilainya dengan nisbah q / m ion hidrogen, yang diperoleh dengan elektrolisis dan nilainya kira-kira 1 x 10 ⁸ C / kg. Nisbah jisim-muatan elektron kira-kira 1750 kali ganda daripada ion hidrogen.

Oleh itu, sinar katod mempunyai muatan yang jauh lebih besar, atau mungkin jisim yang jauh lebih sedikit daripada ion hidrogen. Ion hidrogen hanyalah proton, keberadaannya menjadi terkenal lama setelah percubaan penyebaran Rutherford.

Hari ini diketahui bahawa proton hampir 1800 kali lebih besar daripada elektron dan dengan muatan sama magnitud dan tanda bertentangan dengan elektron.

Perincian penting lain adalah bahawa dengan eksperimen Thomson, cas elektrik elektron tidak ditentukan secara langsung, dan juga nilai jisimnya secara berasingan. Nilai-nilai ini ditentukan oleh eksperimen Millikan, yang dimulai pada tahun 1906.

Perbezaan model Thomson dan Dalton

Perbezaan asas kedua model ini adalah bahawa Dalton berpendapat bahawa atom adalah sfera. Berbeza dengan Thomson, dia tidak mencadangkan adanya tuduhan positif atau negatif. Bagi Dalton, atom kelihatan seperti ini:

Atom Dalton

Seperti yang telah kita lihat sebelumnya, Thomson berpendapat bahawa atom itu dapat dibagi, dan strukturnya dibentuk oleh sfera positif dan elektron di sekelilingnya.

Kelemahan dan batasan model

Pada masa itu, model atom Thomson berjaya menjelaskan dengan baik tingkah laku kimia bahan. Dia juga menjelaskan dengan tepat fenomena yang berlaku di tiub sinar katod.

Tetapi sebenarnya Thomson tidak memanggil zarahnya sebagai "elektron", walaupun istilah itu telah diciptakan sebelumnya oleh George Johnstone Stoney. Thomson hanya memanggil mereka "mayat."

Walaupun Thomson memanfaatkan semua pengetahuan yang ada padanya pada masa itu, terdapat beberapa batasan penting dalam modelnya, yang menjadi jelas pada awal:

- Cas positif tidak diedarkan ke seluruh atom . Eksperimen penyebaran Rutherford menunjukkan bahawa muatan positif atom semestinya terbatas pada kawasan kecil atom, yang kemudian dikenal sebagai inti atom.

- Elektron mempunyai taburan khusus dalam setiap atom . Elektron tidak didistribusikan secara merata, seperti kismis dalam puding terkenal, tetapi sebaliknya mempunyai susunan pada orbit yang kemudian ditunjukkan oleh model.

Tepatnya susunan elektron dalam atom yang membolehkan unsur-unsur disusun mengikut ciri dan sifatnya dalam jadual berkala. Ini adalah batasan penting model Thomson, yang tidak dapat menjelaskan bagaimana mungkin untuk memesan elemen dengan cara ini.

- Nukleus atom adalah yang mengandungi sebahagian besar jisim. Model Thomson berpendapat bahawa jisim atom diagihkan secara seragam di dalamnya. Tetapi hari ini kita tahu bahawa jisim atom secara praktikalnya tertumpu pada proton dan neutron nukleus.

Juga penting untuk diperhatikan bahawa model atom ini tidak membenarkan menyimpulkan jenis pergerakan yang dimiliki oleh elektron di dalam atom.

Artikel yang menarik

Model atom Schröderer.

Model atom De Broglie.

Model atom Chadwick.

Model atom Heisenberg.

Model atom Perrin.

Model atom Dalton.

Model atom Dirac Jordan.

Model atom Demokrat.

Model atom Bohr.

Model atom Sommerfeld.

Rujukan

1. Andriessen, M. 2001. Kursus HSC. Fizik 2. Jacaranda HSC Science.
2. Arfken, G. 1984. Fizik Universiti. Akhbar Akademik.
3. Knight, R. 2017. Fizik untuk Saintis dan Kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
4. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson.
5. Wikipedia. Model atom Thomson. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.