Tο 1875 ο Άγγλος William Crookes μελετούσε την ηλεκτρική αγωγιμότητα μέσα σε κλειστό σωλήνα με πολύ χαμηλή πίεση. Κατά την διάρκεια του πειράματος ένα παράξενο φθορίζον φως στο απέναντι από την κάθοδο τοίχωμα πρόδιδε την παρουσία, μέσα στον σωλήνα, μιας αόρατης δέσμης. Το όνομα που δόθηκε στη δέσμη ήταν καθοδικές ακτίνες αλλά η φύση της παρέμενε ένα αίνιγμα. H έρευνα όμως που ακολούθησε το 1897 από τον J.J Thomson χάρισε σε αυτόν το βραβείο Nobel και στην επιστήμη τη γνώση για την ύπαρξη του ηλεκτρονίου, το οποίο είναι συστατικό των ατόμων όλων των χημικών στοιχείων.
Ο Thomson παρατήρησε ότι οι καθοδικές ακτίνες, παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, εκτρέπονται από την ευθύγραμμη διάδοση και πάντα προς ορισμένη κατεύθυνση. Αυτό σήμαινε ότι οι καθοδικές ακτίνες ήταν κινούμενα σωματίδια με αρνητικό φορτίο. Κατόπιν μέτρησε το πηλίκο του φορτίου προς τη μάζα q/m και διαπίστωσε ότι για κάθε ένα από τα κινούμενα σωματίδια παρέμενε το ίδιο, ανεξάρτητα από τη φύση των μεταλλικών ηλεκτροδίων που χρησιμοποιήθηκαν, ανεξάρτητα από το είδος του αερίου που υπήρχε έστω και σε ίχνη μέσα στον σωλήνα. Υποθέτοντας ότι το φορτίο καθενός από αυτά τα σωματίδια ήταν ίσο με το ελάχιστο φορτίο των ιόντων, το οποίο είχε υποθέσει ο Faraday μέσα από τη θεωρία του για την ηλεκτρόλυση, οδηγήθηκε σε ένα αρκετά ικανοποιητικό συμπέρασμα για τη μάζα κάθε σωματιδίου. Σύμφωνα με αυτό η μάζα κάθε σωματιδίου ήταν πολύ μικρότερη (το 1/1837 περίπου) από τη μάζα του ατόμου του υδρογόνου. Για καθένα από αυτά τα σωματίδια πρότεινε αρχικά τον όρο corpuscle αλλά επικράτησε τελικά το όνομα electron (ηλεκτρόνιο).
Το επόμενο βήμα ήταν να προταθεί ένα μοντέλο για τη δομή του ατόμου. Η βασική ιδέα ήταν ότι το άτομο περιέχει αρνητικό φορτίο, φορέας του οποίου είναι τα ηλεκτρόνια και ίση ποσότητα θετικού, ο υλικός φορέας όμως του οποίου ήταν ακόμα άγνωστος.
Ο Thomson παρατήρησε ότι οι καθοδικές ακτίνες, παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, εκτρέπονται από την ευθύγραμμη διάδοση και πάντα προς ορισμένη κατεύθυνση. Αυτό σήμαινε ότι οι καθοδικές ακτίνες ήταν κινούμενα σωματίδια με αρνητικό φορτίο. Κατόπιν μέτρησε το πηλίκο του φορτίου προς τη μάζα q/m και διαπίστωσε ότι για κάθε ένα από τα κινούμενα σωματίδια παρέμενε το ίδιο, ανεξάρτητα από τη φύση των μεταλλικών ηλεκτροδίων που χρησιμοποιήθηκαν, ανεξάρτητα από το είδος του αερίου που υπήρχε έστω και σε ίχνη μέσα στον σωλήνα. Υποθέτοντας ότι το φορτίο καθενός από αυτά τα σωματίδια ήταν ίσο με το ελάχιστο φορτίο των ιόντων, το οποίο είχε υποθέσει ο Faraday μέσα από τη θεωρία του για την ηλεκτρόλυση, οδηγήθηκε σε ένα αρκετά ικανοποιητικό συμπέρασμα για τη μάζα κάθε σωματιδίου. Σύμφωνα με αυτό η μάζα κάθε σωματιδίου ήταν πολύ μικρότερη (το 1/1837 περίπου) από τη μάζα του ατόμου του υδρογόνου. Για καθένα από αυτά τα σωματίδια πρότεινε αρχικά τον όρο corpuscle αλλά επικράτησε τελικά το όνομα electron (ηλεκτρόνιο).
Το επόμενο βήμα ήταν να προταθεί ένα μοντέλο για τη δομή του ατόμου. Η βασική ιδέα ήταν ότι το άτομο περιέχει αρνητικό φορτίο, φορέας του οποίου είναι τα ηλεκτρόνια και ίση ποσότητα θετικού, ο υλικός φορέας όμως του οποίου ήταν ακόμα άγνωστος.
O Thomson οδηγείται στο ακόλουθα συμπεράσματα, μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου.
- Το άτοµο έχει εσωτερική δοµή.
- Τα άτοµα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, άρα έχουν ίση ποσότητα θετικού και αρνητικού φορτίου.
- H µάζα του θετικά φορτισµένου τµήµατος µάζα του θετικά φορτισµένου τµήµατος είναι µεγαλύτερη από τη µάζα των ηλεκτρονίων.
Ο Thomson διατύπωσε την ατομική θεωρία του σύμφωνα με την οποία τα υποατομικά σωματίδια ήταν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια που ήταν ελεύθερα μέσα σε μια θετικά φορτισμένη ύλη, ώστε το άτομο να παραμένει ουδέτερο.
Η εικόνα ενός τέτοιου ατόμου μοιάζει με πουτίνγκα γι΄αυτό και πήρε την ονομασία “pudding model”.
Ταιριάζει και η περιγραφή "σταφιδόψωμο" όπου οι σταφίδες παίζουν το ρόλο των ηλεκτρονίων...
...και αυτό είναι το πρότυπο του Thomson για το άτομο.
Το πρώτο τρώγεται, το δεύτερο ήταν το σκαλοπάτι που πατήσαμε για να πάμε πιο βαθιά στα μυστικά του ατόμου.
Το πρώτο τρώγεται, το δεύτερο ήταν το σκαλοπάτι που πατήσαμε για να πάμε πιο βαθιά στα μυστικά του ατόμου.
|
Στο διπλανό βίντεο μπορείτε να παρακολου-θήσετε το πείραμα του Thomson που τον οδήγησε στην ανακάλυψη του ηλεκτρονίου το 1897.
Περισσότερα για την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου μπορείτε να δείτε εδώ: http://users.sch.gr/kassetas/educ10.htm http://www.aip.org/history/electron/jjhome.htm |
Επειδή οι εικόνες είναι καλές αλλά οι προσομοιώσεις καλύτερες μπορείτε να δείτε το παρακάτω μικρό βίντεο.
Περισσότερες βιβλιογραφικές πληροφορίες για τον Thomson πατώντας ΕΔΩ.