J.J. Thomson:Pioner inden for moderne atomteori

Af Rosann Kozlowski, opdateret 30. august 2022

ismagilov/iStock/GettyImages

Joseph John Thomsons banebrydende arbejde omformede vores forståelse af atomet. En matematiker, der blev eksperimentel fysiker, opdagede Thomson elektronen, opfandt massespektrometeret og afslørede eksistensen af isotoper – fundamenter, der understøtter moderne fysik og kemi.

Tidlige liv og akademiske grundlag

Født i Manchester, England, i 1856, blev Thomson oprindeligt styret mod ingeniørkunst. Da hans fars død gjorde den vej uholdbar, tjente han et stipendium til Trinity College, Cambridge, i 1876 for at studere matematik. Efter at være blevet fellow i 1880, blev han udnævnt til Cavendish professor i eksperimentel fysik i 1884, efterfulgt af Lord Rayleigh.

Breaking the Atom:Cathode Ray Experiments

Fra 1894 undersøgte Thomson katodestråler - strømme af ladede partikler i et vakuumrør. Ved at sammenligne deres adfærd i luft og vakuum, observerede han, at partiklerne rejste bemærkelsesværdigt langt, hvilket tyder på, at de var langt mindre end atomerne selv.

Opdagelse af elektronen

Thomson forfinede sit apparat til at afbøje disse stråler ved hjælp af elektriske og magnetiske felter. Måling af afbøjningsvinklerne gjorde det muligt for ham at beregne forholdet mellem ladning og masse, som forblev konstant på tværs af gasser. Han konkluderede, at partiklerne var universelle subatomare bestanddele, som han kaldte "korpuskler". Disse blev senere kaldt elektroner, de negativt ladede byggesten i stof.

Plum Pudding-modellen

I 1904 foreslog Thomson sin berømte blommebudding-model:en positivt ladet kugle med elektroner indlejret som blommer. Selvom det senere blev modbevist af Rutherfords atommodel fra 1911, var det det første forsøg på at inkorporere subatomare partikler i en atomteori.

Opfindelsen af massespektrometeret

Thomson udvidede katodestrålerørskonceptet til positive ioner, hvilket skabte det første massespektrometer. Ved at tilføje en fluorescerende skærm og præcis magnetisk afbøjning kunne han plotte masse-til-ladning-forhold som adskilte parabler. I samarbejde med studerende Francis William Aston lagde Thomsons instrument grundlaget for moderne masseanalyse.

Afdækning af isotoper

Ved hjælp af massespektrometeret opdagede Thomson og Aston to forskellige neonionmønstre i 1912 - atommasse 20 og 22 - hvilket afslørede, at atomer af det samme element kunne variere i masse. Denne opdagelse af isotoper blev opnået før neutronens identifikation i 1932.

Arv og hæder

I 1906 modtog Thomson Nobelprisen i fysik for sine undersøgelser af ledning af elektricitet ved hjælp af gasser , og han er berømt for at definere elektronen, banebrydende massespektrometri og identificere isotoper. Hans arbejde fortsætter med at påvirke både fysik og kemi.

Senere år og går

Thomson forblev professor i Cambridge indtil sin død i august 1940. Han er begravet i Westminster Abbey ved siden af Isaac Newton og Charles Darwin.