แบบจำลองอะตอมของทอมสัน: ลักษณะ, การทดลอง, สมมุติฐาน

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน ได้รับการยอมรับในโลกในการให้แสงแรกกับการกำหนดค่าของโปรตอนและอิเล็กตรอนภายในโครงสร้างของอะตอม ทอมสันเสนอว่าอะตอมมีลักษณะเหมือนกันและมีประจุเป็นบวกในลักษณะที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยมีการสะสมของอิเล็กตรอนแบบสุ่มภายในอะตอมแต่ละอะตอม

เพื่ออธิบายมันทอมสันเปรียบเทียบแบบจำลองของเขากับพุดดิ้งพลัม คำอุปมานี้ภายหลังถูกใช้เป็นชื่อทางเลือกสำหรับโมเดล อย่างไรก็ตามเนื่องจากความไม่สอดคล้องกันหลายประการ (ในทางทฤษฎีและการทดลอง) เกี่ยวกับการกระจายของประจุไฟฟ้าภายในอะตอมทำให้แบบจำลอง Thomson ถูกทิ้งในปี 1911

ที่มา

แบบจำลองอะตอมนี้ถูกเสนอโดยโจเซฟจอห์น "เจเจ" ทอมสันนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในปี 2447 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่ออธิบายองค์ประกอบของอะตอมตามแนวคิดที่เป็นที่รู้จักกันในตอนนั้น

นอกจากนี้ทอมสันยังรับผิดชอบการค้นพบอิเล็กตรอนในปลายศตวรรษที่ 19 เป็นที่น่าสังเกตว่ารูปแบบอะตอมของทอมสันนั้นถูกเสนอขึ้นในไม่ช้าหลังจากการค้นพบอิเล็กตรอน แต่ก่อนที่จะรู้ว่ามีนิวเคลียสอยู่

ดังนั้นข้อเสนอประกอบด้วยโครงร่างการกระจายตัวของประจุลบทั้งหมดภายในโครงสร้างอะตอมซึ่งในทางกลับกันถูกสร้างขึ้นจากมวลสม่ำเสมอของประจุบวก

คุณสมบัติ

- อะตอมมีประจุเป็นกลาง

- มีแหล่งที่มาของประจุบวกที่ทำให้ประจุลบของอิเล็กตรอนเป็นกลาง

- ประจุบวกนี้กระจายอย่างสม่ำเสมอในอะตอม

- ในคำพูดของ Thomson: "corpuscles ที่เป็นประจุลบ" - นั่นคืออิเล็กตรอน - บรรจุอยู่ภายในมวลสม่ำเสมอของประจุบวก

- อิเล็กตรอนสามารถได้มาอย่างอิสระภายในอะตอม

- อิเล็กตรอนมีวงโคจรที่คงที่การโต้แย้งตามกฎของเกาส์ หากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน "มวล" บวกแรงภายในภายในอิเล็กตรอนจะสมดุลกันโดยประจุบวกที่เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติรอบ ๆ วงโคจร

- แบบจำลองของทอมสันเป็นที่รู้จักกันแพร่หลายในประเทศอังกฤษว่าเป็นแบบจำลองของพุดดิ้งพรุนเนื่องจากการกระจายของอิเล็กตรอนที่เสนอโดยทอมสันนั้นคล้ายคลึงกับการจัดการลูกพลัมในขนมนั้น

การทดลองเพื่อพัฒนาแบบจำลอง

ทอมสันทำการทดสอบหลายครั้งด้วยหลอดรังสีแคโทดเพื่อทดสอบคุณสมบัติของอนุภาคอะตอมและวางรากฐานของแบบจำลองของเขา หลอดรังสีแคโทดเป็นหลอดแก้วที่มีปริมาณอากาศเกือบหมดแล้ว

หลอดเหล่านี้มีกระแสไฟฟ้าพร้อมแบตเตอรี่ที่ทำให้ขั้วหลอดมีขั้วลบประจุลบ (แคโทด) และขั้วบวกประจุบวก (ขั้วบวก)

พวกเขายังปิดผนึกทั้งสองด้านและอยู่ภายใต้ระดับแรงดันสูงโดยการใช้กระแสไฟฟ้าของสองขั้วไฟฟ้าที่วางอยู่บนแคโทดของอุปกรณ์ ด้วยการกำหนดค่านี้จะทำให้เกิดการไหลเวียนของลำอนุภาคจากแคโทดไปยังขั้วบวกของหลอด

แคโทดรังสี

มีที่มาของชื่อของเครื่องมือประเภทนี้เนื่องจากพวกเขาถูกเรียกว่ารังสีแคโทดเนื่องจากจุดทางออกของอนุภาคภายในหลอด โดยการทาสีขั้วบวกของหลอดด้วยวัสดุเช่นฟอสฟอรัสหรือตะกั่วปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่ปลายด้านบวกเมื่อลำแสงของอนุภาคชนกับมัน

ในการทดลองของเขาทอมสันได้พิจารณาความเบี่ยงเบนของลำแสงในเส้นทางจากแคโทดไปยังขั้วบวก ต่อมาทอมสันพยายามตรวจสอบคุณสมบัติของอนุภาคเหล่านี้: โดยทั่วไปคือประจุไฟฟ้าและปฏิกิริยาระหว่างพวกเขา

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษวางแผ่นไฟฟ้าสองแผ่นที่มีประจุตรงข้ามที่ปลายด้านบนและล่างของหลอด เนื่องจากโพลาไรเซชันนี้ลำแสงถูกเบี่ยงเบนไปทางแผ่นประจุบวกซึ่งวางอยู่ที่ป้ายด้านบน

ด้วยวิธีนี้ทอมสันแสดงให้เห็นว่ารังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบซึ่งเนื่องจากประจุตรงข้ามถูกดึงดูดไปยังแผ่นประจุที่มีประจุบวก

วิวัฒนาการในการวิจัย

ทอมสันพัฒนาสมมติฐานของเขาและหลังจากการค้นพบนั้นวางแม่เหล็กสองแผ่นไว้ที่ทั้งสองด้านของหลอด การรวมตัวกันนี้ยังส่งผลต่อความเบี่ยงเบนของรังสีแคโทด

ด้วยการวิเคราะห์สนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องทอมสันสามารถตรวจสอบอัตราส่วนมวลต่อประจุของอนุภาคอะตอมและตรวจพบว่ามวลของอนุภาคแต่ละอนุภาคนั้นไม่มีความสำคัญเมื่อเทียบกับมวลอะตอม

JJ Thomson สร้างอุปกรณ์ที่นำหน้าการประดิษฐ์และความสมบูรณ์แบบของสิ่งที่เป็นที่รู้จักกันในขณะนี้ว่าเป็นเครื่องสเปกโตรมิเตอร์

อุปกรณ์นี้ทำการวัดความสัมพันธ์ระหว่างมวลและประจุของไอออนได้อย่างแม่นยำซึ่งให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์อย่างมากในการกำหนดองค์ประกอบขององค์ประกอบที่มีอยู่ในธรรมชาติ

ทำซ้ำการทดสอบ

ทอมสันทำการทดลองแบบเดียวกันหลายครั้งเพื่อปรับเปลี่ยนโลหะที่เขาใช้สำหรับการจัดวางขั้วไฟฟ้าในหลอดรังสีแคโทด

ในที่สุดเขาตัดสินว่าคุณสมบัติของลำแสงคงที่โดยไม่คำนึงถึงวัสดุที่ใช้สำหรับขั้วไฟฟ้า นั่นคือปัจจัยนี้ไม่ได้เป็นตัวกำหนดในการดำเนินการทดสอบ

การศึกษาของ Thomson มีประโยชน์มากในการอธิบายโครงสร้างโมเลกุลของสารบางชนิดรวมถึงการก่อตัวของพันธะอะตอม

สมมุติฐาน

แบบจำลองของ Thomson มีอยู่ในคำแถลงเดียวข้อสรุปที่น่าพอใจของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ John Dalton เกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมและบอกใบ้ถึงการมีอยู่ของอิเล็กตรอนภายในแต่ละอะตอม

นอกจากนี้ทอมสันยังทำการศึกษาหลายครั้งเกี่ยวกับโปรตอนในก๊าซนีออนและแสดงให้เห็นถึงความเป็นกลางทางไฟฟ้าของอะตอม อย่างไรก็ตามประจุบวกของอะตอมถูกเสนอเป็นมวลสม่ำเสมอและไม่เป็นอนุภาค

การทดลองของ Thomson เกี่ยวกับรังสีแคโทดทำให้เกิดการออกเสียงตามหลักวิทยาศาสตร์ดังนี้

- รังสีแคโทดนั้นประกอบด้วยอนุภาคของประจุลบ ทอมสันได้นิยามอนุภาคเหล่านี้ว่า "corpuscles"

- มวลของอนุภาคย่อยแต่ละอะตอมมีค่าเพียง 0.0005 เท่าของมวลอะตอมไฮโดรเจน

- อนุภาคย่อยเหล่านี้พบได้ในอะตอมทั้งหมดขององค์ประกอบทั้งหมดของโลก

- อะตอมนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นคือประจุลบของ "corpuscles" บรรจุด้วยประจุบวกของโปรตอน

รูปแบบการโต้เถียง

แบบจำลองอะตอมของทอมสันขัดแย้งกันอย่างมากในชุมชนวิทยาศาสตร์เนื่องจากมันขัดแย้งกับแบบจำลองอะตอมของดาลตัน

หลังถูกตั้งสมมติฐานว่าอะตอมเป็นหน่วยที่แยกไม่ออกแม้จะมีการรวมกันที่อาจเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมี

ดังนั้นดาลตันจึงไม่ได้พิจารณาการมีอยู่ของอะตอมอนุภาคเช่นอิเล็กตรอนภายในอะตอม

ในทางตรงกันข้ามทอมสันพบรูปแบบใหม่ที่ให้คำอธิบายทางเลือกขององค์ประกอบอะตอมและอะตอมย่อยหลังจากการค้นพบอิเล็กตรอน

แบบจำลองอะตอมของทอมสันถูกเปิดเผยอย่างรวดเร็วโดยการเปรียบเทียบกับของหวานยอดนิยมของอังกฤษ "พลัมพุดดิ้ง" มวลของพุดดิ้งเป็นสัญลักษณ์ของมุมมองที่สำคัญของอะตอมและพลัมเป็นตัวแทนของอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่ประกอบเป็นอะตอม

ข้อ จำกัด

แบบจำลองที่แนะนำโดย Thomson นั้นได้รับความนิยมและการยอมรับอย่างมากในเวลานั้นและทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นในการตรวจสอบโครงสร้างอะตอมและปรับแต่งรายละเอียดที่เกี่ยวข้อง

สาเหตุที่ใหญ่ที่สุดของการยอมรับของแบบจำลองก็คือวิธีที่มันปรับให้เข้ากับการสังเกตของการทดลองรังสีแคโทดของทอมสัน

อย่างไรก็ตามตัวแบบมีโอกาสสำคัญในการปรับปรุงเพื่ออธิบายการกระจายตัวของประจุไฟฟ้าภายในอะตอมทั้งประจุบวกและประจุลบ

การสืบสวนของรัทเธอร์ฟอด

ต่อมาในทศวรรษที่ 2453 โรงเรียนวิทยาศาสตร์นำโดยทอมสันยังคงทำการตรวจสอบแบบจำลองโครงสร้างอะตอม

นี่คือวิธีที่เออร์เนสรัทเธอร์ฟอร์ดอดีตนักเรียนของทอมสันกำหนดข้อ จำกัด ของแบบจำลองอะตอมของทอมสันใน บริษัท นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเออร์เนสต์มาร์สเดนและนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันฮันส์เกเกอร์

นักวิทยาศาสตร์สามคนทำการทดลองหลายครั้งด้วยอนุภาคอัลฟา (α) นั่นคือนิวเคลียสที่แตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล 4He โดยไม่ต้องล้อมรอบอิเล็กตรอน

อนุภาคประเภทนี้ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวซึ่งเป็นสาเหตุที่ประจุบวกมีอิทธิพลเหนือกว่า อนุภาคอัลฟ่าเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือจากการทดลองด้วยการสลายกัมมันตรังสี

Rutherford ออกแบบการจัดเรียงที่อนุญาตให้ประเมินพฤติกรรมของอนุภาคแอลฟาเมื่อข้ามสารที่เป็นของแข็งเช่นแผ่นทอง

ในการวิเคราะห์เส้นทางพบว่ามีอนุภาคบางส่วนแสดงมุมเบี่ยงเบนเมื่อเจาะแผ่นทองคำ ในอีกกรณีหนึ่งก็มีการรับรู้การตีกลับเล็กน้อยในองค์ประกอบผลกระทบ

หลังจากการตรวจสอบด้วยอนุภาคอัลฟารัทเธอร์ฟอดมาร์สเดนและไกเกอร์แย้งโมเดลอะตอมของทอมสันและเสนอโครงสร้างอะตอมใหม่แทน

ข้อเสนอใหม่

ข้อเสนอของรัทเธอร์ฟอร์ดและเพื่อนร่วมงานของเขาคืออะตอมประกอบด้วยแกนขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งมีประจุบวกและวงแหวนของอิเล็กตรอนถูกรวมอยู่รอบ ๆ

การค้นพบนิวเคลียสอะตอมโดยรัทเธอร์ฟอร์ดทำให้อากาศใหม่สำหรับชุมชนวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตามหลายปีต่อมาโมเดลนี้ก็ถูกเพิกถอนและแทนที่ด้วยโมเดลอะตอมของ Bohr

บทความที่น่าสนใจ

แบบจำลองอะตอมของSchrödinger

แบบจำลองอะตอมของ Broglie

แบบจำลองอะตอมของแชดวิค

แบบจำลองอะตอมของไฮเซนเบิร์ก

แบบจำลองอะตอมของเพอร์ริน

แบบจำลองอะตอมของดาลตัน

แบบจำลองอะตอมของ Dirac Jordan

แบบจำลองอะตอมของพรรคประชาธิปัตย์

แบบจำลองอะตอมของ Bohr