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Modello atomico di Thomson Caratteristiche, esperimenti, postulati
il Il modello atomico di Thomson è stato riconosciuto nel mondo per dare la prima luce sulla configurazione di protoni ed elettroni all'interno della struttura dell'atomo. Attraverso questa proposta, Thomson suggerì che gli atomi fossero uniformi e contenessero carica positiva in modo omogeneo, con depositi casuali di elettroni all'interno di ciascun atomo.
Per descriverlo, Thomson ha confrontato il suo modello con il plum pudding. Questa similitudine fu in seguito usata come nome alternativo per il modello. Tuttavia, a causa di numerose incongruenze (teoriche e sperimentali) sulla distribuzione delle cariche elettriche all'interno dell'atomo, il modello Thomson fu scartato nel 1911.
indice
- 1 origine
- 2 caratteristiche
- 3 Esperimenti per sviluppare il modello
- 3.1 Raggi del catodo
- 3.2 Evoluzione nella ricerca
- 3.3 Ripetere l'esperimento
- 4 postulati
- 5 modello controverso
- 6 limitazioni
- 6.1 Le indagini su Rutherfod
- 6.2 Nuova proposta
- 7 Articoli di interesse
- 8 riferimenti
origine
Questo modello atomico fu proposto dallo scienziato inglese Joseph John "J.J." Thomson nel 1904, con lo scopo di spiegare la composizione degli atomi sulla base delle nozioni di cui avevamo conoscenza a quel punto.
Inoltre, Thomson fu responsabile della scoperta dell'elettrone alla fine del XIX secolo. Vale la pena notare che il modello atomico di Thomson è stato proposto poco dopo la scoperta dell'elettrone ma prima di conoscere l'esistenza di un nucleo atomico.
Pertanto, la proposta consisteva in una configurazione dispersa di tutte le cariche negative all'interno della struttura atomica che, a sua volta, era costituita da una massa uniforme di carica positiva.
lineamenti
- L'atomo ha una carica neutra.
- Esiste una fonte di carica positiva che neutralizza la carica negativa degli elettroni.
- Questa carica positiva è uniformemente distribuita nell'atomo.
- Nelle parole di Thomson: "corpuscoli elettrizzati negativamente" - cioè gli elettroni - sono contenuti nella massa uniforme della carica positiva.
- Gli elettroni potrebbero derivare liberamente all'interno dell'atomo.
- Gli elettroni avevano orbite stabili, argomenti basati sulla legge gaussiana. Se gli elettroni si muovevano attraverso la "massa" positiva, le forze interne all'interno degli elettroni erano bilanciate dalla carica positiva generata automaticamente attorno all'orbita.
- Il modello Thomson era conosciuto popolarmente in Inghilterra come un modello di budino di prugne, poiché la distribuzione di elettroni proposta da Thomson era simile alla disposizione delle prugne in quel dessert.
Esperimenti per sviluppare il modello
Thomson ha condotto numerosi test con tubi catodici per testare le proprietà delle particelle subatomiche e porre le basi per il suo modello. I tubi a raggi catodici sono tubi di vetro il cui contenuto d'aria è stato svuotato quasi interamente.
Questi tubi sono elettrificati con una batteria che polarizza il tubo per avere un'estremità di carica negativa (catodo) e un'estremità con carica positiva (anodo).
Sono inoltre sigillati su entrambi i lati e sono sottoposti a livelli di alta tensione mediante l'elettrificazione di due elettrodi posizionati sul catodo del dispositivo. Con questa configurazione viene indotta la circolazione di un fascio di particelle dal catodo all'anodo del tubo.
Raggi del catodo
C'è l'origine del nome di questo tipo di strumenti, dal momento che sono chiamati raggi catodici a causa del punto di uscita delle particelle all'interno del tubo. Dipingendo l'anodo del tubo con un materiale come il fosforo o il piombo, una reazione viene generata all'estremità positiva proprio quando il fascio di particelle lo colpisce.
Nei suoi esperimenti, Thomson determinò la deflessione del raggio nel suo percorso dal catodo all'anodo. Successivamente, Thomson ha provato a convalidare le proprietà di queste particelle: fondamentalmente la carica elettrica e la reazione tra di loro.
Il fisico inglese collocò due piastre elettriche con carica opposta sulle estremità superiore e inferiore del tubo. A causa di questa polarizzazione, il raggio è stato deviato verso la piastra caricata positivamente, posizionata nella battuta superiore.
In questo modo, Thomson ha dimostrato che il raggio catodico era costituito da particelle caricate negativamente che, a causa della loro carica opposta, erano attratte dalla piastra caricata positivamente.
Evoluzione nella ricerca
Thomson ha sviluppato le sue ipotesi e, dopo quella scoperta, ha posizionato due magneti su entrambi i lati del tubo. Questa incorporazione ha anche influenzato alcune deviazioni del raggio catodico.
Analizzando il campo magnetico associato, Thomson è stato in grado di determinare il rapporto massa / carica delle particelle subatomiche e ha scoperto che la massa di ciascuna particella subatomica era trascurabile rispetto alla massa atomica.
J.J.Thomson ha creato un dispositivo che ha preceduto l'invenzione e la perfezione di quello che ora è conosciuto come uno spettrometro di massa.
Questo dispositivo esegue una misurazione abbastanza accurata della relazione tra massa e carica degli ioni, che fornisce informazioni estremamente utili per determinare la composizione degli elementi presenti in natura.
Ripetere l'esperimento
Thomson eseguì lo stesso esperimento in più occasioni, modificando i metalli che usava per il posizionamento degli elettrodi nel tubo a raggi catodici.
Infine, ha determinato che le proprietà del raggio sono rimaste costanti, indipendentemente dal materiale utilizzato per gli elettrodi. Cioè, questo fattore non era determinante nell'esecuzione dell'esperimento.
Gli studi di Thomson sono stati molto utili per spiegare la struttura molecolare di alcune sostanze, così come la formazione di legami atomici.
postulati
Il modello di Thomson mise insieme in una sola frase le conclusioni favorevoli dello scienziato britannico John Dalton sulla struttura atomica e accennò alla presenza di elettroni all'interno di ciascun atomo.
Inoltre, Thomson ha anche condotto numerosi studi sui protoni nel gas neon, dimostrando così la neutralità elettrica degli atomi. Tuttavia, la carica positiva sull'atomo è stata proposta come una massa uniforme e non come particelle.
L'esperimento di Thomson con i raggi catodici permise l'enunciazione dei seguenti postulati scientifici:
- Il raggio catodico è costituito da particelle subatomiche di carica negativa. Thomson inizialmente definì queste particelle come "corpuscoli".
- La massa di ciascuna particella subatomica è appena 0,0005 volte la massa di un atomo di idrogeno.
- Queste particelle subatomiche si trovano in tutti gli atomi di tutti gli elementi della Terra.
- Gli atomi sono elettricamente neutri; cioè, la carica negativa dei "corpuscoli" è equiparata alla carica positiva dei protoni.
Modello controverso
Il modello atomico di Thomson era molto controverso all'interno della comunità scientifica, in quanto contrario al modello atomico di Dalton.
Quest'ultimo ipotizzava che gli atomi fossero unità indivisibili, nonostante le combinazioni che possono essere generate durante le reazioni chimiche.
Pertanto, Dalton non contemplò l'esistenza di particelle subatomiche - come gli elettroni - all'interno degli atomi.
Al contrario, Thomson ha trovato un nuovo modello che forniva una spiegazione alternativa della composizione atomica e subatomica, dopo la scoperta dell'elettrone.
Il modello atomico di Thomson è stato rapidamente svelato dalla similitudine con il popolare dolce inglese "plum pudding". La massa del budino simboleggia una visione integrale dell'atomo e le prugne rappresentano ciascuno degli elettroni che compongono l'atomo.
limitazioni
Il modello suggerito da Thomson ha goduto di grande popolarità e accettazione al momento, e ha servito come punto di partenza per indagare la struttura atomica e perfezionare i dettagli associati.
La principale causa di accettazione del modello è stata la sua adattabilità alle osservazioni degli esperimenti sui raggi catodici di Thomson.
Tuttavia, il modello ha avuto importanti opportunità di miglioramento al fine di spiegare la distribuzione delle cariche elettriche all'interno dell'atomo, sia cariche positive che negative.
Le indagini di Rutherfod
Successivamente, nel decennio del 1910, la scuola scientifica guidata da Thomson proseguì le indagini sui modelli di struttura atomica.
È così che Ernest Rutherford, ex allievo di Thomson, ha determinato i limiti del modello atomico di Thomson, in compagnia del fisico britannico Ernest Marsden e del fisico tedesco Hans Geiger.
Il trio di scienziati ha condotto diversi esperimenti con particelle alfa (α), cioè nuclei ionizzati di molecole 4He, senza circondare di elettroni.
Questo tipo di particelle sono composte da due protoni e due neutroni, motivo per cui predomina la carica positiva. Le particelle alfa sono prodotte in reazioni nucleari o da esperimenti con decadimento radioattivo.
Rutherford progettò un accordo che permettesse di valutare il comportamento delle particelle alfa quando attraversava sostanze solide, come ad esempio fogli d'oro.
Nell'analisi del percorso è stato rilevato che alcune particelle presentavano un angolo di deviazione quando penetravano i fogli d'oro. In altri casi, anche un leggero rimbalzo è stato percepito sull'elemento d'urto.
Dopo le indagini con particelle alfa, Rutherfod, Marsden e Geiger hanno contraddetto il modello atomico di Thomson e proposto invece una nuova struttura atomica.
Nuova proposta
La controproposta di Rutherford e dei suoi colleghi era che l'atomo era costituito da un piccolo nucleo ad alta densità, in cui le cariche positive e un anello di elettroni erano concentrati attorno ad esso.
La scoperta del nucleo atomico di Rutherford portò con sé una nuova aria per la comunità scientifica. Tuttavia, anni dopo questo modello fu anche revocato e sostituito dal modello atomico di Bohr.
Articoli di interesse
Modello atomico di Schrödinger.
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Modello atomico di Democrito.
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riferimenti
- Scoperta dell'elettrone e del nucleo (s.f.). Estratto da: khanacademy.org
- J.J. Thomson Atomic Theory and Biography (s.f.). Estratto da: thoughtco.com
- Modern Atomic Theory: Models (2007). Estratto da: abcte.org
- Thomson atomic model (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Estratto da: britannica.com
- Wikipedia, l'enciclopedia libera (2018). Modello atomico di Thomson. Estratto da: en.wikipedia.org
- Wikipedia, l'enciclopedia libera (2018). Modello di budino di prugne. Estratto da: en.wikipedia.org