Joseph Thomson Βιογραφία και συμβολές στην Επιστήμη και τη Χημεία

Ιωσήφ John Thomson Ήταν εξέχων χημικός για διάφορες συνεισφορές, όπως η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου, το ατομικό του μοντέλο, η ανακάλυψη των ισοτόπων ή το πείραμα της καθοδικής ακτινοβολίας.

Γεννήθηκε στην Cheetham Hill, μια περιοχή του Μάντσεστερ της Αγγλίας, στις 18 Δεκεμβρίου, 1856. Επίσης γνωστό ως «J.J.» Thomson, σπούδασε μηχανικός στο Owens College, τώρα μέρος του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, και στη συνέχεια Μαθηματικών στο Καίμπριτζ.

Το 1890, J. J. Thomson παντρεύτηκε Rose Paget Ελισάβετ, κόρη του γιατρού Sir Edward George Paget, με τον οποίο απέκτησε δύο παιδιά: ένα κορίτσι που ονομάζεται Joan Paget Thomson και ένα αγόρι, Τζορτζ Τόμσον.

Ο τελευταίος θα γίνει διάσημος επιστήμονας, αποκτώντας το 1937, Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το έργο του με ηλεκτρόνια.

Από νεαρή ηλικία, ο Thomson εστίασε τις σπουδές του στη δομή των ατόμων, ανακαλύπτοντας έτσι την ύπαρξη ηλεκτρονίων και ισοτόπων, ανάμεσα σε πολλές άλλες συνεισφορές.

Το 1906, ο Thomson έλαβε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής, «σε αναγνώριση της μεγάλης αξίας της θεωρητικής και πειραματικής του έρευνας για τη διοχέτευση του ηλεκτρισμού από τα αέρια», ανάμεσα σε πολλά άλλα βραβεία για το έργο του. (1)

Το 1908, ήταν ιππότης από το βρετανικό στέμμα και υπηρέτησε ως Επίτιμος Καθηγητής Φυσικής στο Cambridge και στο Royal Institute του Λονδίνου.

Πέθανε στις 30 Αυγούστου 1940, στις 83, στην πόλη του Cambridge, Ηνωμένο Βασίλειο. Ο φυσικός θάφτηκε στο Abbey του Westminster, κοντά στον τάφο του Sir Isaac Newton. (2)

Ευρετήριο

• 1 Κύριες συνεισφορές της Thomson στην επιστήμη
  • 1.1 Ανακάλυψη του ηλεκτρονίου
  • 1.2 Ατομικό μοντέλο της Thomson
  • 1.3 Διαχωρισμός των ατόμων
  • 1.4 Ανακάλυψη ισοτόπων
  • 1.5 Πειράματα με καθοδικές ακτίνες 
  • 1.6 Φασματογράφο μάζας
• 2 Η κληρονομιά της Thomson
• 3 Προτεινόμενα έργα
• 4 Αναφορές

Κύριες συμβολές της Thomson στην επιστήμη

Ανακάλυψη του ηλεκτρονίου

Το 1897, J.J. Η Thomson ανακάλυψε ένα νέο ελαφρύτερο σωματίδιο από το υδρογόνο, το οποίο βαφτίστηκε με "ηλεκτρόνιο".

Το υδρογόνο θεωρήθηκε ως μονάδα μέτρησης ατομικού βάρους. Μέχρι τότε, το άτομο ήταν η μικρότερη διαίρεση της ύλης.

Υπό αυτή την έννοια, ο Thomson ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε τα αρνητικά φορτισμένα σωματικά υποατομικά σωματίδια.

Ατομικό μοντέλο της Thomson

Το ατομικό μοντέλο της Thomson ήταν η δομή που απέδωσε ο αγγλικός φυσικός στα άτομα. Για τον επιστήμονα, τα άτομα ήταν μια σφαίρα θετικού φορτίου.

Εκεί, τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, ομοιόμορφα κατανεμημένα πάνω σε αυτό το θετικά φορτισμένο σύννεφο, ενσωματώθηκαν, εξουδετερώνοντας το θετικό φορτίο της μάζας του ατόμου.

Αυτό το νέο μοντέλο αντικαθιστά αυτό που επεξεργάστηκε ο Dalton και αργότερα θα αντικρουστεί από τον Rutherford, μαθητή της Thomson στα εργαστήρια Cavendish του Cambridge. 

Διαχωρισμός των ατόμων

Η Thomson χρησιμοποίησε τις θετικές ή ανοδικές ακτίνες για να διαχωρίσει τα άτομα διαφορετικής μάζας. Αυτή η μέθοδος του επέτρεψε να υπολογίσει την ηλεκτρική ενέργεια που μεταφέρεται από κάθε άτομο και τον αριθμό των μορίων ανά κυβικό εκατοστό.

Με την ικανότητα να διαιρέσει άτομα διαφορετικής μάζας και φορτίου, ο φυσικός ανακάλυψε την ύπαρξη ισοτόπων. Επίσης με αυτόν τον τρόπο, με τη μελέτη θετικών ακτίνων, έκανε μεγάλη πρόοδο προς τη φασματομετρία μάζας.

Ανακάλυψη των ισοτόπων

J.J. Η Thomson ανακάλυψε ότι τα ιόντα νέον είχαν διαφορετικές μάζες, δηλαδή διαφορετικά ατομικά βάρη. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο η Thomson έδειξε ότι το νέον έχει δύο υποτύπους ισοτόπων, το νέον-20 και το νέον-22..

Τα ισότοπα, που μελετήθηκαν μέχρι σήμερα, είναι άτομα του ιδίου στοιχείου, αλλά οι πυρήνες τους έχουν διαφορετικούς αριθμούς μάζας, επειδή αποτελούνται από διαφορετικές ποσότητες νετρονίων στο κέντρο τους.

Πειράματα με καθόδους

Οι ακτίνες καθόδου είναι ρεύματα ηλεκτρονίων σε σωλήνες κενού, δηλαδή γυάλινους σωλήνες με δύο ηλεκτρόδια, ένα θετικό και ένα αρνητικό.

Όταν το αρνητικό ηλεκτρόδιο θερμαίνεται, που ονομάζεται επίσης καθόδου, εκπέμπει ακτινοβολία η οποία κατευθύνεται προς το θετικό ηλεκτρόδιο, ή άνοδος, σε ευθεία γραμμή, εάν δεν μαγνητικό πεδίο δεν είναι παρούσα στη διαδρομή.

Αν τα τοιχώματα του γυάλινου σωλήνα είναι καλυμμένα με φθορίζον υλικό, το χτύπημα των καθόδων έναντι αυτού του στρώματος παράγει την προβολή του φωτός.

Η Thomson μελετούσε τη συμπεριφορά των ακτίνων της καθόδου και κατέληξε στα συμπεράσματα ότι οι ακτίνες πολλαπλασιάστηκαν σε ευθεία γραμμή.

Επίσης, ότι αυτές οι ακτίνες θα μπορούσαν να αποκλίνουν από την τροχιά τους από την παρουσία ενός μαγνήτη, δηλαδή ενός μαγνητικού πεδίου. Επιπλέον, οι ακτίνες θα μπορούσαν να μετακινήσουν τις λεπίδες με τη δύναμη της μάζας των ηλεκτρονίων που κυκλοφορούν, δείχνοντας έτσι ότι τα ηλεκτρόνια είχαν μάζα.

J.J. Η Thomson πειραματίστηκε για να διαφοροποιήσει το αέριο εντός του σωλήνα καθοδικής ακτινοβολίας, αλλά η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων δεν διέφερε. Επίσης, οι ακτίνες της κάθοδος θερμαίνουν τα αντικείμενα που έπεσαν στο δρόμο μεταξύ των ηλεκτροδίων. 

Συμπερασματικά, η Thomson είχε δείξει ότι οι ακτίνες της καθόδου είχαν φωτισμό, μηχανικές, χημικές και θερμικές επιδράσεις.

Οι σωλήνες καθοδικών ακτίνων και οι ιδιότητες των φωτός τους ήταν υπερβατικές για την μεταγενέστερη εφεύρεση της τηλεόρασης σωλήνων (CTR) και των βιντεοκαμερών.

Φασματόμετρο μάζας

J.J. Η Thomson δημιούργησε μια πρώτη προσέγγιση φασματόμετρο μάζας. Το εργαλείο αυτό επέτρεψε στον επιστήμονα να μελετήσει τη σχέση μάζας / φορτίου των καθοδικών σωλήνων και να μετρήσει πόσο εκτρέπονται από την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου και την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρουν.

Με αυτή την έρευνα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι ακτίνες της καθόδου αποτελούνται από αρνητικά φορτισμένα σωμάτια, τα οποία βρίσκονται μέσα στα άτομα, υποθέτοντας έτσι τη διαίρεση του ατόμου και δημιουργώντας το σχήμα του ηλεκτρονίου.

Παρομοίως, οι προόδους στη φασματομετρία μάζας συνεχίστηκαν μέχρι σήμερα, εξελισσόμενες με διαφορετικές μεθόδους ώστε να διαχωριστούν τα ηλεκτρόνια από τα άτομα.

Επιπλέον, η Thomson ήταν η πρώτη που πρότεινε ο πρώτος κυματοδηγός το 1893. Αυτό το πείραμα συνίστατο στην διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μέσα σε μια ελεγχόμενη κυλινδρική κοιλότητα, που για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε το 1897 από τον Λόρδο Rayleigh, ένα άλλο βραβείο Νόμπελ στη Φυσική..

Οι κυματοδηγοί θα χρησιμοποιηθούν ευρέως στο μέλλον, ακόμα και σήμερα με τη μετάδοση δεδομένων και τις οπτικές ίνες.

Η κληρονομιά της Thomson

Η Thomson (Th) ιδρύθηκε ως μονάδα μέτρησης μάζας φορτίου στη φασματομετρία μάζας, που προτάθηκε από τους χημικούς Cooks και Rockwood, προς τιμήν της Thomson.

Αυτή η τεχνική επιτρέπει τον προσδιορισμό της κατανομής των μορίων μιας ουσίας σύμφωνα με τη μάζα της και, αναγνωρίζοντας από αυτήν, τα οποία υπάρχουν σε ένα δείγμα ύλης.

Ο τύπος της Thomson (Th):

Προτεινόμενα έργα

• Η εκτόνωση της ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των αερίων, η διοχέτευση της ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των αερίων (1900).
• Η Corpuscular θεωρία της ύλης, το ηλεκτρόνιο στη χημεία και αναμνήσεις και προβληματισμοί (1907).
• Πέρα από το ηλεκτρόνιο (1928).

Αναφορές

1. Nobel Media ΑΒ (2014). J. Thomson - Βιογραφικό. Nobelprize.org. nobelprize.org.
2. Thomson, Joseph J., Διεξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω αερίων. Cambridge, Πανεπιστημιακός Τύπος, 1903.
3. Menchaca Rocha, Arturo.  Η διακριτική γοητεία των στοιχειωδών σωματιδίων.
4. Christen, Hans Rudolf, Βασικές αρχές γενικής και ανόργανης χημείας, Τόμος 1. Βαρκελώνη, Ισπανία. Ediciones Reverte S.A., 1986.
5. Arzani, Aurora Cortina, Γενική Στοιχειακή Χημεία. Μεξικό, Editorial Porrúa, 1967.
6. R. G. Cooks, Α. L. Rockwood. Rapid Commun. Mass Spectrom. 5, 93 (1991).