ג'וזף תומסון: ביוגרפיה ותרומות למדע וכימיה - כִּימִיָה - 2025

ג'וזף ג'ון תומסון היה כימאי מצטיין עבור תרומות שונות, כמו גילוי האלקטרון, המודל האטומי שלו, גילוי איזוטופים או ניסוי קרני הקתודה.

הוא נולד בצ'טאם היל, מחוז מנצ'סטר, אנגליה, ב- 18 בדצמבר 1856. ידוע בכינויו "ג'יי ג'יי" תומסון, הוא למד הנדסה במכללת אוונס, כיום חלק מאוניברסיטת מנצ'סטר, ומאוחר יותר מתמטיקה בקיימברידג '.

בשנת 1890 התחתן ג'יי ג'יי תומסון עם רוז אליזבת פג'טה, בתו של הרופא סר אדוארד ג'ורג 'פאגה, עמו נולדו לו שני ילדים: ילדה, ששמה ג'ואן פאג'ט תומסון, וילד, ג'ורג' פאג'ט תומסון.

האחרון יהפוך למדען מפורסם, וקיבל בשנת 1937 פרס נובל לפיזיקה על עבודתו באלקטרונים.

מגיל צעיר התמקד תומסון את מחקריו במבנה האטומים, ובכך גילה את קיומם של אלקטרונים ואיזוטופים, בין תרומות רבות אחרות.

בשנת 1906 קיבל תומסון את פרס נובל לפיזיקה, "כהוקרה כשרון הגדול במחקר התיאורטי והניסוי שלו על הולכת חשמל באמצעות גזים", בין פרסים רבים אחרים על עבודתו. (אחד)

בשנת 1908, הוא נזרק על ידי הכתר הבריטי, ושימש כפרופסור כבוד לפיזיקה בקיימברידג 'ובמכון המלכותי, לונדון.

הוא נפטר ב- 30 באוגוסט 1940, בגיל 83, בעיר קיימברידג ', בריטניה. הפיזיקאי נקבר במנזר ווסטמינסטר, בסמוך לקברו של סר איזק ניוטון. (שתיים)

תרומתו העיקרית של תומסון למדע

גילוי האלקטרון

בשנת 1897 גילה ג'יי ג'יי תומסון חלקיק חדש שקל יותר ממימן, שכונה "אלקטרון".

מימן נחשב ליחידת מדידה למשקל אטומי. עד לאותו רגע האטום היה החלוקה הקטנה ביותר של החומר.

במובן זה, תומסון היה הראשון שגילה חלקיקים תת-אטומיים גופיים טעונים באופן שלילי.

המודל האטומי של תומסון

המודל האטומי של תומסון היה המבנה אותו ייחס הפיזיקאי האנגלי לאטומים. עבור המדען, האטומים היו תחום של מטען חיובי.

שם הוטמעו האלקטרונים של המטען השלילי המופצים באופן אחיד על אותו ענן של מטען חיובי, כלומר מנטרל את המטען החיובי של מסת האטום.

מודל חדש זה מחליף את הדגם שפותח על ידי דלטון ובהמשך יופרך על ידי רתרפורד, תלמידו של תומסון במעבדות Cavendish, קיימברידג '.

הפרדת אטום

תומסון השתמש בקרניים חיוביות או אנודיות כדי להפריד אטומים בהמונים שונים. שיטה זו אפשרה לו לחשב את החשמל שנשא כל אטום ואת מספר המולקולות לסנטימטר מעוקב.

בכך שהצליח לחלק אטומים בעלי מסה ומטען שונים גילה הפיזיקאי את קיומם של איזוטופים. גם בדרך זו, בעזרת המחקר שלו על קרניים חיוביות, הוא הניב התקדמות רבה לקראת ספקטרומטריה המונית.

גילוי איזוטופים

ג'יי ג'יי תומסון גילה כי יוני הניאון הם בעלי מסות שונות, כלומר משקלים אטומיים שונים. כך הראה תומסון שלניאון יש שני תת-סוגים של איזוטופים, נאון -20 ונאון -22.

האיזוטופים שנחקרו עד היום הם אטומים מאותו יסוד אך לגרעינים שלהם יש מספר מסה שונה, מכיוון שהם מורכבים מכמויות שונות של נויטרונים במרכזם.

ניסויים בקתודה

קרני הקתודה הן זרמים של אלקטרונים בצינורות ואקום, כלומר צינורות זכוכית עם שתי אלקטרודות, אחת חיובית ואחת שלילית.

כאשר האלקטרודה השלילית, או המכונה גם קתודה, מחוממת, היא פולטת קרינה המכוונת לכיוון האלקטרודה החיובית, או האנודה, בקו ישר אם אין שדה מגנטי במסלול זה.

אם קירות הזכוכית של הצינור מכוסים בחומר ניאון, מכה הקתודות כנגד אותה שכבה מייצרת הקרנת אור.

תומסון בחן את התנהגות קרני הקתודה והגיע למסקנה שהקרניים נעו בקווים ישרים.

כמו כן שניתן היה להסיט קרניים אלה מנתיבם על ידי נוכחות של מגנט, כלומר שדה מגנטי. בנוסף, הקרניים יכלו להזיז את הלהבים בעוצמת המסה של האלקטרונים המסתובבים, וכך להמחיש כי לאלקטרונים יש מסה.

ג'יי ג'יי תומסון התנסה בשינוי הגז בתוך צינור קרני הקתודה אך לא שינה את התנהגות האלקטרונים. כמו כן, קרני הקתודה חיממו חפצים שנמצאו בדרך בין האלקטרודות.

לסיכום, תומסון הראה שלקרני הקתודה היו השפעות קלות, מכניות, כימיות ותרמיות.

צינורות קרני קתודה ותכונות האור שלהם היו מכריעות עבור ההמצאה המאוחרת יותר של טלוויזיה צינורית (CTR) ומצלמות וידאו.

ספקטרומטר המוני

ג'יי ג'יי תומסון יצר גישה ראשונה לספקטרומטר המוני . כלי זה איפשר למדען לבדוק את יחס המסה / טעינה של צינורות קרני הקתודה, ולמדוד כמה הם סוטים תחת השפעת שדה מגנטי וכמות האנרגיה שהם נושאים.

עם מחקר זה הגיע למסקנה כי קרני הקתודה מורכבות מגופות שליליות טעונות שליליות, הנמצאות בתוך אטומים, ובכך מניחות את חלוקת האטום ומולידות את דמות האלקטרון.

כמו כן, ההתקדמות בספקטרומטריה המונית נמשכה עד ימינו, והתפתחה לשיטות שונות להפרדת אלקטרונים מהאטומים.

בנוסף, תומסון היה הראשון שהציע את מדריך הגלים הראשון בשנת 1893. ניסוי זה כלל התפשטות של גלים אלקטרומגנטיים בתוך חלל גלילי מבוקר, שבוצע לראשונה בשנת 1897 על ידי לורד ריילי, זוכה פרס נובל נוסף בפיזיקה.

מדריכי גל ייעשה שימוש נרחב בעתיד, גם כיום עם העברת נתונים וסיבים אופטיים.

מורשת תומסון

תומסון (Th) הוקם כיחידת מטען המונית בספקטרומטריה המונית, שהוצע על ידי הכימאים קוקס ורוקווד, לכבוד תומסון.

טכניקה זו מאפשרת לקבוע את התפלגות מולקולות החומר לפי המסה שלהן, ולהבחין בכך, שנמצאות במדגם של חומר.

הנוסחה של תומסון (Th):

יצירות מצטיינות

• הפרשת החשמל באמצעות גזים, הולכת חשמל באמצעות גזים (1900).
• התיאוריה הגופנית של החומר, האלקטרון בכימיה והיזכרות והרהורים (1907).
• מעבר לאלקטרון (1928).

הפניות

1. נובל מדיה א.ב. (2014). ג'יי תומסון - ביוגרפי. Nobelprize.org. nobelprize.org.
2. תומסון, ג'וזף ג'יי, הולכת חשמל באמצעות גזים. קיימברידג ', הוצאת אוניברסיטה, 1903.
3. מנצ'קה רושה, ארטורו. הקסם הדיסקרטי של חלקיקים אלמנטריים.
4. כריסטין, האנס רודולף, יסודות הכימיה הכללית והאי-אורגנית, כרך 1. ברצלונה, ספרד. Ediciones Reverté SA, 1986.
5. ארזני, אורורה קורטינה, כימיה בסיסית כללית. מקסיקו, עורכי הדין פורורה, 1967.
6. RG Cooks, AL Rockwood. קומון מהיר. ספקטרום המוני. 5, 93 (1991).