Atommodell von Thomson Eigenschaften, Experimente, Postulate

Die Thomsons atomares Modell wurde in der Welt für das erste Licht auf die Konfiguration von Protonen und Elektronen innerhalb der Struktur des Atoms erkannt. Durch diesen Vorschlag schlug Thomson vor, dass die Atome einheitlich seien und eine positive Ladung auf homogene Weise enthielten, mit zufälligen Ablagerungen von Elektronen innerhalb jedes Atoms.

Um es zu beschreiben, verglich Thomson sein Modell mit dem Plumpudding. Dieser Vergleich wurde später als alternativer Name für das Modell verwendet. Aufgrund verschiedener Inkonsistenzen (theoretisch und experimentell) bezüglich der Verteilung elektrischer Ladungen innerhalb des Atoms wurde das Thomson-Modell jedoch 1911 verworfen.

Index

• 1 Ursprung
• 2 Eigenschaften
• 3 Experimente zur Entwicklung des Modells
  • 3.1 Kathodenstrahlen
  • 3.2 Evolution in der Forschung
  • 3.3 Wiederholung des Experiments
• 4 Postulate
• 5 Umstrittenes Modell
• 6 Einschränkungen
  • 6.1 Die Untersuchungen von Rutherfod
  • 6.2 Neuer Vorschlag
• 7 Artikel von Interesse
• 8 Referenzen

Ursprünge

Dieses atomare Modell wurde 1904 von dem englischen Wissenschaftler Joseph John "J. J." Thomson vorgeschlagen, um die Zusammensetzung von Atomen zu erklären, basierend auf den Vorstellungen, die wir bis dahin hatten.

Darüber hinaus war Thomson für die Entdeckung des Elektrons Ende des 19. Jahrhunderts verantwortlich. Es ist bemerkenswert, dass Thomsons Atommodell kurz nach der Entdeckung des Elektrons vorgeschlagen wurde, aber bevor man die Existenz eines Atomkerns kannte.

Daher bestand der Vorschlag aus einer verteilten Anordnung aller negativen Ladungen innerhalb der Atomstruktur, die wiederum aus einer einheitlichen Masse positiver Ladung bestand.

Eigenschaften

- Das Atom hat eine neutrale Ladung.

- Es gibt eine Quelle positiver Ladung, die die negative Ladung der Elektronen neutralisiert.

- Diese positive Ladung ist gleichmäßig im Atom verteilt.

- In den Worten von Thomson: "negativ elektrifizierte Korpuskeln" - dh Elektronen - sind in der gleichförmigen Masse positiver Ladung enthalten.

- Die Elektronen könnten frei innerhalb des Atoms entstehen.

- Die Elektronen hatten stabile Bahnen, Argument basierend auf dem Gaußschen Gesetz. Wenn sich die Elektronen durch die positive "Masse" bewegten, wurden die inneren Kräfte innerhalb der Elektronen durch die positive Ladung ausgeglichen, die automatisch um die Umlaufbahn erzeugt wurde.

- Das Thomson-Modell wurde in England allgemein als Plumpudding-Modell bezeichnet, da die von Thomson vorgeschlagene Elektronenverteilung der Anordnung der Pflaumen in diesem Dessert ähnlich war.

Experimente zur Entwicklung des Modells

Thomson führte mehrere Tests mit Kathodenstrahlröhren durch, um die Eigenschaften subatomarer Partikel zu testen und die Grundlagen für sein Modell zu legen. Kathodenstrahlröhren sind Glasröhren, deren Luftgehalt fast vollständig geleert wurde.

Diese Röhren sind mit einer Batterie elektrifiziert, die die Röhre polarisiert, um ein negatives Ladeende (Kathode) und ein positiv geladenes Ende (Anode) aufzuweisen.

Sie sind außerdem auf beiden Seiten versiegelt und werden durch Elektrifizierung von zwei Elektroden, die an der Kathode der Vorrichtung angeordnet sind, hohen Spannungspegeln ausgesetzt. Durch diese Konfiguration wird die Zirkulation eines Partikelstrahls von der Kathode zur Anode der Röhre induziert.

Kathodenstrahlen

Es gibt den Ursprung des Namens dieser Art von Werkzeugen, da sie aufgrund des Austrittsortes der Teilchen innerhalb der Röhre Kathodenstrahlen genannt werden. Durch Anstreichen der Anode der Röhre mit einem Material wie Phosphor oder Blei wird eine Reaktion am positiven Ende erzeugt, gerade wenn der Partikelstrahl darauf trifft.

In seinen Experimenten bestimmte Thomson die Ablenkung des Strahls auf seinem Weg von der Kathode zur Anode. Anschließend versuchte Thomson, die Eigenschaften dieser Teilchen zu überprüfen: im Grunde die elektrische Ladung und die Reaktion zwischen ihnen.

Der englische Physiker legte zwei elektrische Platten mit entgegengesetzter Ladung am oberen und unteren Ende der Röhre an. Aufgrund dieser Polarisation wurde der Strahl in Richtung der positiv geladenen Platte abgelenkt, die im oberen Anschlag angeordnet war.

Thomson zeigte auf diese Weise, dass der Kathodenstrahl aus negativ geladenen Teilchen bestand, die aufgrund ihrer entgegengesetzten Ladung von der positiv geladenen Platte angezogen wurden.

Evolution in der Forschung

Thomson entwickelte seine Annahmen und platzierte nach diesem Befund zwei Magnete auf beiden Seiten der Röhre. Dieser Einbau beeinflußte auch einige Abweichungen des Kathodenstrahls.

Durch die Analyse des zugehörigen Magnetfelds konnte Thomson das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis subatomarer Teilchen bestimmen und fand heraus, dass die Masse jedes subatomaren Teilchens im Vergleich zur Atommasse vernachlässigbar war.

J.J.Thomson schuf ein Gerät, das der Erfindung und Perfektion des heutigen Massenspektrometers vorausging.

Diese Vorrichtung führt eine ziemlich genaue Messung der Beziehung zwischen Masse und Ladung der Ionen durch, was äußerst nützliche Informationen liefert, um die Zusammensetzung der in der Natur vorhandenen Elemente zu bestimmen.

Das Experiment wiederholen

Thomson führte das gleiche Experiment mehrfach durch und modifizierte die Metalle, die er für die Platzierung der Elektroden in der Kathodenstrahlröhre verwendete.

Schließlich stellte er fest, dass die Eigenschaften des Strahls unabhängig von dem für die Elektroden verwendeten Material konstant blieben. Das heißt, dieser Faktor war bei der Durchführung des Experiments nicht bestimmend.

Thomsons Studien waren sehr nützlich, um die Molekülstruktur einiger Substanzen sowie die Bildung von atomaren Bindungen zu erklären.

Postulate

Thomsons Modell faßte in einem einzigen Satz die günstigen Schlußfolgerungen des britischen Wissenschaftlers John Dalton über die Atomstruktur zusammen und deutete auf die Anwesenheit von Elektronen in jedem Atom hin.

Darüber hinaus führte Thomson mehrere Studien zu Protonen in Neongas durch und demonstrierte damit die elektrische Neutralität von Atomen. Die positive Ladung am Atom wurde jedoch als einheitliche Masse und nicht als Teilchen vorgeschlagen.

Thomsons Experiment mit Kathodenstrahlen erlaubte die Formulierung der folgenden wissenschaftlichen Postulate:

- Der Kathodenstrahl besteht aus subatomaren Teilchen mit negativer Ladung. Thomson definierte diese Partikel zunächst als "Korpuskeln".

- Die Masse jedes subatomaren Teilchens ist nur 0,0005 mal die Masse eines Wasserstoffatoms.

- Diese subatomaren Teilchen finden sich in allen Atomen aller Elemente der Erde.

- Die Atome sind elektrisch neutral; das heißt, die negative Ladung der "Korpuskeln" wird mit der positiven Ladung der Protonen gleichgesetzt.

Umstrittenes Modell

Das Atommodell von Thomson war innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft höchst umstritten, da es im Gegensatz zu Daltons Atommodell stand.

Letztere postulierten, dass Atome trotz der Kombinationen, die bei chemischen Reaktionen entstehen können, unteilbare Einheiten seien.

Daher dachte Dalton nicht über die Existenz von subatomaren Teilchen - wie Elektronen - innerhalb von Atomen nach.

Im Gegensatz dazu fand Thomson ein neues Modell, das nach der Entdeckung des Elektrons eine alternative Erklärung der atomaren und subatomaren Zusammensetzung lieferte.

Das Atommodell von Thomson wurde schnell durch den Vergleich mit dem beliebten englischen Dessert "Plumpudding" enthüllt. Die Masse des Puddings symbolisiert eine integrale Sicht auf das Atom und die Pflaumen repräsentieren jedes der Elektronen, aus denen das Atom besteht.

Einschränkungen

Das von Thomson vorgeschlagene Modell erfreute sich zu dieser Zeit großer Beliebtheit und Akzeptanz und diente als Ausgangspunkt, um die atomare Struktur zu untersuchen und die damit verbundenen Details zu verfeinern.

Der Hauptgrund für die Akzeptanz des Modells war, wie gut es sich an die Beobachtungen von Thomson's Kathodenstrahl-Experimenten anpasste.

Das Modell hatte jedoch wichtige Möglichkeiten zur Verbesserung, um die Verteilung der elektrischen Ladungen innerhalb des Atoms, sowohl positive als auch negative Ladungen, zu erklären.

Die Untersuchungen von Rutherfod

Später, in der Dekade von 1910, setzte die von Thomson geleitete wissenschaftliche Schule die Untersuchungen der atomaren Strukturmodelle fort.

So hat Ernest Rutherford, ein ehemaliger Student von Thomson, in Zusammenarbeit mit dem britischen Physiker Ernest Marsden und dem deutschen Physiker Hans Geiger die Grenzen des Atommodells von Thomson bestimmt.

Das Trio von Wissenschaftlern führte mehrere Experimente mit Alpha-Teilchen (& agr;), dh ionisierten Kernen von 4He-Molekülen, ohne die Umgebung von Elektronen durch.

Diese Art von Teilchen besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen, weshalb die positive Ladung überwiegt. Alphateilchen entstehen in Kernreaktionen oder durch Experimente mit radioaktivem Zerfall.

Rutherford entwarf eine Anordnung, die es erlaubte, das Verhalten der Alphateilchen beim Durchqueren von festen Substanzen, wie beispielsweise Goldblechen, zu bewerten.

Bei der Analyse des Weges wurde festgestellt, dass einige Partikel beim Durchdringen der Goldbleche einen Abweichungswinkel aufweisen. In anderen Fällen wurde auch ein leichtes Aufprallen auf dem Aufprallelement wahrgenommen.

Nach den Untersuchungen mit Alphateilchen widersprachen Rutherfod, Marsden und Geiger dem Atommodell von Thomson und schlugen stattdessen eine neue atomare Struktur vor.

Neuer Vorschlag

Der Gegenvorschlag von Rutherford und seinen Kollegen war, dass das Atom aus einem kleinen, hochdichten Kern bestand, in dem positive Ladungen und ein Ring aus Elektronen um ihn herum konzentriert waren.

Die Entdeckung des Atomkerns durch Rutherford brachte eine neue Atmosphäre für die wissenschaftliche Gemeinschaft mit sich. Doch Jahre später wurde dieses Modell ebenfalls widerrufen und durch Bohrs Atommodell ersetzt.

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Referenzen

1. Entdeckung des Elektrons und des Kerns (s. F.). Von: khanacademy.org
2. J.J. Thomson Atomtheorie und Biographie (s.f.). Von: gedankenco.com
3. Moderne Atomtheorie: Modelle (2007). Von: abcte.org
4. Thomson-Atommodell (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Von: britannica.com
5. Wikipedia, Die freie Enzyklopädie (2018). Atommodell von Thomson. Von: en.wikipedia.org
6. Wikipedia, Die freie Enzyklopädie (2018). Pflaumenpudding-Modell. Von: en.wikipedia.org