- Principales contributions de Thomson à la science
- Découverte de l'électron
- Le modèle atomique de Thomson
- Séparation des atomes
- Découverte des isotopes
- Expériences de rayons cathodiques
- Spectromètre de masse
- L'héritage de Thomson
- Œuvres d'exception
- Références
Joseph John Thomson était un chimiste hors pair pour diverses contributions, telles que la découverte de l'électron, son modèle atomique, la découverte d'isotopes ou l'expérience des rayons cathodiques.
Il est né à Cheetam Hill, un district de Manchester, en Angleterre, le 18 décembre 1856. Aussi connu sous le nom de «JJ» Thomson, il a étudié l'ingénierie à Owens College, qui fait maintenant partie de l'Université de Manchester, et plus tard les mathématiques à Cambridge.
En 1890, JJ Thomson épousa Rose Elizabeth Paget, fille du médecin Sir Edward George Paget, avec qui il eut deux enfants: une fille, nommée Joan Paget Thomson, et un garçon, George Paget Thomson.
Ce dernier deviendra un scientifique renommé, obtenant en 1937, un prix Nobel de physique pour ses travaux sur les électrons.
Dès son plus jeune âge, Thomson a concentré ses études sur la structure des atomes, découvrant ainsi l'existence d'électrons et d'isotopes, parmi de nombreuses autres contributions.
En 1906, Thomson reçoit le prix Nobel de physique, "en reconnaissance du grand mérite de ses recherches théoriques et expérimentales sur la conduction de l'électricité par les gaz", parmi de nombreux autres prix pour ses travaux. (une)
En 1908, il fut fait chevalier par la couronne britannique et fut professeur honoraire de physique à Cambridge et au Royal Institute de Londres.
Il est décédé le 30 août 1940, à l'âge de 83 ans, dans la ville de Cambridge, au Royaume-Uni. Le physicien a été enterré dans l'abbaye de Westminster, près de la tombe de Sir Isaac Newton. (deux)
Principales contributions de Thomson à la science
Découverte de l'électron
En 1897, JJ Thomson découvrit une nouvelle particule plus légère que l'hydrogène, appelée «électron».
L'hydrogène était considéré comme une unité de mesure du poids atomique. Jusqu'à ce moment, l'atome était la plus petite division de la matière.
En ce sens, Thomson a été le premier à découvrir des particules subatomiques corpusculaires chargées négativement.
Le modèle atomique de Thomson
Le modèle atomique de Thomson était la structure que le physicien anglais attribuait aux atomes. Pour le scientifique, les atomes étaient une sphère de charge positive.
Là, les électrons de charge négative répartis uniformément sur ce nuage de charge positive ont été noyés, c'est-à-dire qui neutralise la charge positive de la masse de l'atome.
Ce nouveau modèle remplace celui développé par Dalton et sera plus tard réfuté par Rutherford, un disciple de Thomson aux Cavendish Laboratories, Cambridge.
Séparation des atomes
Thomson a utilisé des rayons positifs ou anodiques pour séparer les atomes de différentes masses. Cette méthode lui a permis de calculer l'électricité portée par chaque atome et le nombre de molécules par centimètre cube.
En étant capable de diviser des atomes de masse et de charge différentes, le physicien a découvert l'existence d'isotopes. Aussi de cette manière, avec son étude des rayons positifs, il a produit une grande avancée vers la spectrométrie de masse.
Découverte des isotopes
JJ Thomson a découvert que les ions néon avaient des masses différentes, c'est-à-dire des poids atomiques différents. C'est ainsi que Thomson a montré que le néon a deux sous-types d'isotopes, le néon-20 et le néon-22.
Les isotopes, étudiés à ce jour, sont des atomes du même élément mais leurs noyaux ont des nombres de masse différents, car ils sont composés de différentes quantités de neutrons en leur centre.
Expériences de rayons cathodiques
Les rayons cathodiques sont des flux d'électrons dans des tubes à vide, c'est-à-dire des tubes en verre avec deux électrodes, une positive et une négative.
Lorsque l'électrode négative, ou également appelée cathode, est chauffée, elle émet un rayonnement qui est dirigé vers l'électrode positive, ou anode, en ligne droite si aucun champ magnétique n'est présent dans ce chemin.
Si les parois de verre du tube sont recouvertes d'un matériau fluorescent, le coup des cathodes contre cette couche produit la projection de lumière.
Thomson a étudié le comportement des rayons cathodiques et est arrivé à la conclusion que les rayons se déplaçaient en ligne droite.
Aussi que ces rayons pourraient être détournés de leur chemin par la présence d'un aimant, c'est-à-dire d'un champ magnétique. De plus, les rayons pouvaient déplacer les lames avec la force de la masse des électrons en circulation, démontrant ainsi que les électrons avaient une masse.
JJ Thomson a expérimenté la variation du gaz à l'intérieur du tube à rayons cathodiques mais n'a pas fait varier le comportement des électrons. De plus, les rayons cathodiques ont chauffé les objets qui se trouvaient entre les électrodes.
En conclusion, Thomson avait montré que les rayons cathodiques avaient des effets lumineux, mécaniques, chimiques et thermiques.
Les tubes cathodiques et leurs propriétés lumineuses ont été cruciaux pour l'invention ultérieure de la télévision à tube (CTR) et des caméras vidéo.
Spectromètre de masse
JJ Thomson a créé une première approche du spectromètre de masse. Cet outil a permis au scientifique d'étudier le rapport masse / charge des tubes cathodiques et de mesurer leur déviation sous l'influence d'un champ magnétique et la quantité d'énergie qu'ils transportent.
Avec cette recherche, il est arrivé à la conclusion que les rayons cathodiques étaient composés de corpuscules chargés négativement, qui sont à l'intérieur des atomes, postulant ainsi la divisibilité de l'atome et donnant naissance à la figure de l'électron.
En outre, les progrès de la spectrométrie de masse se sont poursuivis jusqu'à nos jours, évoluant vers différentes méthodes pour séparer les électrons des atomes.
De plus, Thomson a été le premier à proposer le premier guide d'ondes en 1893. Cette expérience consistait à propager des ondes électromagnétiques dans une cavité cylindrique contrôlée, qui a été réalisée pour la première fois en 1897 par Lord Rayleigh, un autre lauréat du prix Nobel de physique.
Les guides d'ondes seraient largement utilisés à l'avenir, même aujourd'hui avec la transmission de données et la fibre optique.
L'héritage de Thomson
Le Thomson (Th) a été établi comme unité de mesure de charge de masse en spectrométrie de masse, proposée par les chimistes Cooks et Rockwood, en l'honneur de Thomson.
Cette technique permet de déterminer la distribution des molécules d'une substance en fonction de leur masse et, de reconnaître par celle-ci, lesquelles sont présentes dans un échantillon de matière.
Formule de Thomson (Th):
Œuvres d'exception
- Le discarge de l'électricité par les gaz, la conduction de l'électricité par les gaz (1900).
- La théorie corpusculaire de la matière, l'électron en chimie et souvenirs et réflexions (1907).
- Au-delà de l'électron (1928).
Références
- Nobel Media AB (2014). J. Thomson - Biographique. Nobelprize.org. nobelprize.org.
- Thomson, Joseph J., Conduction de l'électricité par les gaz. Cambridge, University Press, 1903.
- Menchaca Rocha, Arturo. Le charme discret des particules élémentaires.
- Christen, Hans Rudolf, Fondamentaux de la chimie générale et inorganique, volume 1. Barcelone Espagne. Ediciones Reverté SA, 1986.
- Arzani, Aurora Cortina, Chimie élémentaire générale. Mexique, Editorial Porrúa, 1967.
- RG Cooks, AL Rockwood. Commun rapide. Spectrom de masse. 5, 93 (1991).