Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 30 Απριλίου

Ο σερ Τζόζεφ Τζον Τόμσον ανακοίνωσε την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου σαν σήμερα το 1897

Μια δέσμη ηλεκτρονίων εκτρέπεται σε κύκλο
από ένα μαγνητικό πεδίο

Ο  Sir Joseph J. Thomson μελετούσε τις ιδιότητες των καθoδικών ακτίνων και διαπίστωσε ότι ήταν πάνω από 1.000 φορές ελαφρύτερες από το άτομο υδρογόνου (Η) και ότι είχαν την ίδια μάζα ανεξάρτητα από το γονικό άτομο. Ονόμασε αυτά τα σωματίδια "corpuscules", αλλά οι επιστήμονες αργότερα τα χαρακτήρισαν "ηλεκτρόνια".

Ανακάλυψη του ηλεκτρονίου

Αρκετοί επιστήμονες, όπως ο William Prout και ο Norman Lockyer , είχαν προτείνει ότι τα άτομα δημιουργήθηκαν από μια πιο θεμελιώδη μονάδα, αλλά θεώρησαν ότι αυτή η μονάδα είναι στο μέγεθος του μικρότερου ατόμου, του υδρογόνου. Ο Thomson το 1897 ήταν ο πρώτος που υπέδειξε μία θεμελιώδη μονάδα ήταν περισσότερο από 1.000 φορές μικρότερη από το άτομο, υποδηλώνοντας το υποατομικό σωματίδιο που τώρα είναι γνωστό ως το ηλεκτρόνιο. Ο Τόμσον το ανακάλυψε μέσω των ερευνών του σχετικά με τις ιδιότητες των καθόδικών ακτίνων. Ο Thomson έκανε την πρότασή του στις 30 Απριλίου 1897 μετά την ανακάλυψή του ότι οι ακτίνες καθόδου (την εποχή που ήταν γνωστές ως ακτίνες Lenard ) μπορούσαν να ταξιδέψουν πολύ πιο μακριά μέσω του αέρα από το αναμενόμενο για ένα σωματίδιο μεγέθους ατόμου. Εκτίμησε τη μάζα των ακτίνων καθόδου μετρώντας τη θερμότητα που παράγεται όταν οι ακτίνες χτυπούν σε μια επιφάνεια και συγκρίνοντάς την με τη μαγνητική εκτροπή των ακτίνων. Τα πειράματά του πρότειναν όχι μόνο ότι οι ακτίνες καθόδου ήταν πάνω από 1.000 φορές ελαφρύτερες από το άτομο υδρογόνου, αλλά επίσης ότι η μάζα τους ήταν η ίδια ανεξάρτητα από τον τύπο του ατόμου από το οποίο προήλθαν. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι ακτίνες αποτελούνται από πολύ ελαφριά, αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που ήταν παγκόσμιο δομικό στοιχείο των ατόμων. Ονόμασε τα σωματίδια αυτά "corpuscles" δηλαδή «σωματίδια», αλλά αργότερα οι επιστήμονες προτίμησαν το όνομα ηλεκτρόνιο που είχε προταθεί από τον Τζορτζ Τζόνστον Στόνεϊ το 1891, πριν από την πραγματική ανακάλυψη του Τόμσον.

Το μοντέλο σταφιδόψωμου για το άτομο, Τα αρνητικά
ηλεκτρόνια είναι διεσπαρμένα σε μια θετική ύλη

Τον Απρίλιο του 1897, ο Thomson είχε μόνο πρώιμες ενδείξεις ότι οι ακτίνες καθόδου μπορούσαν να εκτραπούν ηλεκτρικά (προηγούμενοι ερευνητές όπως ο Heinrich Hertz πίστευαν ότι δεν μπορούσαν). Ένα μήνα μετά την ανακοίνωση του Thomson για το "corpuscles", διαπίστωσε ότι θα μπορούσε αξιόπιστα να εκτρέψει τις ακτίνες με ένα ηλεκτρικό πεδίο εάν εκκενώσει τον σωλήνα εκκένωσης σε πολύ χαμηλή πίεση. Συγκρίνοντας την εκτροπή μιας δέσμης ακτίνων καθόδου από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, έλαβε πιο αξιόπιστες μετρήσεις του λόγου μάζας προς φόρτιση που επιβεβαίωσαν τις προηγούμενες εκτιμήσεις του. Αυτό έγινε ο κλασικός τρόπος μέτρησης της αναλογίας φόρτιου προς μάζα για το ηλεκτρονίου. (Το ίδιο το φορτίο δεν μετρήθηκε παρα μόνο μέχρι που ο Robert A. Millikan έκανε το πείραμα της σταγόνας λαδιού το 1909.)

Ο Τόμσον πίστευε ότι τα "corpuscles" προέκυψαν από τα άτομα των ιχνών δια φόρων στοιχείων μέσα στους σωλήνες καθοδικών ακτίνων του. Έτσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα άτομα ήταν διαιρετά και ότι τα  "corpuscles" ήταν τα δομικά τους στοιχεία. Το 1904, ο Τόμσον πρότεινε ένα μοντέλο του ατόμου, υποθέτοντας ότι ήταν μια σφαίρα θετικής ύλης εντός της οποίας οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις καθόρισαν τη τοποθέτηση των "corpuscles". Για να εξηγήσει το συνολικό ουδέτερο φορτίο του ατόμου, πρότεινε να κατανεμηθούν τα "corpuscles" σε μια ομοιόμορφη θάλασσα θετικού φορτίου. Σε αυτό το μοντέλο του σταφιδόψωμου ("μοντέλο της πουτίγκα δαμάσκηνου"), τα ηλεκτρόνια θεωρήθηκαν ενσωματωμένα στο θετικό φορτίο όπως σταφίδες στο σταφιδόψωμο (αν και στο μοντέλο του Thomson δεν ήταν στατικά, αλλά σε τροχιά σε γρήγορη τροχιά).

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC)
Εικόνα: By Marcin Białek - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5257227
By Tjlafave - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47982220

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  30 Απριλίου

Η προηγούμενη μέρα                      Όλη η 'Ανοιξη                     Η επόμενη μέρα