Thomson Atom Modeli
J.J. Thomson (J.J. Tamsın) 1879 yılında cam tüplerin içerisindeki gazlara elektrik akımı uygulamış ve tüpün içinde bazı ışınların varlığını tespit etmiştir. Thomson bu taneciklerin negatif yüklü tanecikler olduğunu ve her atomun yapısında bulunduğunu belirtmiştir.
Thomson bu çalışmaları ile atomun yapısındaki elektronları keşfetmiştir. Ayrıca atomun nötr olmasından dolayı pozitif yüklü yapınında olduğunu düşünmüştür. Aşağıdaki şekilde Thomson’a göre atomun yapısı görülmektedir.
Thomson atomu, pozitif yüklü bir küre içindeki negatif yüklü tanecikler olarak düşünmüştür. Bu model üzümlü kek modeli olarak anlatılabilir. Üzümlü kekin hamuru pozitif yüklü, üzümler ise negatif yüklü taneciklerdir. Aşağıda görülen üzümlü kek Thomson atom modelini açıklamaktadır.
Thomson yaptığı çalışmalar sonucunda aşağıdaki varsayımları içeren atom modelini geliştirmiştir.
- Atomun yapısında negatif yüklü tanecikler vardır.
- Atom nötr olduğu için negatif yüklü tanecikler pozitif yüklü küre içinde rastgele dağılmışlardır.
- Küre biçimindeki atomların yarıçapları yaklaşık 10–8 cm’dir.
Thomson atomun yapısında bulunan pozitif yüklü tanecikleri deneysel olarak belirleyemediği için üzümlü kek benzeri bir model geliştirmiştir. Ancak bir süre sonra Thomson’a “Negatif yüklü elektronlar tanecik yapısında olduğu hâlde pozitif yük neden ve nasıl kesiksiz olarak atomun kalan hacmini doldurabiliyor?” sorusu sorulmuştur.
Thomson ile birlikte çalışan E. Rutherford (E. Radırford), geliştirdiği alfa (a) taneciklerinin saçılması deneyinde bu sorulara cevap aramıştır.
Thomson elektrik deşarj tüpleriyle yaptığı çalışmaların sonucunda, maddenin yapısında elektrikle yüklü taneciklerin varlığını saptamıştır. Yaptığı deneylerde tüm maddelerde negatif (-) yüklü taneciklerin (elektronların) varlığını gözlemiştir. Maddenin nötr yapıda olmasından dolayı (-) yüklü taneciklere eşit sayıda (+) yüklü taneciklerin de olması gerektiğini ileri sürmüştür. Atomun yapısında (+) ve (-) yüklü taneciklerin yani proton ve elektronun bulunduğunu belirten ilk modeldir.
Thomson atom modelinin varsayımları şunlardır:
1. Atomlar küre biçimli olup yapı çapları yaklaşık 10-10 m dir.
2. Atomlar elektriksel olarak nötrdür. Yani, atomdaki proton ve elektron sayıları birbirine eşittir.
3. Elektronlar atom içinde homojen olarak dağılmıştır.
4. Elektronların kütlesi, protonların kütlesine göre çok küçüktür. Bu nedenle atom kütlesinin büyük çoğunluğunu protonlar oluşturur.
Elektronun Keşfi
Maddenin yapısına ilk olarak modern yaklaşım Thomson’un katot ışınlarını inceleyerek elektronun keşfi ile başlar. Thomson: elektriksel gerilim uygulanan katot ışınları tüpünde katot ışınların negatif kutup tarafından itildiğini pozitif kutba doğru çekildiğini tespit etti.
Aynı cins elektrik yüklerinin bir birini itmesi ve farklı yük elektrik yüklerinin birbirini çekmesi nedeniyle Thomson katot ışınlarının negatif elektrik yüklerinden olduğu sonucu çıkardı.
Thomson deneyinde katot için farklı madde kullandığında ve deney tüpünün farklı gazla doldurulduğunda da katot ışınlarının aynı davranışta bulunduğunu gördü. Böylece elektronun maddenin cinsinin karakteristik bir özelliği olmadığını bütün atom cinsleri için elektronun her birinin aynı olduğunu neticesini ortaya koydu.Elektron negatif yüklü olduğundan elektriksel alanda pozitif kutba doğru saparlar. Elektriksel alandaki bu sapmalar taneciğin yükü (e)ile doğru, kütlesi(m) ile ters orantılıdır. Yükün kütleye oranı (e/m) bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını gösterir.
Protonun Keşfi
Katot tüpleriyle elektron elde edildiği gibi, elektrik deşarj (boşalma ) tüpleri ile de pozitif iyonlar elde edilir. Bu tüplerde uygulanan yüksek gerilim sonucunda atomdan elektronlar koparılarak pozitif iyonlar oluşturulur. Oluşan bu pozitif iyonlar bir elektriksel alanda elektronun ters yönünde hareket ederek negatif elektrota (katota) doğru ilerler. Bu iyonların büyük bir kısmı hareketleri sırasında ortamdaki elektronlara çarparak nötral atomlar oluştururlar. Çok az bir kısmı ise yollarına devam ederek katota erişirler. Eğer ortası delikli bir katot kullanılırsa , pozitif parçacıklar delikten geçerler. Bu ışınlara pozitif iyonlar yada kanal ışınları denir.
Pozitif iyonlar için e/m nin saptanmasında katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısı kullanıldı. Katot ışınlarında katot maddesi ne olursa olsun elde edilen ışınların e/m oranı hep aynı bulunmuştu. Oysa pozitif ışınlarda elde edilen e/m oranı tüpteki gazın oranına göre farklı olduğu bulundu.
