On the Structure of the Atom (Thomson)
Inhaltsangabe auf Deutsch
Basiswissen
In Stichpunkten: Joseph John Thomson sein Atommodell (Rosinenkuchenmodell) aus dem Jahr 1904: Elektronen bewegen sich auf Kreis- oder Kugelbahnen um die Mitte des Atoms. Die positive Ladung ist gleichmäßig über das ganze Atom verteilt. Der Gedankengang ist stark mathematisch.
Kernaussagen
- Es geht um negative elektrische Korpuskel (Teilchen) in einem kugelförmigen Bereich positiver Ladung.
- Die negativen Partikel werden dabei in einer ringartigen Bewegung gedacht (und berechnet).
- Eine Anzahl von n Teilchen wird dabei auf einem Kreis mit Radius a gedacht.
- Die n Teilchen haben immer denselben Winkelabstand zu ihren Nachbarteilchen.
- Zunächst wird angenommen, die negativen Korpuskel seien im Ruhezustand.
- Es wird ihre Anziehung zur positiven Ladung und ihre gegenseitige Abstoßung berechnet.
- Anschließend wird der Ring aus negativen Korpuskeln als rotierend angenommen.
- Es wird ein Zustand gefunden, in dem die Korpuskel in einem Kräftegleichgewicht sind.
- Dann wird untersucht was passiert, wenn ein Korpuskel den Ort des Gleichgewichtes verlässt.
- Dabei wird unterschieden: Abweichungen a) innerhalb der Ebene aller Korpuskel und ...
- sowie b) senkrecht zur Bewegungsebene aller Korpuskel.
- Es zeigt sich: die Stabilität des Atoms hängt von der Rotationsgeschwindigkeit der Korpuskel ab.
- Es werden verschiedene räumliche Anordnungen der Korpuskel bezüglich der Stabilität untersucht.
- Dabei werde auch verschiedene Anzahlen n der Korpuskel einzeln berechnet.
- Das Ergebnis der Betrachtung erinnert an ein Sonnensystem ohne Sonne:
- Die positive Ladung im Atom ist gleichförmig kugelig verteilt.
- Es gibt mehreren parallele (konzentrische) Ringe von negativen Ladungen.
- Je kleiner der Ring-Radius, desto weniger Ladungen können dort untergebracht werden.
- Alternativ wird gedacht, dass die negativen Korpuskel auf konzentrischen Kugelschalen angebracht sein könnten.
- Auch dafür gibt es Möglichkeiten, dass die Korpuskel insgesamt ein stabiles Atom bilden.
- Die mathematische Berechnung der Kugelschalenmodelle ist aber bisher noch nicht befriedigend gelungen.
- Es werden Atome mit vielen konzentrischen Ringen und mit großer Anzahl darauf verteilter Korpuskel berechnet.
- Thomson nimmt an, dass die gesamte Atommasse aus der Masse der negativen Korpuskel herrührt.
- Aus dieser Annahme kommt er zu großen Anzahlen n von negativen Korpuskeln im Atom.
- Es wird eine Korrelation der berechneten Ring-Strukturen zu Mendelejews Periodensystem der Elemente untersucht.
- Aus dem Modell wird auch Radioaktivität erklärt:
- Die Stabilität des Atoms braucht eine Mindest-Orbital-Geschwindigkeit der negativen Korpuskel.
- Wird diese unterschritten, verlassen Einzelteile das Atom mit hoher kinetischer Energie.
- Diese das Atom verlassenden Teilchen sind dann die radioaktive Strahlung.
Fußnoten
Thomson, J. J. (1904). XXIV. On the structure of the atom: an investigation of the stability and periods of oscillation of a number of corpuscles arranged at equal intervals around the circumference of a circle; with application of the results to the theory of atomic structure. http://doi.org/10.1080/14786440409463107
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