湯姆生與米立坎的電子質量問題(上)

化學原理啟迪6

1.       在道耳頓、給呂薩克、亞佛加厥和坎尼札羅等化學家的基礎上，化學開始變成理性的學術。

2.       原子的觀念顯然是個好點子。不可避免地，科學家接著開始思考原子的性質。原子到底是由什麼東西組成的？各種元素的原子又有什麼不同？

3.       【電子Electron】了解原子組成的第一個重大實驗，是由英國化學家湯姆生J.J. Thomson設計的，他在部分真空的管柱裡的進行放電研究，這就是「陰極射線管cathode-ray tubes」；陰極射線管實驗的研究時期是1898到1903年。

4.       湯姆生發現，當高壓電流跑到管柱末端的金屬電極，管柱內就會出現一個射線，連接到管柱另一個末端的金屬，他稱為「陰極射線cathode ray」，因為射線是從負極那一端產生，發射出來。注：負極negative electrode，又稱陰極cathode。

5.       因為這個射線是由負極產生，而且會被電場的負極所排斥，因此湯姆生認為，這個射線是一個負電荷粒子流，現今稱為電子electron。

6.       在這個實驗中，湯姆生測量電子流在磁場中偏轉情形，並且依此計算出一個電子的「荷質比charge-to-mass」：e/m = –1.76×10 8次方 C/g

7.       e，是電子的電荷，以庫倫計算；m是電子的質量，以公克計算。

8.       湯姆生的「陰極射線cathode ray」實驗，其中一個重要目的是，了解原子的結構，獲得有關原子結構的資料。

9.       他推斷出，既然各種金屬做成的負極，都能夠釋放出電子，那麼，所有的原子，結構必定都含有電子all atoms must contain electrons。

10.   湯姆生更進一步假設，所有的原子，結構必定都有正電荷。

11.   湯姆生主張，一個原子，是由分散的「正電荷」雲與隨機夾雜在其中的「電子」(負電)所構成。這個模型，被稱為「葡萄布丁模型plum pudding model」，因為電子就像散布在布丁裡的果粒，布丁代表正電荷雲。

12.   在1909年芝加哥大學的米立坎Robert Millikan，做了一個非常聰明的實驗，這是有關帶電荷的油滴的實驗。這些實驗讓他可以判斷出電極的強度。

13.   把米立坎得到的數值，加上湯姆生的荷質比，就可以計算出電子的質量是9.11×10 -31次方 公斤。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)