Thomsonen eredu atomikoa

Thomsonen eredu atomikoa (maiz, pudinaren edo mahaspasa-pastelaren modeloa deitua) J. J. Thomsonek 1904an proposatutako eredu atomikoa da, 1897an elektroia aurkitu eta gero, protoia eta neutroia aurkitu baino urte batzuk lehenago. Modeloan, atomoa atomo positibo batean karga negatiboko elektroiez osatuta dago, bertan txertatuta, pudin (edo budin) batean mahaspasak bezala. Konparazio hori dela eta, ideiari mahaspasa-budinaren eredua deitu zitzaion. Elektroiak atomoaren barruan uniformeki banatzen zirela zioen, karga positiboko hodei batean esekita. Atomoa karga positiboko esfera bat zen, eta elektroiak zituen, gran8ulu txikiak bailiran banatuta.

Laburpena 
Urte asko ziren atomoek negatiboki kargatutako partikula subatomikoak zituztela ezaguna zela. Thomsonek "korpuskulu" (partikulak) deitzen zien, baina ohikoagoa zen "elektroi" deitzea, hau da, G. J. Stoneyk 1891n "elektrizitatearen oinarrizko kopuru unitarioarentzat" sortu zuen izena. Thomsonen esanetan, atomoek karga positiboren bat ere eduki behar zuten, elektroien karga negatiboa bertan behera uzteko. Thomsonek 1904ko martxoko Philosophical Magazine aldizkari zientifiko britainiar nagusiaren edizioan argitaratu zuen bere eredu-proposamena. Thomsonen iritziz:

J.J. Thomsonek William Thomsonen lanari jarraitu zion, 1867an artikulu bat idatzi baitzuen zurrunbilo atomo bat proposatuz. J.J. Thomsonek bertan behera utzi zuen 1890eko "atomo nebularraren" hipotesia, atomoaren zurrunbiloaren teorian oinarritzen zena, non atomoak zurrunbilo ez-materialez osatuak zeuden, eta iradoki zuen bazegoela antzekotasunik zurrunbiloen antolamenduaren eta elementu kimikoen artean aurkitutako erregulartasun periodikoaren artean. Thomsonen eredu atomikoak erradiazioa eta elektrolisia egoki azaltzen zituen, diseinatutako esperimentuek erakutsi zuten bezala. Atomoaren ereduak, J.J. Thomsonen proposamenak, karga bolumetriko positiboa duen Kelvinen ereduan oinarrituak, bere aurkikuntzen ikuspegi zientifikoaren izaera islatzen du, hau da, etorkizuneko esperimentuak gidatzeko ideiak proposatzea.

Eredu honetan, elektroien orbitak egonkorrak ziren mekanika klasikoaren arabera, elektroi bat positiboki kargatutako esferaren erdigunetik urruntzen zenean, barrurantz indar positibo garbi handiagoa zuelako, bere orbitaren barruan karga positibo handiagoa zegoelako (ikus Gaussen legea). Elektroiak eraztunetan biratzeko libre ziren, eta eraztun horiek are gehiago egonkortzen ziren elektroien arteko elkarreraginen ondorioz, eta neurketa espektroskopikoek elektroien eraztun desberdinei lotutako energia-desberdintasunen berri eman behar zuten. Thomson bere eredua birmoldatzen saiatu zen, esperimentalki hainbat elementurentzat ezagutzen diren espektro-lerro nagusietako batzuen berri emateko. 1897an jada, Joseph Larmor fisikari teorikoak elektroien oszilazioagatik espektro lerroen banaketa eremu magnetiko batean azaldu zuen. Nature aldizkarian Bohrren atomoaren mendeurrenaren ospakizun baten arabera, 1912an John William Nicholson izan zen elektroiek espektro lerroak nukleorantz jaistean irradiatzen zituztela lehen aldiz aurkitu zuena, eta bere teoria nuklearra zein kuantikoa zen.

Mahaspasa budinaren eredua baliagarria izan zen Ernest Rutherford ikaslearentzat, atomoen konposizioa sakonago esploratzeko esperimentuak asmatzeko. Gainera, Thomsonen eredua Joseph Larmorren eguzki-sistemaren aurreko ereduak eta Nagaokak 1904an proposatutako Saturnoren eraztunen eredua (Saturnoren eraztunen James Clerk Maxwellen ereduari dagokionez) baino hobea izan zen, horiek ezin baitziren mekanika klasikoaren azaldu, eguzki-sistemaren ereduetan elektroiak espiralean sartuko baitziren nukleoan, eta, beraz, bertan behera utzi zituzten Thompsonen ereduaren mesedetan. Hala ere, aurreko eredu atomiko guztiak erabilgarriak izan ziren 1913ko Bohrren eredu atomiko egokienaren aurrekari bezala, eguzki-sistemarenaren antzekoa. Bohrrek bere artikuluan aipatzen duenez, John William Nicholsonen 1912ko eredu nuklearretik maileguan hartu zuen, zeinaren eredu atomiko kuantikoak momentu angeluarra h/2 π bezala kuantifikatzen zuen. Bohrren eredua hasieran Nagaokaren eredu bezala planteatu zen, baina Sommerfelden antzinako teoria kuantikoak orbita eliptikoak sartu zituen 1914-1925 urteetan, teoria mekanika kuantiko modernoak kendu zuen arte. 

Hizkera lauan Thomsonen ereduari "plum pudding" izena eman zitzaion, elektroiak modu positiboan kargatutako espazioaren bere eremuan banatzeak zientzialari asko gogorarazten baitzituen mahaspasak edo aran lehorrak, plum pudding izeneko postre ingeles ezagunean bezala.

1909an, Hans Geiger eta Ernest Marsdenek esperimentuak egin zituzten urrezko xafla finekin. Ernest Rutherford irakasleak Thomsonen eredu atomikoarekin bat zetozen emaitzak aurkitzea espero zuen. 1911ra arte ez zituen Rutherfordek ondo interpretatu urrezko atomo bakoitzaren erdian karga positiboko nukleo oso txiki bat egotea eskatzen zuen esperimentuaren emaitzak. Horrek atomoaren Rutherforden eredua garatzera eraman zuen. Rutherfordek bere emaitzak argitaratu eta berehala, Antonius Van den Broekek proposamen intuitiboa egin zuen: atomo baten zenbaki atomikoa bere nukleoan dauden karga unitateen kopuru osoa da. 1913ko Henry Moseleyren esperimentuek Van den Broek-en proposamena babesteko beharrezko frogak eman zituzten. Karga nuklear eraginkorra zenbaki atomikoarekin bat zetorrela aurkitu zen (Moseleyk karga diferentziaren unitate bakarra aurkitu zuen). Lan hau urte berean amaitu zen atomoaren Bohr ereduarekin, eguzki sistemaren antzekoa (baina kuantuek mugatua), non karga positiboen kopuru atomikoa duen nukleo bat elektroi kopuru berdinez inguratua dagoen bilgarri orbitaletan. Thomsonen ereduak Rutherforden esperimentuak gidatzen dituen bezala, Bohrren ereduak Moseleyren ikerketak gidatzen ditu.

Thomsonen eredu atomikoaren arrakasta 

Eredu atomiko berritzaile honek XIX. mendearen bigarren erdian zehar izpi katodikoen azterketari esker lortutako ebidentzia zabala erabili zuen. Daltonen eredu atomikoak prozesu kimikoen eraketaren berri ematen bazuen ere, atomo zatiezinak postulatuz, izpi katodikoek emandako ebidentzia gehigarriak atomo horiek karga negatiboko partikula elektrikoak zituztela iradokitzen zuen. Daltonen ereduak ez zuen barne egitura ezagutzen, baina Thomsonen ereduak Daltonen ereduaren bertuteak gehitzen zituen eta aldi berean izpi katodikoen gertaerak azal zitzakeen.

Eredu atomikoaren hutsuneak 
Thomsonen ereduak kimikan eta izpi katodikoetan ikusitako gertaera asko behar bezala azaltzen bazituen ere, atomoen barruan karga positiboaren banaketari buruzko iragarpen okerrak egiten zituen. Thomsonen ereduaren iragarpenak bateraezinak ziren Rutherforden esperimentuaren emaitzekin, zeinak iradokitzen baitzuen karga positiboa atomoaren erdiguneko eskualde txiki batean kontzentratuta zegoela, geroago nukleo atomiko bezala ezagutu zena. Rutherforden eredu atomikoak azken hau azaltzea ahalbidetu zuen, positiboki kargatutako eta dentsitate handiko nukleo atomiko baten existentzia azaleratuz.

Thomsonen ereduak azaltzeke utzitako beste egitate bat Mendeleieven taula periodikoaren erregulartasuna zen. Bohr, Sommerfeld eta Schrödingerren modeloek, azkenik, taulako elementu kimikoen propietateen erregulartasun periodikoak azalduko zituzten, atomoko elektroien antolaketa egituratuago baten ondorioz, Thomsonen ereduak eta Rutherforden ereduak aintzat hartu ez zutena.

Lotutako problema zientifikoak 
Eredu zientifikoaren adibide garrantzitsu gisa, aran-budinaren ereduak hainbat problema zientifiko motibatu eta gidatu ditu.

Atomoaren tamaina 
Elektroi bakarreko aranen budinaren eredua Arthur Erich Haas fisikariak erabili zuen neurri batean 1910ean, Plancken konstantearen eta hidrogeno atomoen Bohrren erradioaren zenbakizko balioa kalkulatzeko. Haasen lana izan zen balio horiek magnitude-ordena zehatz batekin estimatzen lehena, eta Niels Bohr-en lanaren aurretik hiru urte eman zituen.

Thomsonen problema matematikoa 
Aran-budinaren ereduarekin lotutako problema matematiko bat da esfera unitario batean zein den karga puntual berdinen banaketa optimoa, Thomsonen problema deritzona. Thomsonen problema aran-budinaren ereduaren ondorio naturala da, hondo positiboko karga uniformea ez duenean.

Erreferentziak

Ikus, gainera 
 Teoria atomikoa

Kanpo estekak 
 Thomsonen eredu atomikoa

Zaharkitutako teoria zientifikoak
Fisikaren historia
Fisika kuantikoaren oinarriak