- descobriment
- propietats
- Una mica d'història
- El tub de raigs anòdics
- el protó
- Espectrometria de masses
- referències
Els raigs anòdics o raigs canals, també anomenats positius, són feixos de raigs positius constituïts per cations atòmics o moleculars (ions amb càrrega positiva) que es dirigeixen cap a l'elèctrode negatiu en un tub de Crookes.
Els raigs anòdics s'originen quan els electrons que van des del càtode cap a l'ànode, xoquen amb els àtoms de gas tancat en el tub de Crookes.
Com les partícules de el mateix signe es repel·leixen, els electrons que van cap a l'ànode arrenquen al seu pas els electrons presents en l'escorça dels àtoms de gas.
Així, els àtoms que s'han quedat carregats positivament -és a dir, s'han transformat en ions positius (cations) - són atrets cap al càtode (amb càrrega negativa).
descobriment
Va ser el físic alemany Eugen Goldstein qui els va descobrir, observant-per primera vegada en 1886.
Posteriorment, els treballs realitzats sobre els rajos anòdics pels científics Wilhelm Wien i Joseph John Thomson van acabar suposant el desenvolupament de l'espectrometria de masses.
propietats
Les principals propietats dels raigs anòdics són les següents:
- Posseeixen càrrega positiva, i el valor de la seva càrrega múltiple sencer de la càrrega de l'electró (1,6 ∙ 10 -19 C).
- Es desplacen en línia recta en absència de camps elèctrics i camps magnètics.
- Es desvien en presència de camps elèctrics i camps magnètics, desplaçant cap a la zona negativa.
- Poden penetrar fines capes de metalls.
- Poden ionitzar gasos.
- Tant la massa i com la càrrega de les partícules que conformen els raigs anòdics varia en funció de l'gas tancat en el tub. Normalment la seva massa és idèntica a la massa dels àtoms o molècules de les que deriven.
- Poden provocar canvis físics i químics.
Una mica d'història
Prèviament a la descoberta dels raigs anòdics, va tenir lloc el descobriment dels raigs catòdics, el qual es va produir al llarg dels anys 1858 i 1859. El descobriment es deu a Julius Plücker, matemàtic i físic d'origen alemany.
Posteriorment, va ser el físic anglès Joseph John Thomson qui va estudiar en profunditat el comportament, les característiques i els efectes dels raigs catòdics.
Per la seva banda, Eugen Goldstein -qui ja havia realitzat prèviament altres investigacions amb els raigs catódicos- va ser qui va descobrir els raigs anòdics. El descobriment va tenir lloc el 1886 i el va realitzar quan es va adonar que els tubs de descàrrega amb el càtode perforat també emetien llum a la fi de l'càtode.
D'aquesta manera va descobrir que, a més dels raigs catòdics, existien altres raigs: els raigs anòdics; aquests es desplaçaven en la direcció contrària. Com aquests raigs passaven a través dels forats o canals en el càtode, va decidir cridar-los raigs de canal.
No obstant això, no va ser ell sinó Wilhelm Wien qui més endavant va realitzar extensos estudis dels raigs de l'anòdics. Wien, juntament Joseph John Thomson, va acabar establint la base de l'espectrometria de masses.
El descobriment d'Eugen Goldstein sobre els raigs anòdics va constituir un pilar fonamental per al posterior desenvolupament de la física contemporània.
Gràcies a la descoberta dels raigs anòdics es va disposar per primera vegada d'eixams d'àtoms en moviment ràpid i ordenat, l'aplicació va resultar molt fèrtil per a diferents branques de la física atòmica.
El tub de raigs anòdics
En el descobriment dels raigs anòdics, Goldstein va utilitzar un tub de descàrrega que tenia perforat el càtode. El procés detallat pel qual es formen els raigs anòdics en un tub de descàrrega de gas és el que s'exposa a continuació.
A l'aplicar una gran diferència de potencial de diversos milers de volts a el tub, el camp elèctric que es crea accelera el petit nombre d'ions que sempre està present en un gas i que són creats per processos naturals com la radioactivitat.
Aquests ions accelerats xoquen amb els àtoms de gas, arrencant electrons i creant més ions positius. Al seu torn aquests ions i electrons ataquen novament a més àtoms, creant més ions positius en el que és una reacció en cadena.
Els ions positius són atrets pel càtode negatiu i alguns passen a través dels forats en el càtode. Quan arriben al càtode, ja s'han accelerat a la velocitat suficient com que per, quan topin amb altres àtoms i molècules de gas, excitin a les espècies a nivells d'energia més alts.
Quan aquestes espècies tornen als seus nivells d'energia originals, els àtoms i molècules alliberen l'energia que havien guanyat prèviament; l'energia és emesa en forma de llum.
Aquest procés de producció de llum, denominat fluorescència, provoca l'aparició d'una lluentor a la regió on els ions emergeixen de l'càtode.
el protó
Si bé Goldstein amb els seus experiments amb els raigs anòdics va obtenir protons, la veritat és que no és a ell a qui se li atribueix el descobriment de l'protó, ja que no va ser capaç d'identificar-lo correctament.
El protó és la partícula més lleugera de les partícules positives que es produeixen en els tubs de raigs anòdics. El protó es produeix quan el tub està carregat amb gas d'hidrogen. D'aquesta manera, quan l'hidrogen es ionitza i perd la seva electró, s'obtenen els protons.
El protó té una massa de 1,67 ∙ 10 -24 g, gairebé la mateixa que la de l'àtom d'hidrogen, i posseeix la mateixa càrrega però de signe contrari que la que té l'electró; és a dir, 1.6 ∙ 10 -19 C.
Espectrometria de masses
L'espectrometria de masses, desenvolupada a partir de la descoberta dels raigs anòdics, és un procediment analític que permet estudiar la composició química de les molècules d'una substància amb base en la seva massa.
Permet tant reconèixer compostos no coneguts, comptar compostos que siguin coneguts, així com conèixer les propietats i l'estructura de les molècules d'una substància.
Per la seva banda, l'espectròmetre de masses és un dispositiu amb el qual es pot analitzar d'una manera molt precís l'estructura de diferents compostos químics i isòtops.
L'espectròmetre de masses permet separar els nuclis atòmics amb base en la relació entre la massa i la càrrega.
referències
-
- Raig anòdic (nd). En Wikipedia. Recuperat el 19 d'abril, 2018, des es.wikipedia.org.
- Anode ray (nd). En Wikipedia. Recuperat el 19 d'abril, 2018, des en.wikipedia.org.
- Espectròmetre de masses (nd). En Wikipedia. Recuperat el 19 d'abril, 2018, des es.wikipedia.org.
- Grayson, Michael A. (2002). Measuring mass: from positive rays to proteins. Philadelphia: Chemical Heritage Press
- Grayson, Michael A. (2002). Measuring mass: from positive rays to proteins. Philadelphia: Chemical Heritage Press.
- Thomson, JJ (1921). Rays of positive electricity, and their application to chemical analyses (1921)
- Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Física i Química. Everest