Raios anódicos: descoberta, propriedades

Os raios anódicos ou raios canal , também chamados, vigas positivos positivos são os raios que consistem em catis atómicas ou moleculares (iões carregados positivamente) que são dirigidos em direcção ao eléctrodo negativo em um tubo de Crookes.

Os raios anódicos se originam quando os elétrons que vão do cátodo para o ânodo colidem com os átomos do gás contido no tubo de Crookes.

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À medida que as partículas do mesmo signo se repelem, os elétrons que vão para o ânodo arrancam os elétrons presentes na crosta dos átomos de gás.

Assim, átomos que permaneceram carregados positivamente – isto é, foram transformados em íons positivos (cátions) – são atraídos para o cátodo (com carga negativa).

Descoberta

Foi o físico alemão Eugen Goldstein que os descobriu, observando-os pela primeira vez em 1886.

Posteriormente, o trabalho realizado nos raios anódicos pelos cientistas Wilhelm Wien e Joseph John Thomson acabou assumindo o desenvolvimento da espectrometria de massa.

Propriedades

As principais propriedades dos raios anódicos são as seguintes:

– Eles têm uma carga positiva, sendo o valor da carga um múltiplo inteiro da carga do elétron (1,6 ± 10 -19 C).

– Eles se movem em linha reta na ausência de campos elétricos e campos magnéticos.

– Eles se desviam na presença de campos elétricos e campos magnéticos, movendo-se em direção à zona negativa.

– Camadas finas de metais podem penetrar.

– Eles podem ionizar gases.

– Tanto a massa quanto a carga das partículas que compõem os raios anódicos variam de acordo com o gás contido no tubo. Normalmente sua massa é idêntica à massa dos átomos ou moléculas das quais derivam.

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– Eles podem causar alterações físicas e químicas.

Um pouco de história

Antes da descoberta dos raios anódicos, ocorreu a descoberta dos raios catódicos, ocorridos ao longo dos anos de 1858 e 1859. A descoberta se deve a Julius Plücker, matemático e físico de origem alemã.

Posteriormente, foi o físico inglês Joseph John Thomson que estudou em profundidade o comportamento, as características e os efeitos dos raios catódicos.

Por sua parte, Eugen Goldstein – que já havia feito outras pesquisas com raios catódicos – foi quem descobriu os raios anódicos. A descoberta ocorreu em 1886 e ele a fez quando percebeu que os tubos de descarga com o cátodo perfurado também emitiam luz no final do cátodo.

Dessa maneira, ele descobriu que, além dos raios catódicos, havia outros raios: raios anódicos; estes estavam se movendo na direção oposta. Como esses raios passavam pelos orifícios ou canais do cátodo, ele decidiu chamá-los de raios do canal.

No entanto, não foi ele, mas Wilhelm Wien, que mais tarde realizou extensos estudos sobre os raios anódicos. Wien, juntamente com Joseph John Thomson, acabou estabelecendo as bases da espectrometria de massa.

A descoberta de Eugen Goldstein dos raios anódicos foi um pilar fundamental para o desenvolvimento subsequente da física contemporânea.

Graças à descoberta dos raios anódicos, enxames de átomos em movimento rápido e ordenado estavam disponíveis pela primeira vez, cuja aplicação se mostrou muito fértil para diferentes ramos da física atômica.

O tubo de raios anódicos

Na descoberta dos raios anódicos, Goldstein usou um tubo de descarga que perfurou o cátodo. O processo detalhado pelo qual os raios anódicos são formados em um tubo de descarga de gás é o estabelecido abaixo.

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Ao aplicar uma grande diferença de potencial de vários milhares de volts ao tubo, o campo elétrico criado acelera o pequeno número de íons sempre presentes em um gás e criados por processos naturais, como a radioatividade.

Esses íons acelerados colidem com os átomos do gás, arrancando elétrons e criando íons mais positivos. Por sua vez, esses íons e elétrons atacam mais átomos novamente, criando mais íons positivos no que é uma reação em cadeia.

Os íons positivos são atraídos para o cátodo negativo e alguns passam através dos orifícios no cátodo. Quando atingem o cátodo, já aceleraram a uma velocidade suficiente para que, quando colidem com outros átomos e moléculas do gás, excitem as espécies em níveis mais altos de energia.

Quando essas espécies retornam aos níveis originais de energia, átomos e moléculas liberam a energia que haviam ganho anteriormente; A energia é emitida sob a forma de luz.

Esse processo de produção de luz, chamado fluorescência, causa o aparecimento de um brilho na região onde os íons emergem do cátodo.

Proton

Embora Goldstein, com seus experimentos com os raios anódicos, tenha obtido prótons, a verdade é que não é ele quem atribui a descoberta do próton, pois ele não foi capaz de identificá-lo corretamente.

O próton é a partícula mais leve das partículas positivas que são produzidas nos tubos de raios anódicos. O próton é produzido quando o tubo é carregado com gás hidrogênio. Dessa maneira, quando o hidrogênio ioniza e perde seu elétron, os prótons são obtidos.

O próton tem uma massa de 1,67 × 10 -24 g, quase a mesma que a do átomo de hidrogênio, e tem a mesma carga, mas sinal oposto ao do elétron; isto é, 1,6 × 10 -19 C.

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Espectrometria de massa

A espectrometria de massa, desenvolvida a partir da descoberta de raios anódicos, é um procedimento analítico que permite estudar a composição química das moléculas de uma substância com base em sua massa.

Ele permite reconhecer compostos desconhecidos, contar compostos conhecidos e conhecer as propriedades e a estrutura das moléculas de uma substância.

Por sua vez, o espectrômetro de massa é um dispositivo com o qual a estrutura de diferentes compostos químicos e isótopos pode ser analisada com muita precisão.

O espectrômetro de massa permite que os núcleos atômicos sejam separados com base na relação entre massa e carga.

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Referências

    1. Raio anódico (sd). Na Wikipedia Recuperado em 19 de abril de 2018, em es.wikipedia.org.
    2. Raio ânodo (nd). Na Wikipedia Recuperado em 19 de abril de 2018, em en.wikipedia.org.
    3. Espectrômetro de massa (nd). Na Wikipedia Recuperado em 19 de abril de 2018, em es.wikipedia.org.
    4. Grayson, Michael A. (2002).Medição da massa: dos raios positivos às proteínas . Filadélfia: Chemical Heritage Press
    5. Grayson, Michael A. (2002).Medição da massa: dos raios positivos às proteínas . Filadélfia: Chemical Heritage Press.
    6. Thomson, JJ (1921).Raios de eletricidade positiva e sua aplicação em análises químicas (1921)
    7. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005).Física e Química . Everest

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