Az anódos vagy csatornasugarak, más néven pozitívok, pozitív sugárnyalábok, amelyeket atom- vagy molekuláris kationok (pozitív töltésű ionok) képeznek, és amelyek egy Crookes-csőben a negatív elektród felé irányulnak.
Az anódos sugarak akkor fordulnak elő, amikor az elektronok, amelyek a katódból az anód felé mennek, ütköznek a Crookes csőbe zárt gáz atomjaival.
Mivel az azonos jel részecskéi visszatükrözik egymást, az anód felé vezető elektronok elszakítják a gázatomok kéregében található elektronokat.
Így azokat a atomokat, amelyek pozitív töltéssel maradtak - vagyis pozitív ionokká (kationokká) alakítottak át - vonzzák a katód (negatív töltésű).
Felfedezés
A német fizikus, Eugen Goldstein fedezte fel őket, 1886-ban először megfigyelve őket.
Később, Wilhelm Wien és Joseph John Thomson tudósok anódos sugarakkal végzett munkája a tömegspektrometria kifejlesztésének feltételezte.
Tulajdonságok
Az anódos sugarak főbb tulajdonságai a következők:
- Pozitív töltéssel rendelkeznek, töltésük értéke az elektron töltésének egész számú szorzata (1,6 ∙ 10 -19 C).
- Elektromos és mágneses mezők hiányában egyenes vonalban mozognak.
- Elektromos és mágneses mezők jelenlétében eltérnek, a negatív zóna felé mozogva.
- A vékony fémrétegek behatolhatnak.
- ionizálhatják a gázokat.
- Az anódos sugárzást alkotó részecskék tömege és töltése egyaránt függ a csőben lévő gáztól. Tömegük általában azonos az atomok vagy molekulák tömegével, amelyekből származnak.
- Fizikai és kémiai változásokat okozhatnak.
Egy kis történelem
Az anód sugarak felfedezése előtt a katód sugarainak felfedezésére került sor, ami az 1858 és 1859 évek során történt. A felfedezés Julius Plückernek, a német matematikusnak és fizikusnak köszönhető.
Később az angol fizikus, Joseph John Thomson vizsgálta meg a katód sugarai viselkedését, tulajdonságait és hatásait.
A maga részéről Eugen Goldstein - aki korábban más vizsgálatokat végzett katód sugarakkal - fedezte fel anódos sugarakat. A felfedezésre 1886-ban került sor, és ezt megtette, amikor rájött, hogy a perforált katóddal ellátott kisülési csövek a katód végén is fényt bocsátanak ki.
Ilyen módon felfedezte, hogy a katód sugarakon kívül vannak más sugarak is: anód sugarak; ezek az ellenkező irányba mozogtak. Mivel ezek a sugarak áthaladtak a katód lyukain vagy csatornáin, úgy döntött, hogy csatorna sugaraknak nevezi őket.
Később azonban nem ő, hanem Wilhelm Wien végezte az anódos sugarak széles körű tanulmányozását. Wien és Joseph John Thomson együtt létrehozta a tömegspektrometria alapját.
Eugen Goldstein anódnyaláb-felfedezése alapvető pillére volt a kortárs fizika későbbi fejlődésének.
Az anódos sugarak felfedezésének köszönhetően első ízben váltak elérhetővé gyors és rendezett mozgású atomcsíkok, amelyek alkalmazása az atomfizika különböző ágazataiban nagyon termékeny volt.
Az anódos sugárcső
Az anódos sugarak felfedezésében Goldstein olyan kisülési csövet használt, amelyben a katód perforált volt. A gázkisüléses csőben az anódos sugarak kialakításának részletes folyamata a következő.
Ha a csőre nagy, több ezer voltos potenciálkülönbséget alkalmaz, a létrehozott elektromos mező felgyorsítja a gázban mindig jelen lévő ionok kis számát, amelyeket természetes folyamatok, például radioaktivitás hoznak létre.
Ezek a gyorsított ionok ütköznek a gázatomokkal, elektronokat szakítanak tőlük és pozitív ionokat hoznak létre. Ezek az ionok és elektronok viszont ismét több atomot támadnak meg, pozitív ionokat hozva létre egy láncreakcióban.
A pozitív ionokat vonzza a negatív katód, és néhányuk áthalad a katód lyukain. Mire a katódba ütköztek, már elég gyorsan felgyorsultak, és amikor más atomokkal és a gázban levő molekulákkal ütköznek, magasabb szintre gerjesztik a fajokat.
Amikor ezek a fajok visszatérnek az eredeti energiaszintre, az atomok és a molekulák felszabadítják az előzőleg elnyert energiát; az energiát fény formájában bocsátják ki.
Ez a fénytermelési folyamat, az úgynevezett fluoreszcencia, izzás jelenik meg abban a régióban, ahol az ionok kijönnek a katódból.
A proton
Noha Goldstein anódos sugarakkal végzett kísérleteivel kapott protonokat, az az igazság, hogy nem a protot fedezték fel, mert nem tudta helyesen azonosítani.
A proton a pozitív részecskék legkönnyebb részecske, amelyet az anódos sugárcsövekben termelnek. A proton akkor képződik, amikor a csövet hidrogén gázzal töltik fel. Ilyen módon, amikor a hidrogén ionizálódik és elveszíti elektronját, protonokat kap.
A proton tömege 1,67 ∙ 10–24 g, majdnem megegyezik a hidrogénatoméval, ugyanolyan töltésű, de ellentétes jellel rendelkezik, mint az elektroné; vagyis 1,6 ∙ 10–19 C.
Tömegspektrometria
Az anódos sugarak felfedezéséből kifejlesztett tömegspektrometria olyan analitikai eljárás, amely lehetővé teszi az anyag molekuláinak kémiai összetételének tanulmányozását a tömegük alapján.
Ez lehetővé teszi mind az ismeretlen vegyületek felismerését, az ismert vegyületek számlálását, mind az anyagmolekulák tulajdonságainak és szerkezetének megismerését.
A tömegspektrométer maga a készülék, amellyel a különféle kémiai vegyületek és izotópok szerkezete nagyon pontos módon elemezhető.
A tömegspektrométer lehetővé teszi az atommagok elválasztását a tömeg és a töltés közötti kapcsolat alapján.
Irodalom
-
- Anódos sugár (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 19-én, az es.wikipedia.org webhelyről.
- Anódnyaláb (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 19-én, az en.wikipedia.org webhelyről.
- Tömegspektrométer (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 19-én, az es.wikipedia.org webhelyről.
- Grayson, Michael A. (2002). Mérési tömeg: pozitív sugaraktól proteinekig. Philadelphia: Chemical Heritage Press
- Grayson, Michael A. (2002). Mérési tömeg: a pozitív sugaraktól a fehérjékig. Philadelphia: Chemical Heritage Press.
- Thomson, JJ (1921). A pozitív elektromos sugárzás és alkalmazása kémiai elemzésekhez (1921)
- Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika és kémia. Everest