Rayons anodiques

Tube à rayons anodiques

Que sont les rayons anodiques?

Les Rayons anodiques ou rayons de canal, Également appelés positifs, ce sont des rayons positifs constitués par des cations atomiques ou moléculaires (ions de charge positive) qui sont dirigés vers l'électrode négative dans un tube à escrocs. 

Les rayons anodiques proviennent lorsque les électrons allant de la cathode à l'anode entrent en collision avec le gaz verrouillé dans le tube Crookes.

Comme les particules du même signe sont repoussées, les électrons qui vont à l'anode déchirent les électrons présents dans le cortex des atomes de gaz sur son chemin.

Ainsi, les atomes qui ont été chargés positivement - c'est-à-dire ont été transformés en ions positifs (cations) - sont attirés par la cathode (avec charge négative).

Découverte

C'est le physicien allemand Eugen Goldstein qui les a découverts, les observant pour la première fois en 1886.

Par la suite, les travaux effectués sur les rayons anodiques par les scientifiques Wilhelm Wien et Joseph John Thomson ont fini par supposer le développement de la spectrométrie de masse. 

Propriétés des rayons anodiques

Les principales propriétés des rayons anodiques sont les suivantes:

- Ils ont une charge positive, étant la valeur de leur charge multiple complète de la charge d'électrons (1,6 ∙ 10^-19 C).

- Ils se déplacent en ligne droite en l'absence de champs électriques et de champs magnétiques.

- Ils s'écartent en présence de champs électriques et de champs magnétiques, se déplaçant vers la zone négative.

- Ils peuvent pénétrer les couches métalliques fines.

- Ils peuvent ioniser les gaz.

- La masse et la charge des particules qui composent les rayons anodiques varient en fonction du gaz verrouillé dans le tube. Normalement, sa masse est identique à la masse des atomes ou des molécules à partir desquels ils dérivent.

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- Ils peuvent provoquer des changements physiques et chimiques.

Un peu d'histoire

Avant la découverte des rayons anodiques, la découverte des rayons cathodiques a eu lieu, qui s'est produit tout au long des 1858 et 1859. La découverte est due à Julius Plücker, mathématicien et physique d'origine allemande.

Par la suite, c'est le physicien anglais Joseph John Thomson qui a étudié en profondeur le comportement, les caractéristiques et les effets des rayons de cathode.

Joseph John Thomson

Pour sa part, Eugen Goldstein - qui avait précédemment mené d'autres enquêtes avec les Rays de Cathode - était celui qui a découvert les rayons anodiques. La découverte a eu lieu en 1886 et l'a fait quand il a remarqué que les tubes de décharge avec la cathode perforée émettaient également la lumière à la fin de la cathode.

De cette façon, il a découvert qu'en plus des rayons de cathode, il y avait d'autres rayons: les rayons anodiques; Ceux-ci se sont déplacés dans la direction opposée. Alors que ces rayons passaient à travers les trous ou les canaux de la cathode, il a décidé de les appeler les rayons de canal.

Cependant, ce n'était pas lui, mais Wilhelm Wien qui a mené plus tard des études approfondies sur les rayons anodiques. Wien, avec Joseph John Thomson, a fini par établir la base de la spectrométrie de masse.

La découverte d'Eugen Goldstein sur les rayons anodiques constituait un pilier fondamental pour le développement ultérieur de la physique contemporaine.

Grâce à la découverte des rayons anodiques, c'était pour la première fois des essaims d'atomes de mouvement rapide et ordonnés, dont l'application était très fertile pour différentes branches de la physique atomique.

Le tube à rayons anodiques

Dans la découverte des rayons anodiques, Goldstein a utilisé un tube de décharge qui avait foré la cathode. Le processus détaillé par lequel les rayons anodiques sont formés dans un tube de décharge de gaz est celui présenté ci-dessous.

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Lors de l'application d'une grande différence de potentiel de plusieurs milliers de volts au tube, le champ électrique qui crée le petit nombre d'ions qui est toujours présent dans un gaz et qui sont créés par des processus naturels tels que la radioactivité.

Ces ions accélérés entrent en collision avec des atomes de gaz, en démarrant des électrons et créant des ions plus positifs. À leur tour, ces ions et électrons attaquent à nouveau plus d'atomes, créant plus d'ions positifs dans ce qui est une réaction en chaîne.

Les ions positifs sont attirés par la cathode négative et certains traversent les trous de la cathode. Lorsqu'ils atteignent la cathode, ils se sont déjà accélérés à une vitesse suffisante comme pour, lorsqu'ils entrent en collision avec d'autres atomes et molécules de gaz, ils excitent les espèces à des niveaux d'énergie plus élevés.

Lorsque ces espèces reviennent à leurs niveaux d'énergie d'origine, les atomes et les molécules libèrent l'énergie qu'ils avaient précédemment gagnée; L'énergie est émise sous forme légère.

Ce processus de production léger, appelé fluorescence, provoque l'apparition d'une luminosité dans la région où les ions émergent de la cathode.

Le proton

Alors que Goldstein avec ses expériences avec les rayons anodiques obtenait des protons, la vérité est que ce n'est pas pour celui qui est attribué à la découverte du proton, car il n'a pas été en mesure de l'identifier correctement.

Le proton est la particule la plus légère des particules positives qui se produisent dans les tubes à rayons anodiques. Le proton se produit lorsque le tube est chargé d'hydrogène gazeux. De cette façon, lorsque l'hydrogène est ionisé et perd son électron, les protons sont obtenus.

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Le proton a une masse de 1,67 ∙ 10^-24 G, presque le même que l'atome d'hydrogène, et a la même charge mais comme signe que l'électron; c'est-à-dire 1.6 ∙ 10^-19 C.

Spectrométrie de masse

Avant du spectromètre de masse

La spectrométrie de masse, développée à partir de la découverte des rayons anodiques, est une procédure analytique qui permet d'étudier la composition chimique des molécules d'une substance basée sur sa masse.

Il permet à tant de choses de reconnaître les composés inconnus, de compter les composés connus, ainsi que de connaître les propriétés et la structure d'une molécule de substance.

Pour sa part, le spectromètre de masse est un dispositif avec lequel la structure de différents composés chimiques et isotopes peut être analysé très précisément.

Le spectromètre de masse permet de séparer les noyaux atomiques en fonction de la relation entre la masse et la charge.