Anodische Strahlen: Entdeckung, Eigenschaften
Anodische Strahlen oder Kanalstrahlen, auch positive Strahlen genannt, sind Strahlen positiver Strahlen, die von atomaren oder molekularen Kationen (Ionen mit positiver Ladung) gebildet werden und in einer Röhre aus Crookes auf die negative Elektrode gerichtet sind.
Die anodischen Strahlen entstehen, wenn die Elektronen, die von der Kathode zur Anode wandern, mit den Atomen des in der Crookes-Röhre eingeschlossenen Gases kollidieren.
Wenn sich die Teilchen desselben Vorzeichens abstoßen, starten die Elektronen, die zur Anode gehen, die in der Kruste der Gasatome vorhandenen Elektronen.
So werden die Atome, die positiv geladen geblieben sind - das heißt, sie wurden in positive Ionen (Kationen) umgewandelt - von der Kathode angezogen (mit einer negativen Ladung).
Entdeckung
Es war der deutsche Physiker Eugen Goldstein, der sie entdeckte und sie 1886 zum ersten Mal beobachtete.
In der Folge gingen die Arbeiten der Wissenschaftler Wilhelm Wien und Joseph John Thomson zu den anodischen Strahlen von der Entwicklung der Massenspektrometrie aus.
Eigenschaften
Die Haupteigenschaften der anodischen Strahlen sind die folgenden:
- Sie haben eine positive Ladung, deren Ladungswert ein Vielfaches der Elektronenladung beträgt (1, 6 ∙ 10-19 C).
- Sie bewegen sich in Abwesenheit von elektrischen Feldern und Magnetfeldern geradlinig.
- Sie weichen in Gegenwart von elektrischen Feldern und Magnetfeldern ab und bewegen sich in Richtung der negativen Zone.
- Sie können dünne Metallschichten durchdringen.
- Sie können Gase ionisieren.
- Sowohl die Masse als auch die Ladung der Partikel, aus denen die anodischen Strahlen bestehen, variieren je nach dem in der Röhre eingeschlossenen Gas. Normalerweise ist seine Masse identisch mit der Masse der Atome oder Moleküle, aus denen sie stammen.
- Sie können physikalische und chemische Veränderungen verursachen.
Ein bisschen Geschichte
Vor der Entdeckung der anodischen Strahlen fand die Entdeckung der Kathodenstrahlen im Laufe der Jahre 1858 und 1859 statt. Die Entdeckung geht auf den Mathematiker und Physiker deutscher Herkunft Julius Plücker zurück.
Anschließend war es der englische Physiker Joseph John Thomson, der das Verhalten, die Eigenschaften und die Auswirkungen von Kathodenstrahlen gründlich untersuchte.
Eugen Goldstein, der zuvor andere Forschungen mit Kathodenstrahlen durchgeführt hatte, war derjenige, der anodische Strahlen entdeckte. Die Entdeckung fand 1886 statt und er erkannte es, als er erkannte, dass die Entladungsröhren mit der perforierten Kathode auch Licht am Ende der Kathode aussendeten.
Auf diese Weise entdeckte er, dass es neben den Kathodenstrahlen noch andere Strahlen gab: die anodischen Strahlen; diese bewegten sich in die entgegengesetzte Richtung. Als diese Strahlen durch die Löcher oder Kanäle in der Kathode gingen, beschloss er, sie als Kanalstrahlen zu bezeichnen.
Es war jedoch nicht er, sondern Wilhelm Wien, der später umfangreiche Studien über anodische Strahlen durchführte. Wien hat zusammen mit Joseph John Thomson die Grundlagen der Massenspektrometrie geschaffen.
Eugen Goldsteins Entdeckung anodischer Strahlen war eine grundlegende Säule für die spätere Entwicklung der zeitgenössischen Physik.
Dank der Entdeckung der anodischen Strahlen wurden erstmals Schwärme sich schnell bewegender Atome angeordnet, deren Anwendung für verschiedene Zweige der Atomphysik sehr fruchtbar war.
Die anodische Strahlröhre
Bei der Entdeckung anodischer Strahlen verwendete Goldstein eine Entladungsröhre mit einer perforierten Kathode. Der detaillierte Prozess, durch den die anodischen Strahlen in einer Gasentladungsröhre erzeugt werden, ist wie folgt.
Durch Anlegen einer großen Potentialdifferenz von mehreren tausend Volt an die Röhre beschleunigt das erzeugte elektrische Feld die geringe Anzahl von Ionen, die immer in einem Gas vorhanden sind und die durch natürliche Prozesse wie Radioaktivität erzeugt werden.
Diese beschleunigten Ionen kollidieren mit den Atomen des Gases, ziehen Elektronen heraus und erzeugen mehr positive Ionen. Diese Ionen und Elektronen greifen wiederum mehr Atome an und erzeugen in einer Kettenreaktion mehr positive Ionen.
Die positiven Ionen werden von der negativen Kathode angezogen und einige passieren die Löcher in der Kathode. Wenn sie die Kathode erreichen, sind sie bereits so schnell beschleunigt, dass sie die Spezies bei Kollisionen mit anderen Atomen und Molekülen des Gases bei höheren Energieniveaus anregen.
Wenn diese Spezies zu ihren ursprünglichen Energieniveaus zurückkehren, setzen die Atome und Moleküle die Energie frei, die sie zuvor gewonnen hatten; Die Energie wird in Form von Licht abgegeben.
Dieser als Fluoreszenz bezeichnete Prozess der Lichterzeugung verursacht das Auftreten einer Helligkeit in dem Bereich, in dem die Ionen aus der Kathode austreten.
Das Proton
Obwohl Goldstein durch Experimente mit anodischen Strahlen Protonen erhielt, wird ihm die Entdeckung des Protons nicht zugeschrieben, da er es nicht korrekt identifizieren konnte.
Das Proton ist das leichteste Teilchen der positiven Teilchen, die in Anodenstrahlröhren erzeugt werden. Das Proton entsteht, wenn das Rohr mit Wasserstoffgas beladen wird. Auf diese Weise werden Protonen erhalten, wenn Wasserstoff ionisiert wird und sein Elektron verliert.
Das Proton hat eine Masse von 1, 67 · 10 & supmin; ² & sup4; g, fast die gleiche wie die des Wasserstoffatoms, und hat die gleiche Ladung, jedoch das entgegengesetzte Vorzeichen wie das Elektron; das heißt 1, 6 1.6 10-19 C.
Massenspektrometrie
Die aus der Entdeckung anodischer Strahlen entwickelte Massenspektrometrie ist ein Analyseverfahren, mit dem die chemische Zusammensetzung der Moleküle einer Substanz anhand ihrer Masse untersucht werden kann.
Es erlaubt sowohl unbekannte Verbindungen zu erkennen, bekannte Verbindungen zu zählen, als auch die Eigenschaften und Struktur der Moleküle einer Substanz zu kennen.
Zum anderen ist das Massenspektrometer ein Gerät, mit dem sich die Struktur verschiedener chemischer Verbindungen und Isotope sehr genau analysieren lässt.
Das Massenspektrometer ermöglicht die Trennung der Atomkerne anhand der Beziehung zwischen Masse und Ladung.
