Práctica #2 Propiedades de los rayos catódicos y canales

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Instituto Politécnico Nacional

Escuela Nacional de Ciencias Biológicas

Laboratorio de química inorgánica

Práctica #2 Propiedades de los rayos catódicos y canales.

Nombre del alumno: Pérez Aparicio Karen Yoselin       Equipo: 7      Fecha: 23 de octubre 2020

1. Introducción (marco teórico)

Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo. (Buzzi, A. 2012).

Estos rayos fueron descubiertos debido a que en la década de 1890, muchos científicos estaban interesados en el estudio de la radiación, la emisión y transmisión de la energía a través del espacio en forma de ondas. Los rayos catódicos primeramente fueron producidos por los tubos de Geissler, posteriormente los tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de estos rayos por William Crookes y se los llamó tubos de crookes.

Partes del tubo de Crookes

Los tubos de rayos catódicos constan de un tubo de vidrio (en el cual se ha evacuado casi todo el aire) así mismo se colocan dos placas metálicas y se conectan a una fuente de alto voltaje (fuente de poder), la placa con carga negativa, llamada cátodo, emite un rayo invisible. Este rayo catódico se dirige hacia la placa con carga positiva, llamada ánodo, que pasa por una perforación y continúa su trayectoria hasta el otro extremo del tubo. Cuando el rayo alcanza la superficie, recubierta de sulfuro de zinc -o algún otro metal fluorescente- produce luz brillante o mejor conocida en este caso como fluorescencia. 

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Chang, R. (2017). Química. (10ma. ed.). México. Figura 1

En algunos experimentos se colocaron, por fuera del tubo de rayos catódicos, dos placas cargadas eléctricamente y un electroimán; Cuando se conecta el campo magnético y el campo eléctrico permanece desconectado, los rayos catódicos alcanzan el punto A del tubo. Cuando está conectado solamente el campo eléctrico, los rayos llegan al punto C. Cuando tanto el campo magnético como el eléctrico están desconectados, o bien cuando ambos están conectados pero se balancean de forma que se cancelan mutuamente, los rayos alcanzan el punto B. (Chang, R. 2017)

        Interacción de campos magnéticos y eléctricos.

De acuerdo con la teoría electromagnética, un cuerpo cargado, en movimiento, se comporta como un imán y puede interactuar con los campos magnéticos y eléctricos que atraviesa. Debido a que los rayos catódicos son atraídos por la placa con carga positiva y repelidos por la placa con carga negativa, deben consistir en partículas con carga negativa. Actualmente, estas partículas con carga negativa se conocen como electrones.

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Chang, R. (2017). Química. (10ma. ed.). México. Figura 1

        Propiedades de los rayos catódicos

El físico inglés J.J Thomson, en 1897, al estudiar las propiedades y los efectos de los rayos catódicos, dedujo inicialmente su carácter corpuscular y su naturaleza eléctrica negativa.

Las principales propiedades de los rayos catódicos son las mostradas a continuación:

• Tienen carga negativa, y son conocidos como electrones
• Los rayos catódicos salen del cátodo perpendicularmente a su superficie y en ausencia de campos eléctricos o magnéticos se propagan rectilíneamente.
• Pueden ser desviados por un campo eléctrico, desplazándose hacia la parte positiva del campo; o bien pueden ser desviados por campos magnéticos.
• Producen efectos mecánicos; la prueba de ello es que tienen la capacidad de mover un molinete de hojas de mica que se interpone en su trayectoria.
• Excitan la fluorescencia de algunas sustancias, como pueden ser el vidrio o el sulfuro de cinc.

Rayos canales

Los rayos canales, también conocidos con el nombre de anódicos o positivos, son haces de rayos positivos construidos por cationes atómicos o moleculares que se desplazan hacia el electrodo negativo en un tubo de Crookes.

Es un fenómeno químico-físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros.

El físico alemán E. Goldstein realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos canales.

Descubrimiento del protón: Si se realiza la misma experiencia del tubo de descarga pero con la modificación de que el cátodo esté perforado, tal como lo hiciera Goldstein en 1886, se observa que en la parte posterior del cátodo aparecen rayos luminosos llamados rayos anódicos o canales. Experimentos posteriores demostraron que los rayos anódicos son partículas de carga positiva debido a su comportamiento frente a los campos eléctricos y magnéticos. Pero estos rayos NO se producen en el ánodo sino que tienen su origen en el choque de los electrones de suficiente energía con los átomos neutros del gas contenido en el tubo a quienes arrancan nuevos electrones dejando partículas positivas residuales que se dirigen aceleradas al cátodo y algunas lo atraviesan. Estas partículas positivas se desvían en sentido inverso a los rayos catódicos frente a campos eléctricos y magnéticos.

1. Objetivos

• Que el alumno verifique que los rayos catódicos son un flujo de partículas (electrones) que poseen masa, carga eléctrica negativa y viajan en línea recta.
• Que el alumno comprenda que los rayos canales son un flujo de partículas (protones) que poseen carga positiva.
• Que el alumno relacione los experimentos de los rayos catódicos con la estructura atómica.

1. Procedimiento virtual de la practica

1. Primeramente la profesora nos dio una introducción a los rayos catódicos haciendo énfasis a la manera en que con el tiempo fue evolucionando el concepto de átomo y los modelos atómicos, abarco desde los griegos (Leucipo y Demócrito) y paso por John Dalton, J.J. Thompson, Millikan y por ultimo Eugen Goldstain.
2. Posteriormente observamos un video en el que se explicó lo que hicieron los personajes anteriormente mencionados, especialmente sobre lo que Thompson.
3. Observamos un video acerca de la realización del experimento de Thompson en el laboratorio de la escuela, esto con la finalidad de reconocer los datos necesarios  para el desarrollo de práctica. Así mismo como actividad complementaria la cual consistió en realizar esquemas de los tubos de crookes que se utilizaron para llevar acabo tales experimentos, y a partir de ello relacionarlo con las propiedades de los rayos catódicos.
4. Por último se realizó la observación de un video para comprender que son los rayos canales y no confundirlos por los catódicos.

1. Observaciones

• El concepto de átomo fue evolucionando con el tiempo, ya que:

• Los atomistas creían que todo está hecho de átomos e incluso llegaban a creer que si dividíamos una sustancia muchas veces  se llegaría a los átomos; también pensaban que las propiedades de la materia variaban según como se agruparan los átomos. Inclusive llegaron a afirmar que los átomos no podían verse porque son muy pequeños.
• Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia y que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo.
• Demócrito llamo a las partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “indivisible”.

• John Dalton propuso la teoría atómica en la que dejaba en claro que: la materia estaba formada por átomos los cuales eran partículas indivisibles e indestructibles, así mismo postulo que los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes y que los átomos permanecen sin división aun cuando se combinen en las reacciones químicas, y por último que los átomos al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
• Thomson descubrió los electrones, esto se logró mediante el utilizar un tubo de vacío el cual modifico haciéndole un agujero y ese mismo agujero tenía graduación. Thomson visualizó la trayectoria del haz de partículas que paso las cargas eléctricas (tanto negativa como positiva) las cuales se desviaban a la parte positiva por lo que afirmó que el haz de partículas era de carga negativa.
• En el transcurso de la reproducción de un video se alcanzó a observar que cuando se acerca el imán al tubo de crookes ocurre una desviación al acercar el campo magnético al tubo.
• Si los campos eléctricos y magnéticos llegan a acercarse, entonces ocurre una reflexión del rayo.
• Un tubo de rayos catódicos esta constituidos por: un ánodo (carga positiva) y un cátodo (carga negativa), así por una fuente de poder la cual proporciona el voltaje, una pantalla de  (sulfuro de zinc) o bien una cruz de malta.[pic 5]
• Cuando se invierte la polaridad cambia el lugar del ánodo y del cátodo.
• Los haz de partículas (rayos catódicos) viajan en línea recta.
• El reguilete en el tubo de crookes se movió lo cual demuestra que los rayos catódicos poseen masa.
• Goldstein ayudo con el descubrimiento de los rayos canales; hizo modificaciones en tubo de crookes ya que perforo un lado del tubo.
• Los rayos canales se formaron porque ionizaron al gas Hidrógeno.
• Los rayos canales no son universales.

1. Cuestionario

1. Dibuja los tubos de Crookes, señalando todos: su voltaje, cátodo, ánodo, dirección de los rayos; para cada una de las propiedades que tienen los Rayos catódicos  y Canales.
2. Explica ¿qué es lo que sucede en el interior del tubo de Crookes, que se empleó para determinar que los rayos canales son positivos?

Estos rayos canales forman cuando los electrones van desde el cátodo (-) al ánodo (+), y chocan contra los átomos del gas encerrado en el tubo. Como las partículas del mismo signo se repelen, estos electrones que van hacia el ánodo arrancan los electrones de la corteza de los átomos del gas, el átomo se queda positivo, al formarse un ion positivo, estos se precipitan hacia el cátodo que los atrae con su carga negativa.

Cuando se produce una descarga eléctrica en un tubo con gas rarificado, empleando como electrodo negativo (cátodo) una lámina metaliza normal al eje del tubo y provista de unos agujeritos, se veían a partir de los propio agujeros brillantes rayas rectilíneas dirigidas a la parte opuesta a la ocupada por el electrodo positivo (ánodo). Si el gas contenido era aire las rayas presentaban un color amarillo.

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