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BIOGRAFIA:
Sir William Crookes (Londra, 17 giugno 1832 - Londra, 4 aprile 1919) fu un chimico e un fisico britannico.
Frequentò la scuola di Cheppenham dove ricevette l'educazione primaria, e a soli 15 anni fu ammesso al Reale Collegio di Chimica (Royal College of Chemistry) di Hanover Square a Londra sotto la guida di August Wilhelm von Hofmann.
Nel 1861, mentre stava eseguendo esperimenti di spettroscopia, scoprì un nuovo elemento chimico che aveva la caratteristica di emettere un raggio di colore verde intenso nello spettro elettromagnetico. Chiamò questo elemento tallio dal greco antico thallos, un germoglio verde.
Ideò e realizzò un radiometro (radiometro di Crookes).
[William Crookes] Iniziò quindi una serie di ricerche sulla conduzione dell'elettricità nei gas a bassa pressione e scoprì che quando la pressione era molto bassa, il catodo sembrava emettere dei deboli raggi luminosi. Questi raggi furono chiamati raggi catodici ma in seguito si scoprì che erano dei semplici flussi di elettroni. Questa proprietà è la stessa utilizzata nei normali tubi catodici dei televisori.
Crookes fu uno dei primi scienziati ad interessarsi e studiare il settore che oggi viene chiamato Fisica del plasma.
Nel 1913 fu eletto Presidente della Royal Society di Londra e rimase in carica fino al 1915.
Verso la fine della sua vita, ebbe stretti contatti con la Society for Psychical Research, ma il suo rapporto con la giovane medium Florence Cook causò una brusca caduta della sua reputazione scientifica, e cominciarono a circolare voci che i due fossero amanti e che Crookes la aiutasse a falsificare le prove.
Fu insignito della Royal Medal nel 1875, della Medaglia Davy nel 1888 e della Medaglia Copley nel 1904. Ricevette il premio Nobel per la Chimica nell’anno 1907.
CURIOSITÁ:
Crookes sperimentò con due grandi medium: Daniel Dunglas Home col quale ebbe risultati strabilianti nel campo della PK, e Florence Cook, rimasta famosa per le sue materializzazioni e per il "fantasma " materializzato di una giovane donna che disse di chiamarsi Katie King. Critiche violente bersagliarono il giovane scienziato che mantenne coraggiosamente le sue posizioni e mai ritrattò quanto aveva pubblicato sulle sue esperienze ("Ricerche sui fenomeni dello Spiritismo", 1874): mai volle che il Crookes che aveva scoperto il Tallio fosse disgiunto da quello che aveva studiato Home e la Cook.
ARGOMENTO:
Il termine tubo a raggi catodici, più comunemente tubo catodico o CRT (acronimo del termine inglese Cathode Ray Tube), indica la tecnologia comunemente usata per la visualizzazione nei monitor e nei televisori, che consiste nel convogliare ad hoc dei raggi catodici su di una superficie sensibile, che ricostruisce l'immagine visibile.
La sperimentazione più ricca di risultati venne iniziata da un maestro vetraio, H. Geissler, nel 1854 studiando il passaggio della corrente elettrica nei gas.
In seguito, Crookes, prendendo spunto da Geissler, usò un tubo di vetro con due elettrodi, uno caricato negativamente (catodo) e l’altro caricato negativamente (anodo), saldati internamente alle due estremità. I due elettrodi venivano collegati con un generatore di differenza di potenziale (ddp) e i diversi fenomeni osservati nel tubo, ossia nessun effetto, scarica elettrica, luminosità diffusa, fluorescenza, dipendevano dalla pressione del gas presente e dalla differenza di potenziale applicata.
Esperimento 1. Togliendo dal tubo tutta l’aria, quindi creando il vuoto, ed applicando una qualsiasi ddp non si ottenne alcun effetto.
Esperimento 2. Collegando gli elettrodi ad una ddp di circa 20.000 V e una pressione residua inferiore a 0.5 mmHg, si ottenne un sorprendente risultato: in queste condizioni si poté osservare che dalla parte opposta del catodo (elettrodo negativo) il vetro emana una fluorescenza verdastra localizzata in una posizione indipendente da quella dell’anodo. Sembrava che dal catodo venissero emessi raggi, chiamati catodici da Goldstein nel 1886, che viaggiavano in linea retta attraversi il tubo [Fig. 1].
Esperimento 3. Collocando un campo magnetico o elettrico a contatto del tubo catodico, si osservò che i raggi erano leggermente deviati in direzione della carica positiva del campo magnetico. Da questo si dedusse che i raggi catodici dovevano avere una carica elettrica negativa.
Esperimento 4. Ponendo un mulinello a quattro pale (due bianche e due nere) sulla “strada” dei raggi catodici e collegando il ddp, si poté osservare che la ruota iniziava a spostarsi lungo il binario su cui era poggiata; invertendo i poli la ruota si fermava e ripartiva al contrario [Fig. 2]. Questo significava che i raggi catodici erano costituiti da particelle dotate di carica negativa.
Esperimento 5. Inoltre venne scoperto che i raggi non potevano attraversare la materia. Infatti, disponendo una lamina metallica sagomata a “croce di Malta” all’interno del tubo [Fig. 3], bloccava il flusso del raggi catodici proiettando sul vetro la propria ombra [Fig. 4].
CONCLUSIONI: Dalle osservazioni dedotte dai cinque esperimenti Crookes concluse che i raggi catodici erano costituiti da particelle dotate di carica negativa alla quale venne dato dal fisico inglese J. J. Thomson nel 1897, il nome di elettroni e che essi non potevano attraversare la materia.
Figura 1 Figura 2
Figura 3 Figura 4
Joseph John Thomson
BIOGRAFIA:
Sir Joseph John Thomson, fisico inglese, è noto per aver scoperto la particella di carica negativa: l'elettrone.
Nato a Cheetham, nei pressi di Manchester, il 18 dicembre del 1856, da genitori scozzesi, John studiò ingegneria all'università di Owen, per poi andare al Trinity College di Cambridge. Quindi, nel 1890, sposa Rose Paget: da questo matrimonio nasceranno due figli. Uno dei suoi studenti, Ernest Rutherford, continuò in seguito il suo lavoro.
Influenzato dagli studi di Maxwell e dalla scoperta dei raggi X, egli dedusse che i raggi catodici erano composti da particelle di carica negativa, che chiamò corpuscoli, e che sono oggi noti come elettroni. In precedenza George Johnstone Stoney presuppose l'elettrone come l'unità di carica in elettrochimica, ma Thomson comprese subito che in realtà esso era una particella subatomica,
[Joseph John Thomson] la prima ad essere scoperta. La sua scoperta gli portò una certa notorietà (1897) e gli consentì di vincere il Nobel in fisica nel 1906: per ironia della sorte il figlio George Paget Thomson ricevette alcuni anni più tardi (1937) lo stesso premio ma per aver dimostrato che l'elettrone è, di fatto, un'onda (vedi anche dualità onda-corpuscolo).
Nel 1912 realizzò il primo spettrometro di massa (allora chiamato parabola spettrografica), uno strumento che consentiva di determinare il rapporto tra la massa e la carica degli ioni e che da allora è diventato uno strumento molto utilizzato nella chimica.
Prima dello scoppio della Prima Guerra Mondiale, fece ancora un'altra grande scoperta: quella degli isotopi. Nel 1918 diventa Master al Trinity College di Cambridge, dove resta fino alla sua morte, avvenuta in 30 agosto del 1940. Il suo corpo è stato sepolto nell'Abbazia di Westminster, accanto ad Isaac Newton.
ARGOMENTO:
elettroni e modello atomico (a panettone)
Thomson nel 1897 misurando le deviazioni che subivano gli elettroni in un campo elettrico o magnetico e confermando le ipotesi di Crookes, determinò il rapporto tra la carica (c) e la massa di queste particelle che risultò pari a:
1.76 x 108 C/g
che non si discosta molto da quello attualmente accettato.
Poiché tale valore si manteneva costante indipendentemente dal materiale di cui era costituito il catodo e il gas che riempiva il tubo, J. J. Thomson concluse che gli elettroni dovevano essere costituenti fondamentali della materia.
Un ulteriore processo nella conoscenza degli elettroni venne compiuto da Einstein nel 1905 quando si scoprì che la superficie di alcuni metalli, colpita dalla luce emetteva particelle cariche negativamente; il fenomeno venne chiamato effetto fotoelettrico. Un’ennesima conferma degli esperimenti di Thomson fu la scoperta dell’effetto termionico, cioè l’emissione dei metalli scaldati ad alte temperature nel vuoto di elettroni. Inoltre si scoprì che gli elettroni erano anche i costituenti dei raggi β.
Gli studi sul passaggio della corrente elettrica nelle soluzioni avevano consentito di stabilire che in soluzione, ,’atomo di idrogeno era presente sottoforma di ione positivo, cioè che esso assumeva una carica elettrica di segno opposto a quella dell’elettrone ma di valore esattamente uguale. Si era potuto misurare anche il rapporto carica/massa per tale ione, confrontando questo rapporto con quello dell’elettrone si concluse che la massa dell’elettone è 1837 volte più piccola della massa dell’atomo di idrogeno.
In seguito (1911) con le classiche esperienze di R. Millikan, fu possibile misurare direttamente la carica dell’elettrone, con sufficiente precisione, che risultò valere:
Carica = -1,602 X 10-19 C
Poiché tale carica era la più piccola fino ad allora determinata, venne considerata come la carica elementare (e) e le fu attribuito il valore convenzionale di -1. Noto il valore della carica dell’elettrone, fu possibile determinare la massa m=9,11 x 10-28 g. La scoperta dell’elettrone veniva dunque a dimostrare che non era l’atomo la parte più piccola della materia, ma che ne esisteva una ancora più piccola; l’elettrone.
Il fisico tedesco E. Goldstein nel 1886 modificò un tubo di Crookes usando un catodo costituito da una piastra metallica forata [Fig 1]. Operando nelle stesse condizioni sperimentali che avevano portato alla formazione dei raggi catodici, egli notò sulla parete di vetro dietro al catodo, una debole luminosità prodotta da raggi che attraversavano il tubo a partire dall’anodo. Queste radiazioni, data la loro provenienza, furono chiamate raggi anodici o raggi canale o Goldstein. Nel 1910 Thomson riprese gli studi sui raggi canale e propose di chiamarli raggi positivi per significare che essi esibivano una carica elettrica positiva, quindi opposta a quella dei raggi catodici e che pertanto si muovevano in direzione contraria. A ulteriore differenza dai raggi catodici, i corpuscoli con carica positiva dei raggi anodici avevano masse che dipendevano dal gas presente nel tubo.
In seguito, il corpuscolo costituente i raggi anodici prodotti dall’idrogeno, venne considerato una particella fondamentale, costituente di tutti gli atomi, che fu chiamata protone.
Un atomo, secondo Thomson, era un entità globulare al cui interno vi erano delle cariche positive e negative. Le cariche positive non avevano peso a differenza delle cariche negative, gli elettroni, che determinavano il peso dell'atomo. Secondo il modello atomico proposto da Thomson l'atomo viveva in uno stadio stazionario in quanto le cariche negative erano bilanciate da quelle positive. Se all'atomo veniva fornita una energia, come fece Thomson nei suoi precedenti esperimenti con i gas, allora esso emetteva una radiazione e se l'energia fornita risultava forte l'atomo si ionizzava. Uno ione, secondo Thomson, era un atomo al cui interno c'era una disparità di cariche positive o negative; in quest'ultimo caso gli elettroni espulsi da un atomo (che diventava così ione positivo) venivano assorbiti da un altro atomo che diventava ione negativo.
La disposizione di cariche positive ed elettroni non seguiva della particolari regole sebbene il modello prevedeva che tali cariche fossero sempre presenti all'interno dell'atomo, come racchiuse in una sorta di guscio [Fig 2].
Il modello atomico di Thomson è chiamato a panettone o a budino con le uvette in quanto viene rappresentato l’atomo con gli elettroni al suo interno (uvetta).
Figura 1 Figura 2
Informazioni tratte ed elaborate da: “Wikipedia” (internet), “l’Enciclopedia”, “Nuovo corso di Chimica” (testo scolastico), “Chmica e Tecnologie della Chimica” (testo).
Immagini prese da: “www.monci.it/.../2E_Tubi_A_Raggi_Anodici.htm” e “www.sparkmuseum.com”
Turco Diletta e Vincenzi Giada
Esercizi:
I raggi catodici sono costituiti da ioni negativi V F
L’esperienza di Thomson ha evidenziato che i raggi catodici sono:
La carica relativa dell’elettrone è:
Completamento:
Durante le sue sperimentazioni, Crookes utilizzò un tubo di vetro con due ________, uno positivo (______) e uno negativo (______). Sperimentò che con una ____ di 20000 V ed una pressione del gas pari a 0.5 mmHg, il catodo emanava fasci di luce che vennero denominati _________________ con carica ________.
Negli anni successivi dimostrò che essi erano costituiti da ________ poiché provocavano lo spostamento di un mulinello. In oltre, grazie alla croce di Malta, si scoprì che esse ______________ la materia.
Particelle,
Attraversano,
Ddp,
Positiva,
Elettrodi,
Anodo,
Raggi catodici,
Magneti,
Ioni,
Scarica,
Raggi anodici,
Non attraversano,
Catodo,
Negativa.
Fonte: http://www.webalice.it/barbieri.stefano.mo/2007-lst/Teorie-Atomiche/Crookes%20e%20Thomson.doc
Sito web da visitare: http://www.webalice.it/barbieri.stefano.mo
Autore del testo: indicato nel documento di origine
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