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Competencia
Competencia
El alumno:
Identifica las variables que se deben controlar para observar el flujo de electrones en los tubos de rayos catódicos e interpreta las propiedades del electrón.
Objetivos de la práctica
Objetivos de la práctica
Corroborar la conductividad de los gases dentro de los tubos bajo condiciones de presión y voltaje.
Verificar las propiedades de los rayos catódicos.
Material y equipo
Material y equipo
Tubo de rayos catódicos con canales
Tubo de rayos catódicos con molinete
Tubo de rayos catódicos con cruz de malta
Tubo de rayos catódicos con pantalla
Tubo Geissler de Nitrógeno (N)
Tubo Geissler de Neón (Ne)
Tubo Geissler de Hidrógeno (H)
Tubo Geissler de Helio (He)
Tubo Geissler de Xenón (Xe)
Tubo Geissler de Mercurio (Hg)
Tubo Geissler de Kriptón (Kr)
Tubo Geissler abierto de Argón (Ar)
Tubo Geissler abierto de Neón (Ne)
Equipo para la práctica
1 Bomba de vacío
Transformador de voltaje alto
1 Soporte universal
2 Imanes (grande y pequeño)
Conexiones tipo caimán
Manguera para vacío.
Exclusivo docentes, registro de material y/o equipo de Laborarorio de Química para práctica 3.
Antecedentes
Antecedentes
Fue hasta mediados del siglo XIX que los trabajos de Julius Plucker, Wilhelm Hittorf y William Crookes, permitieron observar el paso de la corriente eléctrica en un tubo de vidrio, al alcanzar un buen nivel de vacío y utilizar para ello, una pantalla fluorescente de sulfuro de zinc; a estos rayos luminosos se les denominó rayos catódicos, al descubrir que éstos se dirigían del cátodo (electrodo negativo -) al ánodo (electrodo positivo +). [1]
El tubo de Crookes consiste en un recipiente de vidrio parcialmente evacuado, con dos electrodos metálicos, el ánodo y el cátodo, uno en cada extremo. Cuando se aplica un alto voltaje entre los electrodos, una radiación con masa (rayos catódicos) se desplaza en línea recta desde el cátodo hasta el ánodo, lo que sugiere su carácter de carga negativa [2,3].
En la figura 3.1 se puede observar un tubo de rayos catódicos con un campo eléctrico perpendicular a la dirección de los rayos catódicos y un campo magnético externo. Los rayos catódicos golpearán el extremo del tubo en el punto A en presencia de un campo magnético, en el punto C en presencia de un campo eléctrico y en el punto B cuando no existan campos externos presentes o cuando los efectos del campo eléctrico y del campo magnético se cancelan mutuamente [4].
Figura 3.1. Tubos de rayos catódicos
A continuación, se enlistan las propiedades específicas de los rayos catódicos.
A continuación, se enlistan las propiedades específicas de los rayos catódicos.
En los tubos de rayos catódicos (Figura 3.2) denominados de cruz de malta (a) los rayos emitidos viajan en línea recta hacia el ánodo y producen en resplandor en la pared opuesta al cátodo. En los tubos llamados de pantalla (b) al colocarles un objeto en la trayectoria de los rayos catódicos se proyecta una sombra sobre una pantalla fluorescente que contiene sulfuro de zinc colocada cerca del ánodo. La sombra muestra que los rayos viajan del cátodo con carga negativa al ánodo con carga positiva. En los tubos de rayos catódicos con molinete (c) se observa la propiedad de que están constituidos por materia al producir el movimiento del mismo. [3].
Figura 3.2. Tubos de rayos catódicos (cruz de malta, de pantalla y de molinete)
Thomson determinó la relación entre la carga del electrón (е) y su masa (m). El valor de esta relación es: e/m = 1.75882 x 108 coulomb C/g
Esta proporción es igual sin importar el gas que se encuentre dentro del tubo, la composición de los electrodos o la naturaleza de la fuente de corriente eléctrica. El trabajo de Thomson sugirió que los electrones son partículas fundamentales presentes en todos los átomos.
Una vez que se determinó la relación carga-masa del electrón fue necesario realizar más experimentos para determinar el valor de su carga o de su masa. En 1909 Robert Millikan con su trabajo determinado “experimento de la gota de aceite” (figura 3.3) obtuvo la carga del electrón. Todas las cargas que Millikan midió resultaron ser múltiplos enteros del mismo número. Supuso entonces que la carga más pequeña era la carga de un electrón. Este valor es de 1.60218 x 10 -19 C.
De la relación carga- masa e/m = 1.75882 x 108 C/g, se puede obtener la masa del electrón utilizándola de forma inversa. A continuación se presenta este método.
Figura 3.3. Diagrama del experimento de la gota de aceite de Robert Millikan.
Este valor es tan sólo 1/1836 de la masa del átomo de hidrógeno, el átomo más ligero que se conoce [1,3,4].
En 1886, Eugen Goldstein (1850-1930) fue el primero en observar que un tubo de rayos catódicos también generaba un haz de partículas con carga positiva que se desplazaba hacia el cátodo. Estos recibieron el nombre de rayos canales debido a que se observó que en forma ocasional pasaban a través de un orificio o “canal” perforado en el electrodo negativo (figura 3.4) estos rayos positivos se forman cuando los átomos gaseosos que se encuentran en el interior del tubo pierden electrones [2,3]
Figura 3.4. Tubo de rayos canales.
Observar el vídeo "El experimento de Millikan (El Universo Mecánico)".
De acuerdo al vídeo describa el experimento que realizó Robert Millikan en una hoja, y de sus comentarios en clase.
Referencias bibliográficas
Referencias bibliográficas
[1] Química general. Un enfoque en competencias. Javier Cruz Guardado. María Elena Osuna Sánchez. Jesús Isabel Ortiz Robles. Guillermo Ávila García. Olga Graciela Alarcón Pineda. Universidad Autónoma de Sinaloa. Dirección general de Escuelas Preparatorias. 2a edición, 2015. https://dgep.uas.edu.mx/librosdigitales/1er_SEMESTRE/5_Quimica_General.pdf
[2] Química general. Una aproximación histórica. José Antonio Chamizo. Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química. Primera edición 2018. http://www.joseantoniochamizo.com/pdf/quimica/libros/002_Quimica_general.pdf
[3] Química Kenneth W. Whitten, Raymond E. Davis, M. Larry Peck, George G. Stanley 10 edición. CENGAGE Learning.
[4] Fundamentos de Química. Raymond Chang. Mc Graw Hill.
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