Storia e applicazioni della chimica/Tubo di Crookes

Il tubo di Crookes è un tubo di vetro a forma conica, con vuoto parziale, collegato a due elettrodi, che fu inventato dal fisico inglese William Crookes nel 1875. Fu un importante strumento per lo studio dei raggi catodici e delle proprietà degli elettroni.

William Crookes

William Crookes è stato un fisico e un chimico britannico, nato a Londra il 17 giugno 1832 e morto nella stessa città il 4 aprile 1919. Dal 1896 al 1897 è stato il presidente della Society for Psychical Research. A soli 15 anni entrò al Royal College of Chemistry a Londra. Nel 1861 scoprì, durante un esperimento sulla spettroscopia, un nuovo elemento chimico, con la caratteristica di emettere un raggio di colore verde nello spettro elettromagnetico: il tallio.

Fu uno dei primi scienziati a studiare il settore che oggi viene chiamato fisica del plasma. Ideò e realizzò il radiometro di Crookes per la misura dell'intensità di una radiazione elettromagnetica.

La scoperta dell'elettrone

Tra il 1860 e il 1888 Crookes scoprì l’elettrone, in seguito a esperimenti sugli effetti delle scariche elettriche prodotte da un generatore di corrente continua sui gas rarefatti, ovvero gas a pressione molto bassa, contenuti in particolari tubi di vetro.

In seguito J. J. Thomson, proseguendo gli esperimenti sugli elettroni, osservò che i raggi catodici erano sensibili ai campi elettrici e magnetici e che si comportavano come particelle cariche negativamente. Thomson progettò quindi un esperimento per determinare le caratteristiche di queste particelle.

Tubo di Crookes

Tubo di Crookes

Durante l'Ottocento lo studio delle scariche in un gas aveva ricevuto un notevole sviluppo grazie all'introduzione di nuove tecniche di laboratorio, molte delle quali erano collegate all'uso del tubo di Geissler, il quale fu poi migliorato da Crookes in un nuovo dispositivo che fu poi chiamato tubo di Crookes.

Il tubo di Crookes venne utilizzato per scoprire le proprietà dei raggi catodici: J.J. Thomson si servì di questo esperimento per dimostrare che le particelle dei raggi catodici avevano un rapporto carica/massa più grande di circa diecimila volte rispetto all'idrogeno. Thomson interpretò questo risultato affermando che lo 'ione' dei raggi catodici (corpuscolo) fosse di dimensione mille volte minore rispetto all'atomo. Con il tubo di Crookes, inoltre, si ipotizzò l’esistenza di quelli che poi saranno definiti da G. J. Stoney «elettroni».

Schema di un tubo di Crookes

Questo strumento consiste in un bulbo di vetro, alle cui estremità sono collegate delle placche metalliche (elettrodi): una placca viene collegata al polo negativo del generatore elettronico, da cui venivano emesse particelle materiali (raggi catodici) in grado di muovere oggetti interposti tra di loro; l’altra viene collegata al polo positivo. La prima fu chiamata catodo, l’altra anodo. L’esperimento consisteva nel rimuovere l’aria all’interno del tubo, per mezzo di una pompa, riducendo la pressione. I raggi catodici emessi dal catodo vengono poi sparati a velocità molto elevata nel vuoto, attraverso una zona dove reagiscono i campi elettrici e magnetico incrociati. Dopo questo tratto, parte del fascio attraversa una zona più lunga della distanza con l'anodo, andando a colpire la parete di vetro del tubo e illuminandola con una fluorescenza di colore verde, ad eccezione di una zona avente la stessa forma dell'anodo. Crookes attribuì questo fenomeno all’incontro dei raggi catodici con l’anodo, indicando che i raggi viaggiavano con traiettoria rettilinea ed erano costituiti da particelle cariche che interagiscono con oggetti posizionati lungo il tragitto.

Bibliografia

• Crookes Tube, The Columbia Electronic Encyclopedia, 6^a ed., 2012
• Elettrone, Treccani
• La seconda rivoluzione scientifica: fisica e chimica. Fisica e chimica dei raggi, Treccani