Ampola de Crookes

Na última década do século XIX o continente europeu estava bastante interessado na investigação das propriedades elétricas da matéria, desde as propriedades dos raios catódicos até a produção dos raios-X (1895).
Para que esses estudos fossem realizados William Crookes desenhou um tubo que permitia evacuação e eletrodos - catódo e anodo - nas extremidades, assim foi possível realizar diversos experimentos importantes.

A ampola de Crookes

A ampola de Crookes consiste em um tubo de vidro ou quartzo, com uma saída para anexar uma bomba de vácuo, duas saídas não paralelas que mantém uma placa metálica em cada extremidade, que estão conectadas por uma fonte de tensão elétrica.
Ampola de Crookes
A placa metálica conectada ao pólo negativa é denominada cátodo, já a outra placa, conectada ao pólo positivo é o anodo. Quando a tensão elétrica entre esses dois pólos é elevada- cerca de 10 000 Volts-, forma-se um feixe luminoso que atravessa o tubo saindo do cátodo até o anodo. Esse feixe luminoso é denominado raios catódicos e independia do gás rarefeito presente dentro do tubo.
Crookes colocou um anteparo entre os eletrodos, e ao ligar a ampola era possível observar que forma-se uma sombra, com o mesmo formado do anteparo, demonstrando uma trajetória retilínea dos raios catódicos. Muito embora o anodo e o cátodo não fossem paralelos ou lineares ente si.
Desta forma, pode-se concluir que o elétron ao atravessar o tubo é atraído pelo anodo, mas devido a sua alta energia cinética ( e também alta velocidade) continua a trajetória linear, batendo na parede oposta do tubo.
Ao inserir uma pequena roda de pás entre os dois eletrodos, pode verificar a direção do feixe luminoso, pois a roda girava na direção do anodo. Assim definiu que os raios catódicos saiam do cátodo e iam em direção do anodo.
Em 1897 J.J. Thomson, descobriu e demonstrou que os raios catódicos eram formados por partículas negativas, hoje denominado elétrons. 
Os elétrons saem do cátodo e atingem o anodo, a energia cinética dos elétrons durante o choque com o anodo, é convertida uma parte em calor e outra em radiação eletromagnética, que foi caracterizada por Röntgen e ganhou o nome de raios-X.

As descobertas de Thomson com a Ampola de Crookes

Experimento de Thomson
Thomson ao observar que os raios catódicos conseguiam mover a pá, supos que esses raios eram compostos por massa e não apenas energia.
Para isso Thomson realizou algumas variações do experimento. Expôs os raios a campos elétricos com caga positiva, que atraiam o feixe luminoso, e eram repelidos ao serem expostos a campo elétrico negativo. Assim Thomson provou que os raios possuíam carga negativa.

Observações de Goldstein

Em 1886, Eugen Goldstein observou e descobriu os raios anódicos ou canais. Esses raios eram formados por partículas com carga positivas, formados pelos átomos presentes no gás rarefeito dentro do tubo.
Esse gás teve seus elétrons arrancados durante a descarga elétrica dos raios catódicos, e assim eram atraídos pelo catodo. Assim, essa observação levou Thomson a modelar o átomo como uma grande massa carregada positivamente encrustada com cargas negativas.

Röntgen e os Raios-X

Röntgen observou que raios misteriosos saíam da ampola de Crookes, sendo capazes de atravessar folhas de papelão. Como não sabia de que raios se tratava, Röntgen desconfiou que esse raio já havia sido catalogado e o chamou de raios-X, para depois conferir.
Buscando detectar ondas eletromagnéticas próximas ao tubo, Röntgen, usava uma placa fluorescente de cianeto de platina e bário, mas a atmosfera rarefeita da ampola de Crookes foi decisiva para a produção e descoberta dos Raios-X. 
Ao aplicar uma elevada tensão elétrica entre os eletrodos da ampola, provoca-se a ionização do gás remanescente, que faz os cátions migrarem para o catodo.  
Röntger trocou os eletrodos de alumínio por platina e colocou como alvo do bombardeio dos elétrons o ânodo, produzindo muito mais Raios-X. Contudo, como a ampola aquecia, ela facilmente derretia o ânodo, levando Röntgen a substituir o alvo, por tungstênio (um metal refratário).
A descoberta dos raios-X só foi possível ao recobrir a ampola com papel preto recoberto com platino cianeto de bário, a fim de evitar que a luz produzida escapasse da ampola, pois o recobrimento do papel era usado como sensor de radiação ionizante. A colisão dos elétrons dos raios catódicos contra a parede de vidro da ampola dão origem aos Raios-X, que tornava o papel fluorescente mesmo a 1 metro da ampola.
Assim Röntger observou que essa radiação não era a radiação catódica, mas outra que decidira estudar mais a fundo.
Trocou novamente o alvo por uma barra grossa de cobre, também trocou o papel de planito cianeto de bário por uma placa fotográfica.
Notou também que só o chumbo era capaz de bloquear os raios-X.

Referencias

Local: Brasil