Henry Moseley

Henry Gwyn Jeffreys Moseley
Henry G. J. Moseley (1914).
Rojstvo	23. november1887({{padleft:1887|4|0}}-{{padleft:11|2|0}}-{{padleft:23|2|0}})[…] Weymouth, Dorset
Smrt	10. avgust1915({{padleft:1915|4|0}}-{{padleft:8|2|0}}-{{padleft:10|2|0}})[…](27 let) polotok Galipoli,Osmanski imperij
Bivališče	Združeno kraljestvo
Državljanstvo	Združenega kraljestva
Narodnost	angleška
Področja	fizika,kemija
Izobrazba	Kolidž Trinity,Univerza v Oxfordu Univerza v Manchestru
Poznan po	vrstno število Moseleyjev zakon
Vplivi	Ernest Rutherford
Pomembne nagrade	Matteuccijeva medalja(1919)

Henry Gwyn Jeffreys Moseley,angleškifizikinčastnik,*23. november1887,Weymouth,Dorset,Anglija,†10. avgust1915,Galipoli,Osmansko cesarstvo(sedajTurčija).

Moseleyjevi doprinosi kfizikalniznanosti so bili zagovor fizikalnih zakonov pred predhodnim empiričnim inkemijskimkonceptomvrstnega števila.To izvira iz njegovega razvojaMoseleyjevega zakonavrentgenskih spektrih.Moseleyjev zakon je opravičil več konceptov v kemiji z razvrstitvijokemičnih elementovperiodnega sistemav logični red temelječ na njihovih fizikalnih značilnosti.

Moseleyjev zakon je izpopolnilatomsko fizikoz zagotovitvijo prvega eksperimentalnega dokazaBohrove teorijeiz leta 1913, polegspektra vodikovega atoma,ki ga naj bi Bohrova teorija poustvarila. Teorija je izboljšalaRutherfordovinvan den Broekovmodel iz leta 1911, ki je predlagal, da atom v svojemjedruvsebuje število pozitivnihjedrskih nabojev,ki je enako (vrstnemu) številu v periodnem sistemu. Ta model je ostal v veljavi do danes.

Ob izbruhu1. svetovne vojnev Zahodni Evropi je Moseley prekinil svoje znanstveno delo naUniverzi v Oxforduin se prostovoljno pridružilKraljevim inženircemvBritanski kopenski vojski.Aprila 1915 so ga kot častnika za zveze poslali z vojaki Britanskega imperija vinvazijo na Galipoli.Medbitko za Sari Bairga je 10. avgusta 1915 v starosti 27 let ostrostrelec smrtno zadel v glavo. Strokovnjaki so razglabljali, da bi lahko Moseley leta 1916 prejelNobelovo nagrado za fiziko,če ne bi padel.Kot posledico tega je britanska vlada vpeljala novo politiko primernosti za bojno dolžnost znanstvenikov.

Življenje

Henry Moseley, pri prijateljih znan kot Harry,se je rodil vWeymouthuvDorsetuleta 1887. Njegov očeHenry Nottidge Moseley(1844–91), ki je umrl, ko je bil Henry Moseley še majhen, je bilbiologin tudi profesoranatomijeinfiziologijena Univerzi v Oxfordu. Oče je bil član ekspedicijeChallengerja.Moseleyjeva mati je bila Anabel Gwyn Jeffreys Moseley, hči velškega biologa,konhologainmalakologaJohna Gwyna Jeffreysa.

Henry Moseley je bil zelo obetaven dijakSummer Fields School(kjer se ena od štirih 'lig' imenuje po njem) in je prejel kraljevo štipendijo za študij naKolidžu Eton.Leta 1906 je na Etonu prejel nagradi za kemijo in fiziko.Tega leta je začel študirati naKolidžu TrinityUniverze v Oxfordu, kjer je diplomiral. Kmalu po diplomi na Oxfordu leta 1910 je postal demonstrator v fiziki naUniverzi v ManchestrupodRutherfordovimnadzorom.Prvo leto v Manchestru je bil Moseley zadolžen kot diplomirani asistent. Zatem je bil diplomirani raziskovalni asistent. Zavrnil je poučevalsko mesto, ki mu ga je ponudil Rutherford, in se novembra 1913 vrnil v Oxford, kjer so mu ponudili laboratorijske pogoje vendar brez podpore.

Znanstveno delo

Moseleyjevarentgenska cev

Pri raziskovanju energijedelcev βleta 1912 je Moseley pokazal, da so bili visoki potenciali dosegljivi iz radioaktivnega viraradija,in je tako izumil prvoatomsko baterijo,čeprav mu ni uspelo pridobiti 1 MeV, energije potrebne za ustavitev delcev.

Leta 1913 je Moseley opazoval inizmerilrentgenskespektrerazličnih kemičnih elementov (večinomakovin), ki so jih našli z metodouklonaskozikristale.To je bila pionirska raba metoderentgenske spektroskopijev fiziki s pomočjoBraggovega zakona uklonaza določevanje valovnih dolžin rentgenskih žarkov. Moseley je odkril sistematično matematično povezavo medvalovnimi dolžinaminastalih rentgenskih žarkov in vrstnimi števili kovin, ki so služile kot tarče vrentgenskih ceveh.To odkritje je postalo znano kotMoseleyjev zakon.

Pred njegovim odkritjem so vrstna števila (ali elementna števila) elementov obravnavali kot deloma poljubno zaporedno število, ki je temeljilo na zaporedjuatomskih mas.Kjer je bilo potrebno, so jih kemiki, kot npr.Mendelejev,spremenili. Pri odkritju periodnega sistema elementov je Mendelejev zamenjal vrstni red nekaterih parov elementov, da bi jih primerneje razvrstil v tej razpredelnici. Kovinikobaltinnikeljsta na primer dobili vrstni števili 27 in 28 glede na njune znane kemijske in fizikalne značilnosti, četudi sta imeli skoraj enaki atomski masi. Dejansko je atomska masa kobalta malenkost večja od nikljeve in bi morali biti kovini v obratnem vrstnem redu, če bi se ju v periodni sistem razporejalo na slepo glede na njuni atomski masi. Moseleyjevi poskusi v rentgenski spektroskopiji so neposredno iz njune fizike pokazali, da imata kobalt in nikelj različni vrstni števili, 27 in 28, in da sta v periodni sistem umeščeni pravilno glede na njegove nepristranske meritve njunih vrstnih števil. Zaradi tega je Moseleyjevo odkritje pokazalo, da so vrstna števila elementov ne le samo poljubna števila na podlagi kemije in intuicije kemikov, ampak tudi, da imajo trdno eksperimentalno osnovo iz fizike njihovih rentgenskih spektrov.

Poleg tega je Moseley pokazal, da so bile v zaporedju vrstnih števil vrzeli pri številih 43, 61, 72 in 75. Ta prazna mesta so sedaj znana in pripadajo radioaktivnim umetnim elementomtehneciju(okritemu leta 1937) inprometiju(odkritemu leta 1942), zadnji dve pa v naravi zelo redkima stabilnima elementomahafniju(odkritemu leta 1923) inreniju(odkritemu leta 1925). V Moseleyjevemu življenju ni bilo znanega nič od teh štirih elementov, kakor tudi ne njihov obstoj. Na podlagi intuicije je Mendelejev predvidel obstoj manjkajočega elementa v periodnem sistemu, ki so ga kasneje odkrili kot tehnecij,Braunerpa je napovedal obstoj drugega manjkajočega elementa v tem sistemu, kasneje odkritem kot prometij. Moseleyjevi poskusi so potrdili te napovedi in so eksaktno pokazali, da sta bili manjkajoči vrstni števili 43 in 61. Poleg tega je Moseley napovedal še dva neodkrita elementa z vrstnima številoma 72 in 75, in dal zelo močan dokaz, da v periodnem sistemu ni drugih vrzeli med elementomaaluminijem(vrstno število 13) inzlatom(vrstno število 79).

Vprašanje o možnosti neodkritih (»manjkajočih«) elementov je bilo dolgoletni problem svetovnih kemikov, še posebej obstoj velike družine nizalantanidovredkozemeljskih elementov.Moseley je lahko pokazal, da je teh lantanidnih elementov – odlantanadolutecijatočno 15, nič več in nič manj. Število elementov v skupini lantanidov je bilo v začetku 20. stoletja kemikom še precej nedoločeno. Niso mogli ustvariti čistih vzorcev vseh redkozemeljskih elementov, kot tudi ne v obliki njihovihsoliin v nekaterih primerih niso mogli razlikovati med mešanico dveh zelo podobnih (sosednjih) redkozemeljskih elementov in bližnjih čistih kovin v periodnem sistemu. Obstajal je na primer tako imenovani »element« s kemijskih imenom »didim«, s pomenom »element dvojček«. Nakaj let kasneje so odkrili, da je bil »didim« preprosto mešanica dveh pravih redkozemeljskih elementov (odkritih leta 1885) z imenomaneodiminprazeodim,s pomenoma »novi dvojček« in »zeleni dvojček«. Poleg tega metode ločevanja redkozemeljskih elementov z metodoionskega izmenjevanjav Moseleyjevemu času še niso odkrili.

Moseleyjeva metoda v zgodnji rentgenski spektroskopiji je omogočila neodložljivo razrešitev zgornjih kemijskih problemov, ki so več let zaposlovali kemike. Moseley je predvidel tudi obstoj elementa z vrstnim številom 61, lantanida, katerega obstoj je bil pred tem neverjeten. Nekaj let kasneje so ta element leta 1942 ustvarili umetno vjedrskih reaktorjihin ga poimenovali prometij.

Dosežki k razumevanju atoma

Pred Moseleyjem in njegovim zakonom so imeli vrstna števila za deloma poljubna razvrstitvena števila, ki so nedoločeno naraščala z atomsko maso, vendar niso bila določena z njo. Moseleyjevo odkritje je pokazalo, da vrstna števila niso bila poljubno dodeljena ampak so imela določeno fizikalno osnovo. Moseley je domneval, da ima naslednji sosednji element jedrski naboj točno za eno enoto večji kot predhodnik. Na novo je definiral zamisel o vrstnih številih iz predhodnjega stanja kotad hocštevilčna označitev za pomoč pri razvrščanju elementov v točno zaporedje naraščajočih vrstnih števil, s čimer je periodni sistem postal eksakten. To je kasneje postalo osnovanačela izgradnjev raziskovanju atomov. Kakor je poudaril Bohr je Moseleyjev zakon zagotovil razumno zaokroženo eksperimentalno množico podatkov, ki je podprla Rutherfordovo in van den Broekovo predstavo atoma iz leta 1911 s pozitivno nabitim jedrom, ki ga obkrožajo negativno nabitielektroni,in v katerem vrstno število predstavlja eksaktno fizikalno število pozitivnih nabojev – kasneje odkritih in poimenovanihprotoniv osrednjem atomskem jedru elementov. Moseley je v svojem raziskovalnem članku omenil oba znanstvenika, ni pa omenil Bohra, saj so bile njegove zamisli tedaj še prevelika novost. Našli so preproste modifikacijeRydbergovihinBohrovih enačb,ki so teoretično opisovale Moseleyjev empirično izpeljani zakon za določevanje vrstnih števil.

Raba rentgenskega spektrometra

Rentgenski spektrografiso osnovni gradnikirentgenske kristalografije.Rentgenski spektrometri so, kakor jih je poznal Moseley, delovali na naslednji način. Rabila se je steklenaelektronska cevv obliki bučke, podobna tisti, ki jo v rokah drži Moseley na znani fotografiji. Znotraj vakuumirane cevi so elektroni obstreljevali kovinsko snov (v primeru Moseleyjevega dela vzorec čistega elementa) in pri tem povzročaliionizacijoelektronov iz notranjihelektronskih lupinelementa. Odboj elektronov v te luknje v notranjih lupinah je naprej povzročil sevanje rentgenskihfotonov,ki so bili izpeljani iz cevi v polcurku skozi odprtino zunanjega rentgenskega ščita. Nato jih je odklonil standardizirani kristal soli, koti odklonov pa so se odbirali kot fotografske črte na izpostavljenem rentgenskem filmu postavljenem zunaj vakuumske cevi na znani razdalji. Uporaba Braggovega zakona (po začetnem ugibanju srednje razdalje med atomi in kovinskim kristalom na podlagi njegove gostote) je nato omogočila izračun valovne dolžine izsevanih žarkov.

Moseley je sodeloval pri načrtovanju in izdelavi zgodnje rentgenske spektrometrične opreme in se odWilliama Henryja BraggainWilliama Lawrencea BragganaUniverzi v Leedsunaučil več tehnik. Več opreme pa je izdelal sam. Več tehnik rentgenske spektroskopije so navdihnile metode, ki so jih uporabljali sspektroskopiinspektrografivvidni svetlobi,z zamenjavo kristalov,ionizacijskih celicin fotografskih plošč z ustreznimi vspektroskopijividne svetlobe. V nekaterih primerih je moral Moseley spremeniti svojo opremo, da je zaznal še posebej mehke nizkofrekvenčne rentgenske žarke, ki niso prodrli ne v zrak ali papir, in je moral delati s svojimi inštrumenti vvakuumski celici.

Smrt in zapuščina

Enkrat v prvi polovici leta 1914 je Moseley zapustil svoje delovno mesto v Manchestru in se hotel vrniti v Oxford kjer bi nadaljeval svoje raziskave v fiziki. 1. svetovna vojna je izbruhnila avgusta 1914. Zavrnil je to ponudbo za delovno mesto in se namesto tega javil hKraljevim inženircemvBritanski kopenski vojski.Njegovi domači in prijatelji so ga hoteli prepričati naj se ne pridruži vojski, vendar je to imel za svojo dolžnost.V začetku aprila 1915 je služboval kot tehnični častnik za zveze medinvazijo na Galipoliv Turčiji. Medbitko za Sari Bairje 10. avgusta 1915 padel. Turški ostrostrelec ga je ustrelil v glavo med prenašanjem vojaškega ukaza prek telefona.

Kraljeva kemijska družbaje leta 2007 postavila modro spominsko ploščo naTownsend BuildingLaboratorija Clarendonv Oxfordu v spomin Moseleyjevemu raziskovalnemu delu v zgodnjem 20. stoletju o rentgenskih žarkih, ki jih sevajo elementi.

V času svoje smrti je bil Moseley star le 27 let in po mnenju nekaterih znanstvenikov bi lahko veliko prispeval k znanju o atomski zgradbi, če bi preživel.Niels Bohrje leta 1962 dejal, da Rutherfordovega dela »sploh niso jemali resno« in, da je »velika sprememba prišla od Moseleyja.«

Asimovje zapisal: »Glede na to kaj bi [Moseley] lahko dosegel... je bila njegova smrt ena najdražjih posameznih smrti v vojni za človeštvo v splošnem.«Zaradi Moseleyjeve smrti v 1. svetovni vojni in po močnem Rutherfordovem lobiranjuje britanska vlada vpeljala politiko, ki ni več dovoljevala vpoklica britanskih pomembnih in obetajočih znanstvenikov za bojno dolžnost v oboroženih silah Krone.

Asimov je razmišljal tudi, da če Moseley med služenjem britanskemu imperiju ne bi padel, bi leta 1916 verjetno prejelNobelovo nagrado za fiziko,katere skupaj z nagrado za kemijo tega leta niso podelili nikomur. Poleg tega k tej verjetnosti pripomorejo podelitve Nobelovih nagrad za fiziko v dveh predhodnih letih 1914 in 1915, ter v naslednjem letu 1917. Leta 1914 je nagrado za fiziko prejelvon Laueza svoje odkritje uklona rentgenskih žarkov na kristalih, kar je bil odločilen korak k odkritju rentgenske spektroskopije. Nato sta si leta 1915 nagrado delila Bragga, oče in sin za njuno odkritje obratnega problema - določevanja strukture kristalov s pomočjo rentgenskih žarkov. Robert Charles Bragg, drugi sin Williama Henryja Bragga je tudi padel pri Galipoliju 2. septembra 1915.). Moseley je uporabljal uklon rentgenskih žarkov na znanih kristalih za merjenje rentgenskih spektrov kovin. To je bila prva raba rentgenske spektroskopije in še en korak naprej k nastanku rentgenske kristalografije. Poleg tega so njegove metode in analize močno podprle koncept vrstnega števila in mu dale trdno fizikalno osnovo.Barklaje leta 1917 prejel Nobelovo nagrado za fiziko za svoje eksperimentalno delo s pomočjo rentgenske spektroskopije pri odkritjukarakterističnih rentgenskih frekvenc,ki jih sevajo različni elementi in še posebej kovine. »Siegbahn,ki je nadaljeval Moseleyjevo delo, je [leta 1924 prejel Nobelovo nagrado za fiziko].«Moseleyjeva odkritja so bila tako z istih področij kot tista od prejemnikov Nobelove nagrade, naredil pa je tudi večji korak pri prikazu dejanskih temeljev vrstnih števil. Rutherford je zapisal, da je njegovo delo Moseleyju »v dveh letih na začetku njegove kariere omogočilo zaključiti niz raziskav, ki bi mu zagotovo prinesel Nobelovo nagrado.«

Moseleyju v čast so v Manchestru in Etonu postavili spominski plošči. ŠtipendijoKraljeve družbe,ustanovljeno na njegovo željo, je prejel fizikPatrick Maynard Stuart Blackett,ki je kasneje postal predsednik Družbe.

Viri

• Asimov, Isaac(1972),Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and Technology,New York: Doubleday, str. 921,ISBN0-385-17771-2
• Asimov, Isaac (1982), »Moseley, Henry Gwyn-Jeffreys«,Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and Technology: The Lives and Achievements of 1510 Great Scientists from Ancient Times to the Present Chronologically Arranged(2. izpopolnjena izd.), Garden City, NY: Doubleday
• Duffield, Walter Geoffrey (1922),»Henry Gwyn Jeffreys«,Enciklopedija Britannica
• Heilbron, John Lewis(1966), »The Work of H. G. J. Moseley«,Isis,57(3): 336–364,doi:10.1086/350143,ISSN0021-1753,JSTOR228365- članek JSTOR; zahtevano je dovoljenje
• Heilbron, John Lewis (1974),H. G. J. Moseley: The Life and Letters of an English Physicist, 1887–1915,Berkeley in Los Angeles, Kalifornija: University of California Press,ISBN0-520-02375-7
• Moseley, H. G. W. (1913),»The attainment of high potentials by the use of Radium«,Proceedings of the Royal Society,88(605): 471–6,Bibcode:1913RSPSA..88..471M,doi:10.1098/rspa.1913.0045,pridobljeno 5. januarja 2013
• Rhodes, Richard(1987),The Making of the atomic bomb
• Rutherford, Ernest(2004),Moseley, Henry Gwyn Jeffreys (1887–1915),Oxford Dictionary of National Biography (v angleščini),pridobljeno 5. januarja 2013
• Smoot, Robert C.; Price, Jack (1983),Chemistry: a modern course,Charles E. Merrill Publishing Co., str. 195,ISBN0-675-07160-7

Nadaljnje branje

• Jaffe, Bernard (1971),Moseley and the Numbering of the Elements,Garden City, New York: Anchor Books
• Scerri, Eric R. (2007),The Periodic Table: Its Story and Its Significance,Oxford: Oxford University Press,ISBN0-19-530573-6
• Scerri, Eric R. (2014), »Master of Missing Elements«,American Scientist,102:358–365

Zunanje povezave

• Akademsko drevo Henryja Moseleyjana Physics Tree(angleško)
• Moseley's original article, with illustration(angleško)
• Annotated Bibliography for Henry Moseley from the Alsos Digital Library for Nuclear IssuesArhivirano2006-06-14 naWayback Machine.(angleško)
• Moseley plot of characteristic x-rays(angleško)
• Brief biography(Arhivirano22 January 2010 naWayback Machine.) – Henry Moseley X-Ray Imaging Facility(angleško)
• Henry Moseley(biography). "This Month in Physics History".Ameriško fizikalno društvo.2012.(angleško)