Henry Moseley a objev protonového čísla

Potíže s atomovou hmotností

Více než 40 let po Mendělejevovi byla periodická tabulka uspořádána podle atomové hmotnosti, s několika nepohodlnými výjimkami. Argon je těžší než draslík, kobalt je těžší než nikl a tellur je těžší než jod, a přesto v každé dvojici těžší prvek zjevně patří dopředu. Chemici také nedokázali říci, kolik prvků vzácných zemin ještě čeká na objevení, protože jejich atomové hmotnosti byly tak blízké.

V roce 1911 Ernest Rutherford ukázal, že atom má drobné, kladně nabité jádro. Brzy poté nizozemský vědec Antonius van den Broek navrhl, že pozice prvku v tabulce by se mohla rovnat náboji tohoto jádra. Moseley se rozhodl tuto myšlenku vyzkoušet.

Moseleyho rentgenový pokus

Henry Gwyn Jeffreys Moseley, narozený v roce 1887, vstoupil po studiu v Oxfordu do Rutherfordovy laboratoře na univerzitě v Manchesteru. Používal vzorky různých prvků jako terčíky v rentgenové trubici a měřil vlnové délky rentgenového záření, které každý vydával, tak, že je odrážel od krystalu, technikou nedávno vyvinutou Williamem Henrym Braggem a jeho synem Lawrencem. Koncem roku 1913 zveřejnil výsledky pro prvky od vápníku po zinek a v roce 1914 práci rozšířil na většinu prvků od hliníku po zlato.

Výsledek byl pozoruhodně jednoduchý. Druhá odmocnina frekvence nejsilnější rentgenové čáry každého prvku rostla od jednoho prvku k dalšímu téměř o stejný krok. Tento vztah je dnes znám jako Moseleyho zákon.

Protonové číslo přebírá vedení

Moseley došel k závěru, že každý prvek má v jádře o jednu jednotku kladného náboje více než prvek před ním. Toto celé číslo, protonové číslo, skutečně určuje místo prvku; dnes víme, že se rovná počtu protonů v jádře. Seřazení podle protonového čísla postavilo argon před draslík, kobalt před nikl a tellur před jod bez potřeby jakýchkoli výjimek a periodický zákon byl přeformulován: vlastnosti se opakují s protonovým číslem, nikoli s atomovou hmotností.

Odhalené mezery

Protože protonová čísla jsou celá čísla, Moseleyho metoda dokázala prvky spočítat. Ukázala, že prvky s protonovými čísly 43, 61, 72 a 75 stále chybějí, a umožnila rozhodnout, kolik lanthanoidů existuje mezi lanthanem (57) a lutetiem (71). Mezery byly zaplněny během následujících tří desetiletí: hafnium (72) v roce 1923, rhenium (75) v roce 1925, technecium (43) v roce 1937 a promethium (61) v roce 1945. Hafnium i rhenium byly vystopovány rentgenovou spektroskopií, metodou, kterou Moseley zavedl.

Smrt u Gallipoli

Když v roce 1914 vypukla první světová válka, Moseley se přihlásil do britské armády a stal se spojovacím důstojníkem u ženistů. Padl v boji u Gallipoli, v dnešním Turecku, 10. srpna 1915 ve věku 27 let. Rutherford napsal jeho nekrolog do časopisu Nature a mnozí vědci považovali jeho smrt za jednu z největších ztrát, které válka vědě způsobila. Za pouhých několik let výzkumu dal Moseley periodické tabulce základ, na němž stojí dodnes.