הנרי מוזלי וגילוי המספר האטומי

הבעיה במשקל האטומי

במשך יותר מ־40 שנה אחרי מנדלייב, הטבלה המחזורית סודרה לפי משקל אטומי, עם כמה חריגים מביכים. ארגון כבד יותר מאשלגן, קובלט כבד יותר מניקל וטלוריום כבד יותר מיוד, ובכל זאת בכל זוג היסוד הכבד שייך בבירור קודם. כימאים גם לא יכלו לדעת כמה יסודות אדמה נדירים עדיין מחכים להתגלות, משום שמשקליהם האטומיים היו קרובים מאוד זה לזה.

ב־1911 הראה ארנסט רתרפורד שלאטום יש גרעין זעיר בעל מטען חיובי. זמן קצר לאחר מכן הציע המדען ההולנדי אנטוניוס ואן דן ברוק שמקומו של יסוד בטבלה אולי שווה למטען הגרעין הזה. מוזלי יצא לבדוק את הרעיון.

ניסוי קרני ה־X של מוזלי

הנרי גווין ג'פריז מוזלי, יליד 1887, הצטרף למעבדתו של רתרפורד באוניברסיטת מנצ'סטר לאחר לימודים באוקספורד. הוא השתמש בדגימות של יסודות שונים כמטרות בשפופרת קרני X ומדד את אורכי הגל של קרני ה־X שכל אחד פלט על ידי החזרתן מגביש, שיטה שפיתחו לא מכבר ויליאם הנרי בראג ובנו לורנס. בסוף 1913 פרסם תוצאות ליסודות מסידן ועד אבץ, וב־1914 הרחיב את העבודה לרוב היסודות מאלומיניום ועד זהב.

התוצאה הייתה פשוטה להפליא. השורש הריבועי של התדירות של קו קרני ה־X החזק ביותר של כל יסוד עלה בצעד כמעט זהה מיסוד אחד לבא אחריו. קשר זה ידוע כיום כחוק מוזלי.

המספר האטומי תופס את מקומו

מוזלי הסיק שלכל יסוד יש בגרעינו יחידה אחת נוספת של מטען חיובי לעומת היסוד שלפניו. המספר השלם הזה, המספר האטומי, הוא מה שקובע באמת את מקומו של יסוד; כיום אנו יודעים שהוא שווה למספר הפרוטונים בגרעין. סידור לפי מספר אטומי הציב את ארגון לפני אשלגן, את קובלט לפני ניקל ואת טלוריום לפני יוד בלי צורך בחריגים, והחוק המחזורי נוסח מחדש: תכונות חוזרות עם המספר האטומי, לא עם המשקל האטומי.

פערים נחשפו

מכיוון שמספרים אטומיים הם מספרים שלמים, שיטתו של מוזלי יכלה למנות את היסודות. היא הראתה שיסודות עם מספרים אטומיים 43, 61, 72 ו־75 עדיין חסרים, ואפשרה לקבוע כמה לנתנידים קיימים בין לנתן (57) ללוטטיום (71). הפערים מולאו במהלך שלושת העשורים הבאים: האפניום (72) ב־1923, רניום (75) ב־1925, טכנציום (43) ב־1937 ופרומתיום (61) ב־1945. האפניום ורניום אותרו שניהם בעזרת ספקטרוסקופיית קרני X, השיטה שמוזלי פתח.

מוות בגליפולי

כשפרצה מלחמת העולם הראשונה ב־1914, התנדב מוזלי לצבא הבריטי והפך לקצין קשר במהנדסים המלכותיים. הוא נהרג בקרב בגליפולי, בטורקיה של ימינו, ב־10 באוגוסט 1915, בגיל 27. רתרפורד כתב את ההספד שלו בכתב העת Nature, ומדענים רבים ראו במותו אחד האבדות הגדולות ביותר של המלחמה למדע. בכמה שנות מחקר בלבד העניק מוזלי לטבלה המחזורית את היסוד שעליו היא עדיין נשענת.