Henry Moseley dan penemuan nombor atom

Masalah dengan berat atom

Selama lebih 40 tahun selepas Mendeleev, jadual berkala disusun mengikut berat atom, dengan beberapa pengecualian yang janggal. Argon lebih berat daripada kalium, kobalt lebih berat daripada nikel dan telurium lebih berat daripada iodin, namun dalam setiap pasangan unsur yang lebih berat jelas patut berada dahulu. Ahli kimia juga tidak dapat memastikan berapa banyak unsur nadir bumi yang masih menunggu untuk ditemui, kerana berat atomnya sangat rapat.

Pada 1911 Ernest Rutherford menunjukkan bahawa atom mempunyai nukleus kecil yang bercas positif. Tidak lama kemudian saintis Belanda Antonius van den Broek mencadangkan bahawa kedudukan sesuatu unsur dalam jadual mungkin sama dengan cas pada nukleus itu. Moseley bertekad untuk menguji idea itu.

Eksperimen sinar-X Moseley

Henry Gwyn Jeffreys Moseley, dilahirkan pada 1887, menyertai makmal Rutherford di Universiti Manchester selepas belajar di Oxford. Beliau menggunakan sampel unsur yang berbeza sebagai sasaran dalam tiub sinar-X dan mengukur panjang gelombang sinar-X yang dipancarkan oleh setiap satu dengan memantulkannya daripada hablur, teknik yang baru dibangunkan oleh William Henry Bragg dan anaknya Lawrence. Pada lewat 1913 beliau menerbitkan keputusan bagi unsur daripada kalsium hingga zink, dan pada 1914 beliau memperluas kerja itu kepada kebanyakan unsur daripada aluminium hingga emas.

Hasilnya sangat mudah. Punca kuasa dua frekuensi garis sinar-X terkuat setiap unsur meningkat dengan langkah yang hampir sama daripada satu unsur ke unsur berikutnya. Hubungan ini kini dikenali sebagai hukum Moseley.

Nombor atom mengambil alih

Moseley merumuskan bahawa setiap unsur mempunyai satu unit cas positif lebih dalam nukleusnya daripada unsur sebelumnya. Nombor bulat itu, nombor atom, yang benar-benar menetapkan tempat sesuatu unsur; hari ini kita tahu ia sama dengan bilangan proton dalam nukleus. Menyusun mengikut nombor atom meletakkan argon sebelum kalium, kobalt sebelum nikel dan telurium sebelum iodin tanpa memerlukan pengecualian, dan hukum berkala dinyatakan semula: sifat berulang mengikut nombor atom, bukan berat atom.

Ruang kosong terdedah

Oleh sebab nombor atom ialah nombor bulat, kaedah Moseley dapat mengira unsur. Ia menunjukkan bahawa unsur bernombor atom 43, 61, 72 dan 75 masih hilang, dan ia memungkinkan penetapan berapa banyak lantanida yang wujud antara lantanum (57) dan lutesium (71). Ruang kosong itu diisi dalam tempoh tiga dekad berikutnya: hafnium (72) pada 1923, renium (75) pada 1925, teknetium (43) pada 1937 dan prometium (61) pada 1945. Hafnium dan renium kedua-duanya dijejaki menggunakan spektroskopi sinar-X, kaedah yang dipelopori Moseley.

Kematian di Gallipoli

Apabila Perang Dunia I bermula pada 1914, Moseley menjadi sukarelawan untuk Tentera British dan menjadi pegawai isyarat dalam Royal Engineers. Beliau terbunuh dalam pertempuran di Gallipoli, di Turki masa kini, pada 10 Ogos 1915, pada usia 27 tahun. Rutherford menulis obituarinya dalam jurnal Nature, dan ramai saintis menganggap kematiannya sebagai salah satu kehilangan terbesar sains akibat perang. Dalam hanya beberapa tahun penyelidikan, Moseley telah memberikan jadual berkala asas yang masih menjadi tunjangnya.