Генри Мозли и открытие атомного номера

Проблема атомного веса

Более 40 лет после Менделеева периодическая таблица была упорядочена по атомному весу, с несколькими неловкими исключениями. Аргон тяжелее калия, кобальт тяжелее никеля, а теллур тяжелее иода, однако в каждой паре более тяжёлый элемент явно должен стоять первым. Химики также не могли сказать, сколько редкоземельных элементов ещё предстоит открыть, потому что их атомные веса были так близки.

В 1911 году Эрнест Резерфорд показал, что у атома есть крошечное положительно заряженное ядро. Вскоре после этого голландский учёный Антониус ван ден Брук предположил, что положение элемента в таблице может равняться заряду этого ядра. Мозли решил проверить эту идею.

Рентгеновский эксперимент Мозли

Генри Гвин Джеффрис Мозли, родившийся в 1887 году, после учёбы в Оксфорде присоединился к лаборатории Резерфорда в Манчестерском университете. Он использовал образцы разных элементов в качестве мишеней в рентгеновской трубке и измерял длины волн излучаемых ими рентгеновских лучей, отражая их от кристалла — метод, недавно разработанный Уильямом Генри Бреггом и его сыном Лоуренсом. В конце 1913 года он опубликовал результаты для элементов от кальция до цинка, а в 1914 году расширил работу на большинство элементов от алюминия до золота.

Результат оказался удивительно простым. Квадратный корень из частоты самой сильной рентгеновской линии каждого элемента рос почти на один и тот же шаг от элемента к элементу. Эта зависимость теперь известна как закон Мозли.

Атомный номер выходит на первое место

Мозли пришёл к выводу, что в ядре каждого элемента на одну единицу положительного заряда больше, чем у предыдущего. Это целое число, атомный номер, и определяет место элемента; сегодня мы знаем, что оно равно числу протонов в ядре. Упорядочение по атомному номеру поставило аргон перед калием, кобальт перед никелем и теллур перед иодом без каких-либо исключений, и периодический закон был сформулирован заново: свойства повторяются с атомным номером, а не с атомным весом.

Пробелы выявлены

Поскольку атомные номера — целые числа, метод Мозли позволял пересчитать элементы. Он показал, что элементов с атомными номерами 43, 61, 72 и 75 ещё недоставало, и позволил выяснить, сколько лантаноидов существует между лантаном (57) и лютецием (71). Эти пробелы были заполнены в течение следующих трёх десятилетий: гафний (72) в 1923 году, рений (75) в 1925 году, технеций (43) в 1937 году и прометий (61) в 1945 году. Гафний и рений были найдены с помощью рентгеновской спектроскопии — метода, у истоков которого стоял Мозли.

Смерть под Галлиполи

Когда в 1914 году началась Первая мировая война, Мозли пошёл добровольцем в британскую армию и стал офицером связи в Королевских инженерных войсках. Он погиб в бою под Галлиполи, на территории современной Турции, 10 августа 1915 года в возрасте 27 лет. Резерфорд написал некролог в журнале Nature, и многие учёные считали его смерть одной из величайших потерь науки на войне. Всего за несколько лет исследований Мозли дал периодической таблице фундамент, на котором она стоит до сих пор.