Henry Moseley och upptäckten av atomnumret

Problemet med atomvikt

I mer än 40 år efter Mendeleev var det periodiska systemet ordnat efter atomvikt, med några besvärliga undantag. Argon är tyngre än kalium, kobolt är tyngre än nickel och tellur är tyngre än jod, men i varje par hör det tyngre grundämnet uppenbarligen hemma först. Kemister kunde inte heller avgöra hur många sällsynta jordartsmetaller som ännu väntade på att upptäckas, eftersom deras atomvikter låg så nära varandra.

År 1911 visade Ernest Rutherford att en atom har en liten, positivt laddad kärna. Strax därefter föreslog den holländske forskaren Antonius van den Broek att ett grundämnes plats i systemet kunde vara lika med laddningen i kärnan. Moseley tog sig an att pröva idén.

Moseleys röntgenexperiment

Henry Gwyn Jeffreys Moseley, född 1887, anslöt sig till Rutherfords laboratorium vid universitetet i Manchester efter studier i Oxford. Han använde prover av olika grundämnen som mål i ett röntgenrör och mätte våglängderna hos den röntgenstrålning som var och en avgav genom att reflektera den mot en kristall, en teknik som nyligen utvecklats av William Henry Bragg och hans son Lawrence. I slutet av 1913 publicerade han resultat för grundämnena från kalcium till zink, och 1914 utvidgade han arbetet till de flesta grundämnena från aluminium till guld.

Resultatet var förbluffande enkelt. Kvadratroten ur frekvensen för varje grundämnes starkaste röntgenlinje steg med nästan samma steg från ett grundämne till nästa. Det sambandet kallas i dag Moseleys lag.

Atomnumret tar över

Moseley drog slutsatsen att varje grundämne har en enhet mer positiv laddning i sin kärna än grundämnet före det. Det heltalet, atomnumret, är det som egentligen bestämmer ett grundämnes plats; i dag vet vi att det är lika med antalet protoner i kärnan. Ordning efter atomnummer satte argon före kalium, kobolt före nickel och tellur före jod utan att några undantag behövdes, och den periodiska lagen formulerades om: egenskaperna upprepas med atomnumret, inte atomvikten.

Luckor avslöjas

Eftersom atomnummer är heltal kunde Moseleys metod räkna grundämnena. Den visade att grundämnena med atomnumren 43, 61, 72 och 75 fortfarande saknades, och den gjorde det möjligt att avgöra hur många lantanoider som finns mellan lantan (57) och lutetium (71). Luckorna fylldes under de följande tre decennierna: hafnium (72) 1923, renium (75) 1925, teknetium (43) 1937 och prometium (61) 1945. Hafnium och renium spårades båda upp med röntgenspektroskopi, metoden som Moseley hade varit pionjär för.

Döden vid Gallipoli

När första världskriget bröt ut 1914 anmälde sig Moseley frivilligt till den brittiska armén och blev signalofficer i Royal Engineers. Han stupade i strid vid Gallipoli, i nuvarande Turkiet, den 10 augusti 1915, 27 år gammal. Rutherford skrev hans minnesord i tidskriften Nature, och många forskare ansåg hans död vara en av krigets största förluster för vetenskapen. På bara några års forskning hade Moseley gett det periodiska systemet den grund det fortfarande vilar på.