亨利·莫塞莱与原子序数的发现

原子量的麻烦

在门捷列夫之后的 40 多年里，周期表一直按原子量排序，只有少数尴尬的例外。氩比钾重，钴比镍重，碲比碘重，但在每一对中，较重的元素显然应该排在前面。化学家们也无法判断还有多少稀土元素有待发现，因为它们的原子量非常接近。

1911 年，欧内斯特·卢瑟福证明原子有一个微小的、带正电的原子核。不久之后，荷兰科学家安东尼乌斯·范登布鲁克提出，元素在表中的位置可能等于原子核所带的电荷。莫塞莱着手检验这个想法。

莫塞莱的 X 射线实验

亨利·格温·杰弗里斯·莫塞莱生于 1887 年，在牛津大学学习之后，加入了卢瑟福在曼彻斯特大学的实验室。他把不同元素的样品用作 X 射线管中的靶，并通过晶体反射来测量每种元素发出的 X 射线的波长，这是威廉·亨利·布拉格父子（与其子劳伦斯）不久前发展出来的技术。1913 年末，他发表了从钙到锌这些元素的结果，1914 年他把工作扩展到了从铝到金的大多数元素。

结果非常简单。每种元素最强 X 射线谱线频率的平方根，从一个元素到下一个元素几乎以相同的步长增加。这一关系现在被称为莫塞莱定律。

原子序数接管

莫塞莱得出结论：每种元素的原子核中比前一种元素多一个单位的正电荷。这个整数，即原子序数，才真正决定了元素的位置；今天我们知道它等于原子核中的质子数。按原子序数排序，氩排在钾之前，钴排在镍之前，碲排在碘之前，无需任何例外，周期律也因此被重新表述为：性质随原子序数而不是原子量周期性重复。

空缺被揭示

由于原子序数是整数，莫塞莱的方法可以用来数元素的个数。它表明原子序数为 43、61、72 和 75 的元素仍然缺失，也使人们能够确定镧（57）和镥（71）之间到底有多少种镧系元素。这些空缺在接下来的三十年里被填满：铪（72）在 1923 年，铼（75）在 1925 年，锝（43）在 1937 年，钷（61）在 1945 年。铪和铼都是用 X 射线光谱法找到的，这正是莫塞莱开创的方法。

牺牲于加里波利

1914 年第一次世界大战爆发时，莫塞莱志愿加入英国陆军，成为皇家工兵部队的通信军官。1915 年 8 月 10 日，他在今土耳其的加里波利阵亡，年仅 27 岁。卢瑟福在《自然》杂志上为他撰写了讣告，许多科学家认为他的死是这场战争给科学造成的最大损失之一。仅仅几年的研究，莫塞莱就为周期表奠定了至今仍然依靠的基础。