亨利·莫斯利與原子序的發現

原子量的麻煩

在門得列夫之後的 40 多年裡，週期表都是依原子量排序的，只有少數尷尬的例外。氬比鉀重，鈷比鎳重，碲比碘重，但在每一對中，較重的元素顯然都應該排在前面。化學家們也無法確定還有多少稀土元素等待被發現，因為它們的原子量實在太接近了。

1911 年，歐尼斯特·拉塞福證明原子有一個微小的、帶正電的原子核。不久之後，荷蘭科學家安東紐斯·范登布魯克提出，元素在表中的位置可能等於其原子核所帶的電荷。莫斯利著手檢驗這個想法。

莫斯利的 X 射線實驗

亨利·格溫·傑弗里斯·莫斯利出生於 1887 年，在牛津大學求學後，加入了曼徹斯特大學拉塞福的實驗室。他用不同元素的樣品作為 X 射線管中的靶材，並透過晶體反射來測量每種元素放出的 X 射線波長，這是威廉·亨利·布拉格和他的兒子勞倫斯最近發展出的技術。1913 年底，他發表了從鈣到鋅各元素的結果，1914 年又把工作擴展到從鋁到金的大多數元素。

結果出奇地簡單。每種元素最強 X 射線譜線頻率的平方根，從一個元素到下一個元素，幾乎是以相同的步幅上升。這個關係現在稱為莫斯利定律。

原子序取而代之

莫斯利的結論是，每個元素的原子核都比前一個元素多一個單位的正電荷。這個整數，即原子序，才是真正決定元素位置的因素；今天我們知道它等於原子核中的質子數。依原子序排列，使氬排在鉀之前，鈷排在鎳之前，碲排在碘之前，完全不需要例外，週期律也因此重新表述為：性質隨原子序而非原子量重複出現。

空位被揭示

由於原子序是整數，莫斯利的方法可以用來數出元素的數目。它顯示原子序為 43、61、72 和 75 的元素仍然缺失，並使人們得以確定鑭（57）和鎦（71）之間究竟有多少鑭系元素。這些空位在接下來的三十年裡陸續被填上：1923 年發現鉿（72），1925 年發現錸（75），1937 年發現鎝（43），1945 年發現鉕（61）。鉿和錸都是利用 X 射線光譜法找到的，這正是莫斯利所開創的方法。

殞命於加里波利

1914 年第一次世界大戰爆發時，莫斯利志願加入英國陸軍，成為皇家工兵部隊的通信軍官。1915 年 8 月 10 日，他在加里波利（位於今日土耳其）陣亡，年僅 27 歲。拉塞福在《自然》期刊上為他撰寫了訃告，許多科學家認為他的死是戰爭給科學界帶來的最大損失之一。僅僅幾年的研究，莫斯利就為週期表奠定了至今仍賴以存在的基礎。