Генри Мозли - Henry Moseley

О других людях по имени Генри Мозли см. Генри Мозли (значения).

Генри Мозли
Генри Мозли (1887-1915) .jpg
Мозли в 1914 году
Родившийся
Генри Гвин Джеффрис Мозли

(1887-11-23)23 ноября 1887 г.
Weymouth, Дорсет, Англия
Умер10 августа 1915 г.(1915-08-10) (27 лет)
Галлиполи, Османская Турция
Причина смертиПогиб в бою
Национальностьанглийский
ГражданствоБританский
ОбразованиеТринити-колледж, Оксфордский университет
Манчестерский университет
ИзвестенАтомный номер, Закон Мозли
НаградыМаттеуччи Медаль (1919)
Научная карьера
ПоляФизика, химия
ВлиянияЭрнест Резерфорд

Генри Гвин Джеффрис Мозли (/ˈмoʊzля/; 23 ноября 1887 - 10 августа 1915) был англичанином. физик, чей вклад в наука из физика было оправданием физических законов предыдущих эмпирических и химический концепция атомный номер. Это произошло из-за его развития Закон Мозли в Рентгеновские спектры.

Закон Мозли продвинул атомную физику, ядерную физику и квантовую физику, предоставив первые экспериментальные доказательства в пользу Теория Нильса Бора, кроме спектра атома водорода, который теория Бора должна была воспроизвести. Эта теория уточнена Эрнест Резерфорд 'песок Антониус ван ден Брук модель, в которой атом содержится в его ядро ряд положительных ядерные заряды что равно его (атомному) номеру в периодической таблице.[1][2] Эта модель остается общепринятой и сегодня.

Когда Первая Мировая Война вспыхнул в западная Европа, Мозли оставил свою исследовательскую работу в Оксфордский университет позади, чтобы стать волонтером Инженерные войска из Британская армия. Мозли был приписан к силе британская империя солдаты, вторгшиеся в регион Галлиполи, Турция, в апреле 1915 г. телекоммуникации офицер. Мозли был застрелен во время Битва при Галлиполи 10 августа 1915 года в возрасте 27 лет. Эксперты предположили, что иначе Мозли мог бы получить Нобелевская премия по физике в 1916 г.[3][4]

биография

Генри Дж. Дж. Мозли, известный своим друзьям как Гарри,[5] родился в Weymouth в Дорсет в 1887 г. Его отец Генри Ноттидж Мозли (1844–1891), умерший, когда Мозли был совсем молодым, был биологом, а также профессором анатомия и физиология в Оксфордском университете, который был членом Экспедиция претендента. Матерью Мозли была Амабель Гвин Джеффрис, дочь валлийца. биолог и конхолог Джон Гвин Джеффрис.[6] Она также была Чемпионка Великобритании по шахматам среди женщин в 1913 г.[7][8][а]

Мозли был очень многообещающим школьником в Летняя школа полей (где одна из четырех «лиг» названа в его честь), и ему была присуждена королевская стипендия для участия в Итонский колледж.[9] В 1906 году он получил в Итоне премии по химии и физике.[10] В 1906 году Мозли вошел в Тринити-колледж Оксфордского университета, где он получил степень бакалавра. Во время учебы в Оксфорде Мозли присоединился к Лодж Университета Аполлона.[11] Сразу после окончания Оксфорда в 1910 году Мозли стал демонстратором физики в Манчестерский университет под присмотром Сэр Эрнест Резерфорд. В течение первого года обучения Мозли в Манчестере у него была преподавательская нагрузка. ассистент аспирантуры, но после этого первого года он был переведен с преподавательских обязанностей на работу в качестве аспирант-исследователь. Он отказался от стипендии, предложенной Резерфордом, предпочтя вернуться в Оксфорд в ноябре 1913 года, где ему предоставили лабораторные условия, но не поддержали.[12]:95

Научная работа

Экспериментируя с энергией бета-частицы в 1912 году Мозли показал, что высокие потенциалы достижимы с помощью радиоактивного источника радия, и тем самым изобрел первый атомная батарея, хотя он не смог произвести 1 МэВ, необходимое для остановки частиц.[13]

В 1913 году Мозли наблюдал и измерял рентгеновский снимок спектры различных химические элементы (в основном металлы), которые были обнаружены методом дифракция через кристаллы.[14] Это было новаторское использование метода Рентгеновская спектроскопия в физике, используя Закон дифракции Брэгга для определения длин волн рентгеновского излучения. Мозли обнаружил систематическую математическую связь между длины волн производимого рентгеновского излучения и атомных номеров металлов, которые использовались в качестве мишеней в рентгеновских трубках. Это стало известно как Закон Мозли.

До открытия Мозли атомные номера (или элементные числа) элемент считалось полу-произвольным порядковым числом, основанным на последовательности атомные массы, но несколько модифицированы там, где химики сочли эту модификацию желательной, например, русским химиком, Дмитрий Иванович Менделеев. В своем изобретении Периодическая таблица элементов Менделеев поменял местами несколько пар элементов, чтобы поместить их в более подходящие места в этой таблице элементов. Например, металлы кобальт и никель им были присвоены атомные номера 27 и 28, соответственно, на основе их известных химических и физических свойств, хотя они имеют почти одинаковые атомные массы. Фактически, атомная масса кобальта немного больше, чем у никеля, что привело бы к их расположению в обратном порядке, если бы они были помещены в Периодическую таблицу в слепом соответствии с атомной массой. Эксперименты Мозли по рентгеновской спектроскопии показали, прямо из их физики, что кобальт и никель имеют разные атомные номера, 27 и 28, и что они правильно помещены в Периодическую таблицу с помощью объективных измерений их атомных номеров Мозли. Таким образом, открытие Мозли продемонстрировало, что атомные номера элементов - это не просто произвольные числа, основанные на химии и интуиции химиков, но, скорее, они имеют прочную экспериментальную основу из физики их рентгеновских спектров.

Кроме того, Мозли показал, что были пробелы в последовательности атомных номеров под номерами 43, 61, 72 и 75. Эти пробелы теперь известны, соответственно, как места расположения радиоактивных синтетических элементов. технеций и прометий, а также последние два довольно редких встречающихся в природе стабильных элемента гафний (обнаружен в 1923 г.) и рений (обнаружен в 1925 г.). Об этих четырех элементах при жизни Мозли ничего не было известно, даже о самом их существовании. Основываясь на интуиции очень опытного химик Дмитрий Менделеев предсказал существование недостающего элемента в Периодической таблице, которая, как позже выяснилось, заполнена технецием, и Богуслав Браунер предсказал существование еще одного недостающего элемента в этой таблице, которая, как позже выяснилось, заполнена прометием. Эксперименты Генри Мозли подтвердили эти предсказания, показав, какие именно отсутствующие атомные номера были 43 и 61. Кроме того, Мозли предсказал существование еще двух неоткрытых элементов, с атомными номерами 72 и 75, и дал очень убедительные доказательства того, что не было других промежутков в Периодической таблице между элементами алюминий (атомный номер 13) и золото (атомный номер 79).

Последний вопрос о возможности появления более неоткрытых («отсутствующих») элементов был постоянной проблемой среди химиков всего мира, особенно с учетом существования большого семейства лантаноид серия редкоземельные элементы. Мозли смог продемонстрировать, что эти элементы лантаноидов, т.е. лантан через лютеций, должно быть ровно 15 участников - не больше и не меньше. Количество элементов в лантаноидах было вопросом, который далеко не решался химиками начала 20 века. Они еще не могли производить чистые образцы всех редкоземельных элементов, даже в виде их соли, и в некоторых случаях они были неспособны отличить смеси двух очень похожих (соседних) редкоземельных элементов от близлежащих чистых металлов в Периодической таблице. Например, был так называемый «элемент», которому даже было дано химическое название «дидимия Несколько лет спустя было обнаружено, что «Didymium» представляет собой просто смесь двух настоящих редкоземельных элементов, и им были даны названия неодим и празеодим, что означает «новый близнец» и «зеленый близнец». Также метод разделения редкоземельных элементов методом ионный обмен еще не был изобретен во времена Мозли.

Метод Мозли в ранней рентгеновской спектроскопии позволил быстро решить указанные выше химические проблемы, некоторые из которых занимали химиков в течение ряда лет. Мозли также предсказал существование 61-го элемента, лантаноида, о существовании которого ранее не подозревали. Спустя несколько лет этот элемент 61 был создан искусственно в ядерные реакторы и был назван прометий.[15][16][17][18][19]

Вклад в понимание атома

До Мозли и его закона атомные числа считались полупроизвольным порядковым числом, неопределенно возрастающим с атомным весом, но не строго определяемым им. Открытие Мозли показало, что атомные номера не были присвоены произвольно, а, скорее, они имеют определенную физическую основу. Мозли предположил, что каждый последующий элемент имеет ядерный заряд ровно на одну единицу больше, чем его предшественник. Мозли пересмотрел идею атомных чисел от ее прежнего статуса как для этого случая числовой тег, помогающий сортировать элементы в точную последовательность возрастающих атомных номеров, что сделало Периодическую таблицу точной. (Позднее это стало основой Принцип Ауфбау в атомных исследованиях.) Как отмечал Бор, Закон Мозли предоставил достаточно полный экспериментальный набор данных, подтверждающих (новую с 1911 г.) концепцию Эрнест Резерфорд и Антониус ван ден Брук атома с положительно заряженным ядром, окруженным отрицательно заряженным электроны в котором атомный номер понимается как точное физическое число положительных зарядов (позже обнаруженных и названных протоны ) в центральных атомных ядрах элементов. Мозли упомянул вышеупомянутых двух ученых в своей исследовательской статье, но на самом деле не упомянул Бора, который тогда был довольно новичком на сцене. Было обнаружено, что простая модификация формул Ридберга и Бора дает теоретическое обоснование эмпирически выведенного закона Мозли для определения атомных номеров.

Использование рентгеновского спектрометра

BigMoseleyCard.jpg

Рентгеновские спектрометры являются краеугольными камнями Рентгеновская кристаллография. Рентгеновские спектрометры, какими их знал Мозли, работали следующим образом. Стеклянная колба электронная лампа был использован, аналогично тому, что держал Мозли на фотографии здесь. Внутри вакуумированной трубки электроны стреляли в металлическое вещество (то есть образец чистого элемента в работе Мозли), вызывая ионизация из электроны изнутри электронные оболочки элемента. Отскок электронов в эти дырки во внутренних оболочках затем вызывает испускание рентгеновского излучения. фотоны которые выводились из трубки в полулуче, через отверстие во внешней рентгеновской защите. Затем они дифрагируют на стандартизированном кристалле соли, угловые результаты читаются как фотографический линий путем экспонирования рентгеновской пленки, закрепленной снаружи вакуумной трубки на известном расстоянии. Применение Закон Брэгга (после некоторого первоначального предположения о средних расстояниях между атомами в металлическом кристалле, основанном на его плотности) затем позволили вычислить длину волны испускаемого рентгеновского излучения.

Мозли участвовал в проектировании и разработке раннего оборудования для рентгеновской спектрометрии,[20][21] изучение некоторых методов из Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг на Университет Лидса, и сам развивать других. Многие техники Рентгеновская спектроскопия были вдохновлены методами, которые используются с видимый свет спектроскопы и спектрограммы, путем замены кристаллов, ионизационных камер и фотопластинок на их аналоги в световом спектроскопия. В некоторых случаях Мозли считал необходимым модифицировать свое оборудование для обнаружения особенно слабых [нижний частота ] Рентгеновские лучи, которые не могли проникнуть ни в воздух, ни в бумагу, работая с его инструментами в вакуумная камера.

Смерть и последствия

Где-то в первой половине 1914 года Мозли ушел со своей должности в Манчестере с планами вернуться в Оксфорд и продолжить там свои физические исследования. Тем не мение, Первая Мировая Война вспыхнул в августе 1914 года, и Мозли отклонил это предложение о работе, чтобы вместо этого поступить на службу в Королевские инженеры Британская армия. Его семья и друзья пытались убедить его не присоединяться, но он считал это своим долгом.[22] Мозли служил техническим специалистом по связи во время Битва при Галлиполи, в индюк, начиная с апреля 1915 г., где он убит в бою 10 августа 1915 г. Мозли был ранен в голову турецким снайпер при звонке по военному приказу.

Синий налет возведенный Королевское химическое общество на Таунсенд-билдинг из Лаборатория Кларендона в Оксфорде в 2007 году в ознаменование исследовательской работы Мозли в начале 20-го века по рентгеновским лучам, испускаемым элементами.

По мнению некоторых ученых, Мозли, которому на момент смерти было всего двадцать семь лет, мог бы внести большой вклад в изучение атомной структуры, если бы он выжил. Нильс Бор сказал в 1962 году, что работы Резерфорда «вообще не воспринимались всерьез» и что «великая перемена произошла от Мозли».[23]

Роберт Милликен писал: «В исследовании, которому суждено войти в десятку самых блестящих по замыслу, искусных в исполнении и просвещающих результаты в истории науки, молодой человек двадцати шести лет распахнул окна, через которые мы может взглянуть на субатомный мир с определенностью и уверенностью, о которой никогда раньше не мечтали. Если бы европейская война не имела другого результата, кроме уничтожения этой молодой жизни, это одно только сделало бы ее одним из самых ужасных и непоправимых преступлений в истории . "[24]

Джордж Сартон написал: «Его слава уже была основана на таком прочном основании, что его память навсегда останется зеленой. Он - один из бессмертных в науке, и хотя он внес бы много других дополнений в наши знания, если бы его жизнь была сохранена, уже приписанные ему вклады имели такое фундаментальное значение, что вероятность того, что он превзойдет самого себя, была чрезвычайно мала. Весьма вероятно, что сколько бы он ни жил, о нем в основном вспоминали из-за «закона Мозли», который он опубликовал в возраст двадцати шести ".[25]

Айзек Азимов написал: «Принимая во внимание то, что он [Мозли] мог еще совершить ... его смерть вполне могла быть самой дорогостоящей смертью в войне для всего человечества».[4]:714 Айзек Азимов также предположил, что в случае, если бы он не был убит во время службы Британской империи, Мозли вполне мог быть награжден Нобелевская премия по физике[4]:714 в 1916 г., которая, наряду с премией по химии, в этом году никому не присуждена. Дополнительное доверие к этой идее придается тем, что отмечены лауреаты Нобелевской премии по физике за два предшествующих года, 1914 и 1915, и в следующем, 1917 году. В 1914 году Макс фон Лауэ из Германия получил Нобелевскую премию по физике за открытие дифракция рентгеновских лучей кристаллами, что стало решающим шагом на пути к изобретению Рентгеновская спектроскопия. Затем, в 1915 году, Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг пара британских отец-сын разделила эту Нобелевскую премию за открытия в обратной задаче - определение структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей (Роберт Чарльз Брэгг, другой сын Уильяма Генри Брэгга, также был убит в Галлиполи 2 сентября 1915 г.[26]). Затем Мозли использовал дифракцию рентгеновских лучей на известных кристаллах при измерении рентгеновских спектров металлов. Это было первое использование рентгеновской спектроскопии, а также еще один шаг к созданию Рентгеновская кристаллография. Кроме того, методы и анализ Мозли в значительной степени поддерживают концепцию атомный номер, положив его на прочный, физический фундамент. Более того, Чарльз Баркла из Великобритания был удостоен Нобелевской премии в 1917 году за экспериментальную работу по использованию рентгеновской спектроскопии в открытии характеристические частоты рентгеновского излучения испускается различными элементами, особенно металлами. "Зигбан, который продолжил работу Мозли, получил одну [Нобелевскую премию по физике в 1924 году] ".[4]:714 Таким образом, открытия Мозли были такого же масштаба, что и открытия его коллег, и, кроме того, Мозли сделал еще больший шаг, продемонстрировав реальную основу атомных чисел. Эрнест Резерфорд прокомментировал, что работа Мозли «позволила ему завершить в течение двух лет с самого начала своей карьеры ряд исследований, которые, несомненно, принесли бы ему Нобелевскую премию».[3]

Мемориальные доски Мозли были установлены в Манчестере и Итоне, а Королевское общество стипендию, учрежденную по его воле, вторым получателем был физик П. М. С. Блэкетт, который впоследствии стал президентом Общества.[12]:126

В Институт Физики Медаль Генри Мозли и приз назван в его честь.[27]

Примечания

  1. ^ После смерти первого мужа она снова вышла замуж, чтобы Уильям Джонсон Соллас, профессор геология в Оксфордском университете.

Рекомендации

  1. ^ Резерфорд, Э. (1911). «Рассеяние α- и β-частиц веществом и структура атома». Философский журнал. 6-я серия. 21 (125): 669–688.
  2. ^ Брук, А. ван ден (1913). "Die Radioelemente, das periodische System und die Konstitution der Atome" [Радиоэлементы, периодическая система и строение атомов]. Physikalische Zeitschrift (на немецком). 14: 32–41.
  3. ^ а б Резерфорд, Эрнест. «Мозли, Генри Гвин Джеффрис». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. Дои:10.1093 / ссылка: odnb / 35125. (Подписка или Членство в публичной библиотеке Великобритании требуется.)
  4. ^ а б c d Азимов, Исаак (1982). «1121. МОЗЛИ, Генри Гвин-Джеффрис». Биографическая энциклопедия науки и технологий Азимова (PDF) (2-е изд. Перераб.). Нью-Йорк и др .: Doubleday. С. 713–714.
  5. ^ Родс, Ричард (18 сентября 2012 г.). Изготовление атомной бомбы. Саймон и Шустер. С. 81–83.
  6. ^ «Этот месяц в истории физики, 10 августа 1915 г .: Генри Дж. Дж. Мозли убит в бою». Новости APS. Американское физическое общество. 21 (8). 2012. Получено 31 декабря 2019.
  7. ^ "Амабель Соллас". Британский шахматный журнал. 37-38: 357. 1917.
  8. ^ "Соллас, Амабель". Исторические шахматные рейтинги EDO. Получено 31 декабря 2019.
  9. ^ Хейлброн, Джон Л. (1966). "Работа Г. Дж. Мозли". Исида. 57 (3): 336–364. Дои:10.1086/350143. ISSN  0021-1753. JSTOR  228365.- статья JSTOR; требуется разрешение
  10. ^ Ежегодник государственных школ 1906.
  11. ^ Джордан, Кристофер (2015). В память о Первой мировой войне (PDF). Лондон: Оксфорд и Кембриджский клуб. Получено 13 декабря 2019.
  12. ^ а б Хейлброн, Джон Л. (1974). Х. Г. Дж. Мозли: жизнь и письма английского физика, 1887–1915 гг.. Беркли и Лос-Анджелес, Калифорния: Калифорнийский университет Press. ISBN  978-0-520-02375-8.CS1 maint: ref = harv (связь)
  13. ^ Мозли, Х. Дж. Дж. (1913). «Достижение высоких потенциалов с помощью радия». Труды Королевского общества. 88 (605): 471–476. Bibcode:1913RSPSA..88..471M. Дои:10.1098 / rspa.1913.0045. Получено 5 января 2013.
  14. ^ Мозли, Х.Г.Дж. (1913). «Высокочастотные спектры элементов». Философский журнал. 6-я серия. 26: 1024–1034.
  15. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2016). «Повторное открытие элементов: редкие земли - последний член» (PDF). Шестиугольник: 4–9. Получено 30 декабря 2019.
  16. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли - смутные годы» (PDF). Шестиугольник: 72–77. Получено 30 декабря 2019.
  17. ^ Недели, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  18. ^ Лэйнг, Майкл (2005). «Пересмотренная периодическая таблица: с измененным расположением лантаноидов». Основы химии. 7 (3): 203–233. Дои:10.1007 / s10698-004-5959-9. S2CID  97792365.
  19. ^ Кантрилл, Стюарт (21 ноября 2018 г.). «Прометий несвязанный». Химические связи. Получено 30 декабря 2019.
  20. ^ Шерри, Эрик Р. (2007). Периодическая таблица: ее история и ее значение. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-530573-9.
  21. ^ Шерри, Эрик Р. (2014). "Мастер недостающих элементов". Американский ученый. 102 (5): 358–365. Дои:10.1511/2014.110.358. Получено 31 декабря 2019.
  22. ^ Рейноса, Питер. "Ода Генри Мозли". HuffPost. Получено 7 января 2016.
  23. ^ "Устная стенограмма истории - Нильс Бор". Американский институт физики. Получено 7 сентября 2012.
  24. ^ Кроппер, Уильям (1970). Квантовые физики и введение в их физику. Издательство Оксфордского университета. п. 53.
  25. ^ Сартон, Джордж (1927) "Мозли [1887 - 1915] Нумерация элементов", Исида 9: 96–111, перепечатано в Сартон по истории науки (1962), Дороти Стимсон редактор, Издательство Гарвардского университета
  26. ^ «Подробности о несчастном случае: Брэгг, Роберт Чарльз». Комиссия Содружества по военным захоронениям.
  27. ^ "Медаль и приз Генри Мозли". Институт Физики. Получено 28 декабря 2019.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка