Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать 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.
Уэймут , Дорсет , Англия
Умер10 августа 1915 г. (1915-08-10)(27 лет)
Галлиполи , Османская империя
Причина смертиПогиб в бою
Национальностьанглийский
ГражданствоБританский
ОбразованиеТринити - колледж , Оксфордский университет
Университет Манчестера
ИзвестенАтомный номер , закон Мозли
НаградыМедаль Маттеуччи (1919)
Научная карьера
ПоляФизика , химия
ВлиянияЭрнест Резерфорд

Генри Гвин Джеффрис Мозли ( / м oʊ г л я / ; 23 ноября 1887 - 10 августа 1915) , был английский физик , чей вклад в науку о физике было обоснование физических законов предыдущего эмпирического и химического понятия об атомной номер . Это произошло из-за его разработки закона Мозли в рентгеновских спектрах .

Закон Мозли продвинул атомную физику, ядерную физику и квантовую физику, предоставив первые экспериментальные доказательства в пользу теории Нильса Бора , помимо спектра атома водорода, который теория Бора была разработана для воспроизведения. Эта теория уточнила модель Эрнеста Резерфорда и Антониуса ван ден Брука , согласно которой атом содержит в своем ядре количество положительных ядерных зарядов , равное его (атомному) номеру в периодической таблице. [1] [2] Это остается принятой моделью и сегодня.

Когда Первая мировая война вспыхнула в Западной Европе , Мозли оставил свою исследовательскую работу в Оксфордском университете за доброволец на Королевских Инженер в британской армии . Мозли был назначен в отряд солдат Британской империи , вторгшихся в регион Галлиполи , Турция, в апреле 1915 года в качестве офицера связи . Мозли был застрелен во время битвы при Галлиполи 10 августа 1915 года в возрасте 27 лет. Эксперты предполагают, что иначе Мозли мог бы получить Нобелевскую премию по физике в 1916 году. [3] [4]

Биография [ править ]

Генри Дж. Дж. Мозли, известный своим друзьям как Гарри, [5] родился в Уэймуте в Дорсете в 1887 году. Его отец Генри Ноттидж Мозли (1844–1891), умерший, когда Мозли был еще совсем молод, был биологом, а также профессором анатомии и физиологии в Оксфордском университете, который был участником экспедиции Челленджера . Матерью Мозли была Амабель Гвин Джеффрис, дочь валлийского биолога и конхолога Джона Гвина Джеффриса . [6] Она также была чемпионкой Великобритании по шахматам среди женщин в 1913 году. [7] [8][а]

Мозли был очень многообещающим школьником в Школе Саммер Филдс (где одна из четырех «лиг» названа в его честь), и ему была присуждена королевская стипендия для учебы в Итонском колледже . [9] В 1906 году он получил премии по химии и физике в Итоне. [10] В 1906 году Мозли поступил в Тринити-колледж Оксфордского университета, где получил степень бакалавра . Во время учебы в Оксфорде Мозли присоединился к Университетской Ложе Аполлона . [11] Сразу после окончания Оксфорда в 1910 году Мозли стал демонстратором физики в Манчестерском университете под руководствомСэр Эрнест Резерфорд . В течение первого года обучения Мозли в Манчестере у него была преподавательская нагрузка в качестве старшего ассистента преподавателя , но после этого первого года он был переведен с преподавательских обязанностей на работу в качестве старшего научного сотрудника . 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 [ править ]

Экспериментируя с энергией бета-частиц в 1912 году, Мозли показал, что высокие потенциалы могут быть достигнуты с помощью радиоактивного источника радия, тем самым изобретя первую атомную батарею , хотя он не смог произвести 1 МэВ, необходимую для остановки частиц. [13]

В 1913 году Мозли наблюдал и измерял рентгеновские спектры различных химических элементов (в основном металлов), которые были обнаружены методом дифракции через кристаллы . [14] Это было новаторское использование метода рентгеновской спектроскопии в физике с использованием закона дифракции Брэгга для определения длин волн рентгеновского излучения. Мозли обнаружил систематическую математическую связь между длинами волн производимого рентгеновского излучения и атомными номерами металлов, которые использовались в качестве мишеней в рентгеновских трубках. Это стало известно как закон Мозли .

До открытия Мозли атомные номера (или номер элемента) элемента считались полу-произвольным порядковым номером, основанным на последовательности атомных масс , но несколько изменялись там, где химики сочли эту модификацию желательной, например, русский химик Дмитрий Иванович Менделеев . В своем изобретении Периодической таблицы элементов Менделеев поменял местами несколько пар элементов, чтобы поместить их в более подходящие места в этой таблице элементов. Например, металлы кобальт и никельим были присвоены атомные номера 27 и 28, соответственно, на основании их известных химических и физических свойств, несмотря на то, что они имеют почти одинаковые атомные массы. Фактически, атомная масса кобальта немного больше, чем у никеля, что привело бы к обратному порядку, если бы они были помещены в Периодическую таблицу вслепую в 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 согласно объективным измерениям их атомных номеров Мозли. Таким образом, открытие Мозли продемонстрировало, что атомные номера элементов - это не просто произвольные числа, основанные на химии и интуиции химиков, а скорее,у них есть прочная экспериментальная база из физики их рентгеновских спектров.

Кроме того, Мозли показал, что в последовательности атомных номеров под номерами 43, 61, 72 и 75 были пробелы. В настоящее время известно, что эти пробелы являются, соответственно, местами радиоактивных синтетических элементов технеция и прометия , а также последних два довольно редких встречающихся в природе стабильных элемента - гафний (обнаружен в 1923 г.) и рений (открыт в 1925 г.). Об этих четырех элементах при жизни Мозли ничего не было известно, даже о самом их существовании. Основываясь на интуиции очень опытного химика , Дмитрий Менделеев предсказал существование недостающего элемента в Периодической таблице, которая, как позже выяснилось, заполнена технецием, а Богуслав Браунерпредсказал 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 пробелов в Периодической таблице между элементами алюминия (атомный номер 13) и золота (атомный номер 79).

Последний вопрос о возможности появления большего количества неоткрытых («отсутствующих») элементов был постоянной проблемой среди химиков всего мира, особенно с учетом существования большого семейства редкоземельных элементов лантанидного ряда . Мозли смог продемонстрировать, что эти элементы лантаноидов, то есть от лантана до лютеция , должны иметь ровно 15 членов - не больше и не меньше. Число 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 форме их солей., и в некоторых случаях они не могли 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 « дидим ». Несколько лет спустя было обнаружено, что «дидимий» представляет собой просто смесь двух настоящих редкоземельных элементов, которым дали названия неодим и празеодим , что означает «новый близнец» и «зеленый двойник». Кроме того, во времена Мозли еще не был изобретен метод разделения редкоземельных элементов методом ионного обмена .

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 61-й элемент был создан искусственно в ядерных реакторах и получил название прометий . [15] [16] [17] [18] [19]

Вклад в понимание атома [ править ]

До Мозли и его закона атомные числа рассматривались как полупроизвольные порядковые числа, неопределенно возрастающие с атомным весом, но не строго определяемые им. Открытие Мозли показало, что атомные номера не были присвоены произвольно, но, скорее, они имеют определенную физическую основу. Мозли предположил, что каждый последующий элемент имеет ядерный заряд ровно на единицу больше, чем его предшественник. Мозли пересмотрел идею атомных чисел из ее предыдущего статуса как специального числового тега, чтобы помочь отсортировать элементы в точную последовательность возрастающих атомных номеров, что сделало Периодическую таблицу точной. (Позднее это стало основой принципа Ауфбау в атомных исследованиях.) Как отмечал Бор, закон Мозлипредоставил достаточно полный экспериментальный набор данных, который поддержал (новую с 1911 г.) концепцию Эрнеста Резерфорда и Антониуса ван ден Брука об атоме с положительно заряженным ядром, окруженным отрицательно заряженными электронами, в котором атомный номер считается точным физическое число положительных зарядов (позже обнаруженных и названных протонами ) в центральных атомных ядрах элементов. Мозли упомянул вышеупомянутых двух ученых в своей исследовательской работе, 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 [ править ]

Рентгеновские спектрометры являются краеугольным камнем рентгеновской кристаллографии . Рентгеновские спектрометры в том виде, в каком их знал Мозли, работали следующим образом. Использовалась электронная лампа со стеклянной колбой , похожая на ту, что держал Мозли на фотографии. Внутри вакуумной трубки, электроны были выпущены на металлическом веществе (т.е. образец чистого элемента в работе Мозли), в результате чего ионизацию из электрона из внутренних электронных оболочек элемента. Отскок электронов в эти дыры во внутренних оболочках затем вызывает испускание рентгеновских фотонов.которые выводились из трубки в виде полулуча через отверстие во внешней защите от рентгеновских лучей. Затем они дифрагируют на стандартизированном кристалле соли, при этом угловые результаты считываются в виде фотографических линий путем экспонирования рентгеновской пленки, закрепленной снаружи вакуумной трубки на известном расстоянии. Применение закона Брэгга (после некоторых первоначальных предположений о средних расстояниях между атомами в металлическом кристалле на основе его плотности) позволило затем вычислить длину волны испускаемого рентгеновского излучения.

Мозли участвовал в проектировании и разработке раннего оборудования для рентгеновской спектрометрии, [20] [21] изучая некоторые методы у Уильяма Генри Брэгга и Уильяма Лоуренса Брэгга из Университета Лидса , а также самостоятельно разрабатывая другие. Многие методы рентгеновской спектроскопии были вдохновлены методами, которые используются со спектроскопами и спектрограммами видимого света , путем замены кристаллов, ионизационных камер и фотографических пластинок на их аналоги в световой спектроскопии . В некоторых случаях Мозли считал необходимым модифицировать свое оборудование, чтобы обнаруживать особенно слабые [более низкие частоты] Рентгеновские лучи, которые не могли проникнуть ни в воздух, ни в бумагу, работая с его инструментами в вакуумной камере .

Смерть и последствия [ править ]

Где-то в первой половине 1914 года Мозли ушел со своей должности в Манчестере с планами вернуться в Оксфорд и продолжить там свои исследования в области физики. Однако в августе 1914 года разразилась Первая мировая война , и Мозли отклонил это предложение о работе, чтобы вместо этого поступить на службу в Королевские инженеры британской армии . Его семья и друзья пытались убедить его не присоединяться, но он считал это своим долгом. [22] Мозли служил техническим офицером связи во время битвы при Галлиполи в Турции , начиная с апреля 1915 года, где он был убит в бою 10 августа 1915 года. Мозли был ранен в голову турецким снайпером. при вызове военного приказа.

Голубой налет возведена Королевского химического общества на Townsend здания в лаборатории Кларендонской в Оксфорде в 2007 году, в честь исследовательской работы Мозли в начале 20-го века на рентгеновских лучей , испускаемых элементами.

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

Роберт Милликен писал: «В исследовании, которому суждено войти в десятку самых блестящих по концепции, умелых в исполнении и проливающих свет результатов в истории науки, молодой человек двадцати шести лет распахнул окна через что мы можем взглянуть на субатомный мир с определенностью и уверенностью, о которой никогда не мечтали раньше. Если бы европейская война не привела к другому результату, кроме уничтожения этой молодой жизни, уже одно это сделало бы ее одним из самых ужасных и непоправимых преступлений. в истории." [24]

Джордж Сартон писал: «Его слава уже была основана на таком надежном 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. , вклады, уже приписанные ему, имели такое фундаментальное значение, что вероятность того, что он превзойдет самого себя, была чрезвычайно мала. Весьма вероятно, что как бы долго он ни жил, о нем в основном вспоминали из-за «закона Мозли», который он опубликовал в возрасте двадцати шести лет ". [25]

Айзек Азимов писал: «С учетом того, что он [Мозли] мог еще совершить ... его смерть вполне могла стать самой дорогой смертью человечества в войне в целом». [4] : 714 Айзек Азимов также предположил, что в случае, если бы он не был убит во время службы Британской империи, Мозли вполне мог быть удостоен Нобелевской премии по физике [4] : 714 в 1916 г., что вместе с премией по химии в тот год никому не присуждался. Дополнительное доверие к этой идее придают лауреаты Нобелевской премии по физике за два предшествующих года, 1914 и 1915, а в следующем, 1917 году. В 1914 году Макс фон Лауэ из Германииполучил Нобелевскую премию по физике за открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, что стало решающим шагом на пути к изобретению рентгеновской спектроскопии . Затем, в 1915 году, Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг , пара британских отца и сына, разделили эту Нобелевскую премию за открытия в обратной задаче - определение структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей (Роберт Чарльз Брэгг, другие исследования Уильяма Генри Брэгга). сын, 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 созданиюРентгеновская кристаллография . Кроме того, методы и анализ Мозли в значительной степени подтвердили концепцию атомного числа , поставив ее на прочный, физический фундамент. Более того, Чарльз Баркла из Великобритании был удостоен Нобелевской премии в 1917 году за свою экспериментальную работу по использованию рентгеновской спектроскопии для обнаружения характерных частот рентгеновского излучения, излучаемого различными элементами, особенно металлами. « Зигбан , продолжавший работу Мозли, получил одну [Нобелевскую премию по физике в 1924 году]». [4] : 714Таким образом, открытия Мозли были того же масштаба, что и его коллеги, и, кроме того, Мозли сделал еще больший шаг, продемонстрировав действительное основание атомных чисел. Эрнест Резерфорд прокомментировал, что работа Мозли «позволила ему завершить в течение двух лет в начале своей карьеры ряд исследований, которые наверняка принесли бы ему Нобелевскую премию». [3]

Мемориальные доски Мозли были установлены в Манчестере и Итоне, а вторым получателем стипендии Королевского общества , учрежденной по его воле, стал физик П.М.С. Блэкетт , который позже стал президентом Общества. [12] : 126

Институт физики Мозли медаль и премию назван в его честь. [27]

Заметки [ править ]

  1. ↑ После смерти первого мужа она снова вышла замуж за Уильяма Джонсона Солласа , профессора геологии Оксфордского университета.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Резерфорд, Э. (1911). «Рассеяние α- и β-частиц веществом и строение атома» . Философский журнал . 6-я серия. 21 (125): 669–688.
  2. Перейти ↑ Broek, A. van den (1913). "Die Radioelemente, das periodische System und die Konstitution der Atome" [Радиоэлементы, периодическая система и строение атомов]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 14 : 32–41.
  3. ^ a b Резерфорд, Эрнест. «Мозли, Генри Гвин Джеффрис». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. DOI : 10,1093 / ссылка: odnb / 35125 . (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании .)
  4. ^ a b c d Азимов, Айзек (1982). «1121. МОЗЛИ, Генри Гвин-Джеффрис». Биографическая энциклопедия науки и технологий Азимова (PDF) (2-е исправленное издание). Нью-Йорк и др .: Doubleday. С. 713–714.
  5. Рианна Родс, Ричард (18 сентября 2012 г.). Изготовление атомной бомбы . Саймон и Шустер. С. 81–83.
  6. ^ "Этот месяц в истории физики 10 августа 1915: Генри Дж. Дж. Мозли убит в действии" . Новости APS . Американское физическое общество. 21 (8). 2012 . Проверено 31 декабря 2019 года .
  7. ^ "Амабель Соллас" . Британский шахматный журнал . 37–38: 357. 1917.
  8. ^ "Соллас, Амабель" . Исторические шахматные рейтинги ОКБ . Проверено 31 декабря 2019 года .
  9. ^ Хейлброн, Джон Л. (1966). "Работа HGJ Moseley". Исида . 57 (3): 336–364. DOI : 10.1086 / 350143 . ISSN 0021-1753 . JSTOR 228365 . S2CID 144765815 .   - статья JSTOR; требуется разрешение
  10. ^ Ежегодник государственных школ 1906.
  11. ^ Джордан, Кристофер (2015). ПОМНИТЕ ПЕРВУЮ МИРОВУЮ Воспоминания о членах Клуба и их членах (PDF) . Лондон: Оксфорд и Кембриджский клуб . Проверено 13 декабря 2019 .
  12. ^ a b Хейлброн, Джон Л. (1974). HGJ Moseley: Жизнь и письма английского физика, 1887–1915 . Беркли и Лос-Анджелес, Калифорния: Калифорнийский университет Press. ISBN 978-0-520-02375-8.
  13. ^ Мозли, HGJ (1913). «Достижение высоких потенциалов с помощью радия» . Труды Королевского общества . 88 (605): 471–476. Bibcode : 1913RSPSA..88..471M . DOI : 10,1098 / rspa.1913.0045 . Проверено 5 января 2013 года .
  14. ^ Мозли, HGJ (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 . Проверено 30 декабря 2019 .
  16. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли - запутанные годы» (PDF) . Шестиугольник : 72–77 . Проверено 30 декабря 2019 .
  17. ^ Недели, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  18. ^ Лэнг, Майкл (2005). «Пересмотренная периодическая таблица: с измененным расположением лантаноидов». Основы химии . 7 (3): 203–233. DOI : 10.1007 / s10698-004-5959-9 . S2CID 97792365 . 
  19. ^ Cantrill, Стюарт (21 ноября 2018). «Прометий несвязанный» . Химические соединения . Проверено 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, Eric R. (2014). «Мастер недостающих элементов» . Американский ученый . 102 (5): 358–365. DOI : 10.1511 / 2014.110.358 . Проверено 31 декабря 2019 года .
  22. ^ Рейноса, Питер. «Ода Генри Мозли» . HuffPost . Проверено 7 января +2016 .
  23. ^ "Устная стенограмма истории - Нильс Бор" . Американский институт физики . Проверено 7 сентября 2012 года .
  24. ^ Кроппер, Уильям (1970). Квантовая физика и введение в их физику . Издательство Оксфордского университета. п. 53.
  25. ^ Сартон, Джордж (1927) "Мозли [1887 - 1915] Нумерация элементов", Isis 9: 96-111, перепечатано в САРТОН по истории науки (1962), Дороти Стимсон редактор, Harvard University Press
  26. ^ "Подробности о несчастном случае: Брэгг, Роберт Чарльз" . Комиссия Содружества по военным захоронениям .
  27. ^ "Генри Мозли медаль и премия" . Институт физики . Проверено 28 декабря 2019 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джаффе, Бернард (1971). Мозли и нумерация элементов . Гарден-Сити, Нью-Йорк: якорные книги.

Внешние ссылки [ править ]