Закон Мозли - это эмпирический закон, касающийся характеристического рентгеновского излучения, испускаемого атомами . Закон был открыт и опубликован английским физиком Генри Мозли в 1913-1914 годах. [1] [2] До работы Мозли «атомное число» было просто местом элемента в периодической таблице и не было известно, что оно связано с какой-либо измеримой физической величиной. [3] Вкратце, закон гласит, что квадратный корень из частоты испускаемого рентгеновского излучения приблизительно пропорционален атомному номеру .
История
Историческая таблица Менделеева грубо упорядочена по мере увеличения атомного веса , но и в нескольких известных случаях физических свойства двух элементов предположили , что тяжелее должен предшествовать зажигалку. Примером является кобальт, имеющий вес 58,9, и никель, имеющий атомный вес 58,7.
Генри Мозли и другие физики использовали дифракцию рентгеновских лучей для изучения элементов, и результаты их экспериментов привели к организации периодической таблицы по счету протонов.
Аппарат
Поскольку спектральное излучение более тяжелых элементов будет находиться в диапазоне мягкого рентгеновского излучения (поглощенного воздухом), спектрометрический прибор должен быть помещен в вакуум . [4] Детали экспериментальной установки задокументированы в статьях журнала «Высокочастотные спектры элементов», часть I [1] и часть II. [2]
Полученные результаты
Мозли обнаружил, что линии (в обозначениях Зигбана ) действительно были связаны с атомным номером Z. [2]
Следуя примеру Бора, Мозли обнаружил, что для спектральных линий это соотношение может быть аппроксимировано простой формулой, позже названной законом Мозли .
где:
- - частота наблюдаемой линии рентгеновского излучения
- а также - константы, зависящие от типа линии (то есть K, L и т. д. в рентгеновской записи)
- Частота Ридберга и = 1 [2] для [5] строк и Частота Ридберга и = 7,4 [2] для [6] строк.
Вывод
Мозли вывел свою формулу эмпирическим путем, аппроксимируя квадратные корни частот рентгеновского излучения, построенные по атомному номеру [2], и его формула могла быть объяснена в терминах модели атома Бора .
в котором
- является диэлектрической проницаемостью свободного пространства
- это масса электрона
- это заряд электрона
- - эффективный заряд ядра, который также можно записать как
- квантовое число конечного энергетического уровня
- - квантовое число начального уровня энергии
Предполагается, что конечный уровень энергии меньше начального уровня энергии.
Учитывая эмпирически найденную константу, которая приблизительно уменьшала (или явно «экранировала») энергию зарядов, формула Бора для формулы Мозли Рентгеновские переходы стали:
или (разделив обе стороны на h, чтобы преобразовать E в):
Коэффициент в этой формуле упрощается до частоты 3/4 ч Ry , с примерным значением2,47 × 10 15 Гц .
Скрининг
Упрощенное объяснение того, что эффективный заряд ядра на единицу меньше его фактического заряда, состоит в том, что неспаренный электрон в K-оболочке экранирует его. [7] [8] Подробную дискуссию с критикой интерпретации Мозли скрининга можно найти в статье Уитакера [9], которая повторяется в большинстве современных текстов.
Список экспериментально обнаруженных рентгеновских переходов доступен в NIST. [5] Теоретические энергии могут быть вычислены с гораздо большей точностью, чем закон Мозли, с использованием метода моделирования физики элементарных частиц, такого как Дирак-Фок. [10]
Смотрите также
- Периодический закон Мозли относительно современной таблицы Менделеева
- Электронная оже-спектроскопия , аналогичное явление с повышенным выходом рентгеновских лучей от видов с более высоким атомным номером.
Рекомендации
- ^ a b Мозли, Генри GJ (1913). Смитсоновские библиотеки. «Высокочастотные спектры элементов» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 6. Лондон-Эдинбург: Лондон: Тейлор и Фрэнсис. 26 : 1024–1034.
- ^ Б с д е е г ч Мозли, Генри GJ (1914). «Высокочастотные спектры элементов. Часть II» . Философский журнал . 6. 27 : 703–713.
- ^ например Mehra, J .; Рехенберг, Х. (1982). Историческое развитие квантовой теории . Vol. 1, часть 1. Нью-Йорк: Springer-Verlag. С. 193–196. ISBN 3-540-90642-8.
- ^ Брэгг, WH (1915). Рентгеновские лучи и кристаллическая структура . Г. Белл и сыновья, Ltd., стр. 75–87.
- ^ а б «База данных энергий рентгеновских переходов Kα» .
- ^ "БАЗА ДАННЫХ об энергиях Lα-перехода в рентгеновских лучах" . База данных энергий рентгеновских переходов .
- ^ К. Р. Накви (1996). «Физическое (не) значение параметра экранирования Мозли». Американский журнал физики . 64 (10): 1332. Bibcode : 1996AmJPh..64.1332R . DOI : 10.1119 / 1.18381 .
- ^ А. М. Леск (1980). «Переосмысление экспериментов Мозли относительно частот линии K альфа и атомного номера». Американский журнал физики . 48 (6): 492–493. Bibcode : 1980AmJPh..48..492L . DOI : 10.1119 / 1.12320 .
- ^ Уитакер, МАБ (1999). «Синтез Бора-Мозли и простая модель атомных рентгеновских энергий». Европейский журнал физики . 20 (3): 213–220. Bibcode : 1999EJPh ... 20..213W . DOI : 10.1088 / 0143-0807 / 20/3/312 .
- ^ «Теоретические переходные энергии» . База данных энергий рентгеновских переходов .
Внешние ссылки
- Oxford Physics Teaching - History Archive, « Приложение 12 - График Мозли » (воспроизведение исходной диаграммы Мозли, показывающей зависимость квадратного корня от частоты)