في الأيام الأربعة الماضية حصلت على النتائج المعطاة بواسطة التنتالوم والكروميوم والمنجنيز والحديد والنيكل والكوبالت والنحاس ... والنتيجة الرئيسية هي أن ... النتيجة لأي معدن من السهل جداً تخمينها من النتائج الخاصة بالمعادن الأخرى. وهذا يدل على أن داخل جميع الذرات متشابهة جداً، وسيكون من الممكن من خلال هذه النتائج اكتشاف شيء ما عما يتكون منه داخل الذرات.
كان Henry Gwyn Jeffreys Moseley فيزيائياً إنجليزياً، وتمثلت مساهمته في علم الفيزياء في تبرير القوانين الفيزيائية للمفهوم السابق التجريبي والكيميائي للعدد الذري. نشأ هذا من تطويره قانون Moseley في أطياف الأشعة السينية.
قدم قانون Moseley تقدماً في فيزياء الذرة والفيزياء النووية وفيزياء الكم من خلال توفير الدليل التجريبي الأول لصالح نظرية Niels Bohr، بعيداً عن طيف ذرة الهيدروجين الذي صممت نظرية Bohr لإعادة إنتاجه. وقد حسّنت تلك النظرية نموذج Ernest Rutherford و Antonius van den Broek، الذي اقترح أن الذرة تحتوي في نواتها على عدد من الشحنات النووية الموجبة يساوي عددها الذري في الجدول الدوري. يبقى هذا النموذج مقبولاً حتى اليوم.
عندما اندلعت الحرب العالمية الأولى في أوروبا الغربية، ترك Moseley أعماله البحثية في جامعة Oxford ليتطوع في فيلق المهندسين الملكيين في الجيش البريطاني. تم تكليف Moseley بقوة جنود الإمبراطورية البريطانية التي غزت منطقة Gallipoli بتركيا في أبريل 1915، كضابط اتصالات. تم إطلاق الرصاص على Moseley وقتله خلال معركة Gallipoli في 10 أغسطس 1915، عن عمر يناهز 27 سنة. لقد تكهن الخبراء بأن Moseley كان يمكن أن يحصل على جائزة Nobel في الفيزياء في عام 1916.
السيرة الذاتية
ولد Henry G. J. Moseley، المعروف لدى أصدقائه باسم Harry، في Weymouth في Dorset عام 1887. كان والده Henry Nottidge Moseley 1844–1891، الذي توفي عندما كان Moseley صغيراً جداً، عالم أحياء وأستاذ التشريح وعلم وظائف الأعضاء في جامعة Oxford، وكان عضواً في بعثة Challenger. كانت والدة Moseley هي Amabel Gwyn Jeffreys، ابنة عالم الأحياء والعالم المتخصص في الرخويات الويلزي John Gwyn Jeffreys. كما كانت بطلة النساء البريطانية في الشطرنج عام 1913.
كان Moseley طالباً واعداً جداً في مدرسة Summer Fields School حيث يحمل أحد "الدوريات" الأربع اسمه، وتم منحه منحة King للالتحاق بـ Eton College. في عام 1906 فاز بجوائز الكيمياء والفيزياء في Eton. في عام 1906، التحق Moseley بكلية Trinity في جامعة Oxford، حيث حصل على درجة البكالوريوس. أثناء دراسته الجامعية في Oxford، انضم Moseley إلى Apollo University Lodge. مباشرة بعد تخرجه من Oxford عام 1910، أصبح Moseley مساعد تدريس في الفيزياء في جامعة Manchester تحت إشراف Sir Ernest Rutherford. خلال السنة الأولى له في Manchester، كان لديه عبء تدريسي كمساعد تدريس الدراسات العليا، لكن بعد تلك السنة الأولى، تم نقله من واجباته التدريسية للعمل كمساعد بحث في الدراسات العليا. رفض زمالة عرضها عليه Rutherford، فاختار العودة إلى Oxford، في نوفمبر 1913، حيث تم تزويده بمرافق مخبرية لكن بدون دعم.
العمل العلمي
من خلال التجريب مع طاقة جسيمات بيتا في عام 1912، أثبت Moseley أن الجهود العالية كانت قابلة للحصول عليها من مصدر مشع للراديوم، وبالتالي اخترع أول بطارية ذرية، على الرغم من أنه لم يكن قادراً على إنتاج 1MeV اللازم لإيقاف الجسيمات.
في عام 1913، لاحظ Moseley وقاس أطياف الأشعة السينية للعناصر الكيميائية المختلفة في الغالب المعادن التي تم العثور عليها بطريقة الحيود عبر البلورات. كان هذا استخداماً رائداً لطريقة التحليل الطيفي للأشعة السينية في الفيزياء، باستخدام قانون حيود Bragg لتحديد أطوال موجات الأشعة السينية. اكتشف Moseley علاقة رياضية منهجية بين أطوال موجات الأشعة السينية المنتجة والأعداد الذرية للمعادن التي استخدمت كأهداف في أنابيب الأشعة السينية. أصبح هذا معروفاً باسم قانون Moseley.
قبل اكتشاف Moseley، كان يُعتقد أن الأعداد الذرية أو الرقم الأساسي للعنصر يمثل رقماً تسلسلياً شبه تعسفي، يستند على تسلسل الكتل الذرية، لكن تم تعديله إلى حد ما عندما وجد الكيميائيون أن هذا التعديل مرغوب فيه، مثلما فعل الكيميائي الروسي Dmitri Ivanovich Mendeleev. في اختراعه للجدول الدوري للعناصر، قام Mendeleev بتبديل ترتيب بعض أزواج العناصر لوضعها في أماكن أكثر ملاءمة في هذا الجدول. على سبيل المثال، تم تخصيص المعادن الكوبالت والنيكل الأعداد الذرية 27 و 28، على التوالي، بناءً على خصائصهما الكيميائية والفيزيائية المعروفة، على الرغم من أن لديهما كتل ذرية متقاربة جداً. في الواقع، الكتلة الذرية للكوبالت أكبر قليلاً من كتلة النيكل، مما كان سيضعهما في ترتيب معكوس إذا تم وضعهما في الجدول الدوري بشكل أعمى وفقاً للكتلة الذرية. أظهرت تجارب Moseley في التحليل الطيفي للأشعة السينية مباشرة من فيزيائهما أن الكوبالت والنيكل لديهما أعداد ذرية مختلفة، 27 و 28، وأنهما موضوعان بشكل صحيح في الجدول الدوري وفقاً لقياسات Moseley الموضوعية للأعداد الذرية. وبالتالي، أثبت اكتشاف Moseley أن الأعداد الذرية للعناصر ليست مجرد أرقام تعسفية إلى حد ما بناءً على الكيمياء وحدس الكيميائيين، بل لها أساس تجريبي راسخ من فيزياء أطيافها للأشعة السينية.
بالإضافة إلى ذلك، أظهر Moseley أن هناك فجوات في تسلسل الأعداد الذرية عند الأرقام 43 و 61 و 72 و 75. تُعرف هذه الأماكن الآن على التوالي بأنها أماكن العناصر الاصطناعية المشعة technetium و promethium، وكذلك آخر عنصرين نادرين جداً من العناصر المستقرة الطبيعية hafnium اكتشف عام 1923 و rhenium اكتشف عام 1925. لم يكن معروفاً شيء عن هذه العناصر الأربعة في حياة Moseley، حتى وجودها نفسه. بناءً على حدس كيميائي ذي خبرة كبيرة جداً، توقع Dmitri Mendeleev وجود عنصر مفقود في الجدول الدوري، والذي تم اكتشاف لاحقاً أنه يُملأ بواسطة technetium، وتوقع Bohuslav Brauner وجود عنصر مفقود آخر في هذا الجدول، والذي تم اكتشاف لاحقاً أنه يُملأ بواسطة promethium. أكدت تجارب Henry Moseley هذه التنبؤات، من خلال إظهار الأعداد الذرية المفقودة بالضبط، 43 و 61. بالإضافة إلى ذلك، تنبأ Moseley بوجود عنصرين أكثر لم يتم اكتشافهما، تلك التي تحمل الأعداد الذرية 72 و 75، وأعطى أدلة قوية جداً على أنه لا توجد فجوات أخرى في الجدول الدوري بين العناصر aluminium الرقم الذري 13 و gold الرقم الذري 79.
كان هذا السؤال الأخير حول احتمالية وجود عناصر "مفقودة" أخرى غير مكتشفة قضية قائمة بين كيميائيي العالم، خاصة نظراً لوجود عائلة كبيرة من سلسلة lanthanide من عناصر الأرض النادرة. كان Moseley قادراً على إثبات أن هذه العناصر lanthanide، أي من lanthanum إلى lutetium، يجب أن يكون لديها بالضبط 15 عضواً - لا أكثر ولا أقل. كان عدد العناصر في lanthanides سؤالاً بعيداً جداً عن تسويته من قبل كيميائيي بداية القرن العشرين. لم يكونوا قادرين بعد على إنتاج عينات نقية من جميع عناصر الأرض النادرة، حتى في شكل أملاحهم، وفي بعض الحالات كانوا غير قادرين على التمييز بين خليط من عنصرين متقاربين جداً من عناصر الأرض النادرة المجاورة من المعادن النقية في الجدول الدوري. على سبيل المثال، كان هناك ما يسمى "عنصر" تم منحه حتى الاسم الكيميائي "didymium". تم اكتشاف "didymium" بعد سنوات قليلة أنه ببساطة خليط من عنصرين حقيقيين من الأرض النادرة، وتم إعطاؤهما أسماء neodymium و praseodymium، بمعنى "توأم جديد" و"توأم أخضر". أيضاً، لم تكن طريقة فصل عناصر الأرض النادرة بطريقة تبادل الأيونات قد تم اختراعها بعد في وقت Moseley.
كانت طريقة Moseley في التحليل الطيفي المبكر للأشعة السينية قادرة على حل المشاكل الكيميائية المذكورة أعلاه بسرعة، بعضها احتل كيميائيين لعدد من السنوات. تنبأ Moseley أيضاً بوجود العنصر 61، وهو lanthanide كان وجوده غير متوقع من قبل. بعد سنوات عديدة، تم إنشاء هذا العنصر 61 بشكل مصطنع في المفاعلات النووية وتم تسميته promethium.
المساهمة في فهم الذرة
قبل Moseley وقانونه، كان يُعتقد أن الأعداد الذرية تمثل رقماً ترتيباً شبه تعسفي، يزيد بشكل غامض مع الوزن الذري لكن لا يتم تحديده بشكل صارم به. أظهر اكتشاف Moseley أن الأعداد الذرية لم تُعين بشكل تعسفي، بل لها أساس فيزيائي محدد. افترض Moseley أن كل عنصر متتالي له شحنة نووية أكبر بالضبط بمقدار وحدة واحدة من سابقه. أعاد Moseley تعريف فكرة الأعداد الذرية من وضعها السابق كعلامة رقمية مؤقتة لمساعدة فرز العناصر إلى تسلسل دقيق من الأعداد الذرية الصاعدة التي جعلت الجدول الدوري دقيقاً. كان هذا لاحقاً أن يكون أساس مبدأ Aufbau في الدراسات الذرية. كما لاحظ Bohr، قدم قانون Moseley مجموعة بيانات تجريبية معقولة تماماً تدعم المفهوم الجديد من عام 1911 من قبل Ernest Rutherford و Antonius van den Broek للذرة، مع نواة مشحونة إيجاباً محاطة بإلكترونات سالبة الشحنة يُفهم فيها أن الرقم الذري هو الرقم الفيزيائي الدقيق للشحنات الموجبة التي اكتُشفت لاحقاً وأُطلق عليها اسم البروتونات في النوى الذرية المركزية للعناصر. ذكر Moseley العالمين أعلاه في ورقة بحثه، لكنه لم يذكر بالفعل Bohr، الذي كان جديداً نسبياً على المشهد في ذلك الوقت. تم اكتشاف تعديلات بسيطة لصيغ Rydberg و Bohr لتعطي تبريراً نظرياً لقانون Moseley المشتق بشكل تجريبي لتحديد الأعداد الذرية.
استخدام مقياس الطيف بالأشعة السينية
مقاييس الطيف بالأشعة السينية هي حجر الأساس لتصوير البلورات بالأشعة السينية. كانت مقاييس الطيف بالأشعة السينية كما عرفها Moseley تعمل على النحو التالي. تم استخدام أنبوب إلكترون في مصباح زجاجي، مشابه لما يحمله Moseley في الصورة هنا. داخل الأنبوب الفراغي، تم إطلاق الإلكترونات على مادة معدنية، أي عينة من عنصر نقي في عمل Moseley، مما يسبب تأين الإلكترونات من قذائف الإلكترونات الداخلية للعنصر. يسبب ارتداد الإلكترونات إلى هذه الثقوب في الأصداف الداخلية بعد ذلك بانبعاث فوتونات أشعة سينية تم توجيهها خارج الأنبوب في حزمة شبه، من خلال فتحة في الدرع الخارجي للأشعة السينية. ثم يتم حيود هذه بواسطة بلورة ملح موحدة، مع قراءة النتائج الزاوية كخطوط فوتوغرافية بواسطة تعريض فيلم أشعة سينية ثابت خارج أنبوب الفراغ على مسافة معروفة. يسمح تطبيق قانون Bragg بعد بعض التخمين الأولي للمسافات المتوسطة بين الذرات في البلورة المعدنية، بناءً على كثافتها، بحساب طول موجة الأشعة السينية المنبعثة.
شارك Moseley في تصميم وتطوير معدات التحليل الطيفي المبكرة بالأشعة السينية، وتعلم بعض التقنيات من William Henry Bragg و William Lawrence Bragg في جامعة Leeds، وطور غيرها بنفسه. استوحي الكثير من تقنيات التحليل الطيفي بالأشعة السينية من الأساليب المستخدمة مع مقاييس الطيف الضوئي والأطياف، من خلال استبدال البلورات وحجرات التأين والألواح الفوتوغرافية بنظائرها في التحليل الطيفي الضوئي. في بعض الحالات، وجد Moseley من الضروري تعديل معداته لكشف أشعة سينية ناعمة بشكل خاص لم تستطع اختراق الهواء أو الورق، من خلال العمل مع أجهزته في حجرة فراغية.
الوفاة وما بعدها
في مرحلة ما من النصف الأول من عام 1914، استقال Moseley من منصبه في Manchester، مع خطط للعودة إلى Oxford ومتابعة أبحاثه في الفيزياء هناك. ومع ذلك، اندلعت الحرب العالمية الأولى في أغسطس 1914
.jpg)
