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Henry Gwyn Jeffreys Moseley foi um físico inglês, cuja contribuição à ciência da física foi a justificação a partir das leis físicas do conceito anterior empírico e químico do número atômico. Isso decorreu de seu desenvolvimento da Lei de Moseley em espectros de raios X.
A Lei de Moseley avançou a física atômica, física nuclear e física quântica ao fornecer a primeira evidência experimental a favor da teoria de Niels Bohr, além do espectro do átomo de hidrogênio que a teoria de Bohr foi projetada para reproduzir. Essa teoria refinou o modelo de Ernest Rutherford e Antonius van den Broek, que propunha que o átomo contém em seu núcleo um número de cargas nucleares positivas que é igual ao seu número atômico na tabela periódica. Este continua sendo o modelo aceito hoje.
Quando a Primeira Guerra Mundial eclodiu na Europa Ocidental, Moseley deixou seu trabalho de pesquisa na Universidade de Oxford para se voluntariar para os Royal Engineers do Exército Britânico. Moseley foi designado para a força de soldados do Império Britânico que invadiu a região de Gallipoli, Turquia, em abril de 1915, como oficial de telecomunicações. Moseley foi baleado e morto durante a Batalha de Gallipoli em 10 de agosto de 1915, aos 27 anos. Especialistas especularam que Moseley poderia ter recebido o Prêmio Nobel de Física em 1916.
Biografia
Henry G. J. Moseley, conhecido pelos amigos como Harry, nasceu em Weymouth em Dorset em 1887. Seu pai Henry Nottidge Moseley 1844–1891, que morreu quando Moseley era bem jovem, era biólogo e também professor de anatomia e fisiologia na Universidade de Oxford, que havia sido membro da Expedição Challenger. A mãe de Moseley era Amabel Gwyn Jeffreys, filha do biólogo galês e conchologista John Gwyn Jeffreys. Ela também foi campeã britânica de xadrez feminino em 1913.
Moseley havia sido um aluno muito promissor na Summer Fields School, onde uma das quatro "ligas" leva seu nome, e recebeu uma bolsa do Rei para frequentar o Eton College. Em 1906, ele venceu os prêmios de química e física em Eton. Em 1906, Moseley entrou no Trinity College da Universidade de Oxford, onde obteve seu bacharelado. Enquanto estudante de graduação em Oxford, Moseley se juntou ao Apollo University Lodge. Imediatamente após sua formatura em Oxford em 1910, Moseley tornou-se demonstrador de física na Universidade de Manchester sob a supervisão de Sir Ernest Rutherford. Durante o primeiro ano de Moseley em Manchester, ele tinha uma carga de ensino como assistente de ensino de pós-graduação, mas após esse primeiro ano, foi reatribuído de suas obrigações de ensino para trabalhar como assistente de pesquisa de pós-graduação. Ele recusou uma bolsa oferecida por Rutherford, preferindo voltar para Oxford, em novembro de 1913, onde recebeu instalações de laboratório, mas sem apoio.
Trabalho científico
Experimentando com a energia das partículas beta em 1912, Moseley mostrou que potenciais altos eram alcançáveis de uma fonte radioativa de rádio, inventando assim a primeira bateria atômica, embora fosse incapaz de produzir os 1MeV necessários para parar as partículas.
Em 1913, Moseley observou e mediu os espectros de raios X de vários elementos químicos, principalmente metais que foram encontrados pelo método de difração através de cristais. Este foi um uso pioneiro do método de espectroscopia de raios X em física, usando a lei de difração de Bragg para determinar os comprimentos de onda dos raios X. Moseley descobriu uma relação matemática sistemática entre os comprimentos de onda dos raios X produzidos e os números atômicos dos metais que foram usados como alvos nos tubos de raios X. Isso ficou conhecido como Lei de Moseley.
Antes da descoberta de Moseley, os números atômicos ou número elementar de um elemento era considerado um número sequencial semi-arbitrário, baseado na sequência de massas atômicas, mas modificado um pouco onde os químicos achavam essa modificação desejável, como pelo químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleev. Em sua invenção da Tabela Periódica dos Elementos, Mendeleev havia invertido a ordem de alguns pares de elementos para colocá-los em lugares mais apropriados nesta tabela de elementos. Por exemplo, os metais cobalto e níquel haviam sido atribuídos aos números atômicos 27 e 28, respectivamente, com base em suas propriedades químicas e físicas conhecidas, apesar de terem massas atômicas quase iguais. Na verdade, a massa atômica do cobalto é ligeiramente maior que a do níquel, o que os teria colocado em ordem invertida se fossem colocados na Tabela Periódica cegamente de acordo com a massa atômica. Os experimentos de Moseley em espectroscopia de raios X mostraram diretamente a partir de sua física que o cobalto e o níquel têm números atômicos diferentes, 27 e 28, e que são colocados corretamente na Tabela Periódica pelas medições objetivas de Moseley de seus números atômicos. Assim, a descoberta de Moseley demonstrou que os números atômicos dos elementos não são apenas números bastante arbitrários baseados na química e na intuição dos químicos, mas sim, têm uma base experimental firme a partir da física de seus espectros de raios X.
Além disso, Moseley mostrou que havia lacunas na sequência de números atômicos nos números 43, 61, 72 e 75. Esses espaços agora são conhecidos, respectivamente, como os lugares dos elementos sintéticos radioativos tecnécio e promécio, e também os dois últimos elementos estáveis naturalmente ocorrentes bastante raros háfnio descoberto em 1923 e rênio descoberto em 1925. Nada era conhecido sobre esses quatro elementos durante a vida de Moseley, nem mesmo sua própria existência. Com base na intuição de um químico muito experiente, Dmitri Mendeleev havia previsto a existência de um elemento desaparecido na Tabela Periódica, que depois foi preenchido pelo tecnécio, e Bohuslav Brauner havia previsto a existência de outro elemento desaparecido nesta Tabela, que depois foi preenchido pelo promécio. Os experimentos de Henry Moseley confirmaram essas previsões, mostrando exatamente quais eram os números atômicos desaparecidos, 43 e 61. Além disso, Moseley previu a existência de mais dois elementos não descobertos, aqueles com números atômicos 72 e 75, e forneceu evidência muito forte de que não havia outras lacunas na Tabela Periódica entre os elementos alumínio número atômico 13 e ouro número atômico 79.
Esta última questão sobre a possibilidade de mais elementos "desaparecidos" não descobertos havia sido um problema permanente entre os químicos do mundo, particularmente dada a existência da grande família da série lantanídica de elementos de terras raras. Moseley foi capaz de demonstrar que esses elementos lantanídicos, isto é, lantânio através de lutécio, devem ter exatamente 15 membros – nem mais nem menos. O número de elementos nos lantanídeos havia sido uma questão muito longe de ser resolvida pelos químicos do início do século XX. Eles ainda não poderiam produzir amostras puras de todos os elementos de terras raras, nem mesmo na forma de seus sais, e em alguns casos eram incapazes de distinguir entre misturas de dois elementos de terras raras adjacentes muito semelhantes dos metais puros próximos na Tabela Periódica. Por exemplo, havia um chamado "elemento" que recebeu o nome químico de "didímio". "Didímio" foi descoberto alguns anos depois ser simplesmente uma mistura de dois elementos genuínos de terras raras, e estes receberam os nomes neodímio e praseodímio, significando "gêmeo novo" e "gêmeo verde". Além disso, o método de separação dos elementos de terras raras pelo método de troca iônica ainda não havia sido inventado na época de Moseley.
O método de Moseley na espectroscopia de raios X inicial foi capaz de resolver os problemas químicos acima prontamente, alguns dos quais haviam ocupado químicos por vários anos. Moseley também previu a existência do elemento 61, um lantanídeo cuja existência era anteriormente insuspeita. Bastante tempo depois, esse elemento 61 foi criado artificialmente em reatores nucleares e foi nomeado promécio.
Contribuição para a compreensão do átomo
Antes de Moseley e sua lei, os números atômicos eram considerados como um número de ordenação semi-arbitrário, vagamente aumentando com o peso atômico, mas não rigorosamente definido por ele. A descoberta de Moseley mostrou que os números atômicos não eram arbitrariamente atribuídos, mas sim, tinham uma base física definida. Moseley postulou que cada elemento sucessivo tem uma carga nuclear exatamente uma unidade maior que seu antecessor. Moseley redefiniu a ideia de números atômicos de seu status anterior como uma etiqueta numérica ad hoc para ajudar a ordenar os elementos em uma sequência exata de números atômicos ascendentes que tornava a Tabela Periódica exata. Isso seria posteriormente a base do princípio de Aufbau nos estudos atômicos. Como observado por Bohr, a lei de Moseley forneceu um conjunto de dados experimentais razoavelmente completo que apoiava a nova concepção de 1911 por Ernest Rutherford e Antonius van den Broek do átomo, com um núcleo positivamente carregado cercado por elétrons negativamente carregados em que o número atômico é entendido como o número físico exato de cargas positivas posteriormente descobertas e chamadas prótons nos núcleos atômicos centrais dos elementos. Moseley mencionou os dois cientistas acima em seu artigo de pesquisa, mas na verdade não mencionou Bohr, que era bastante novo na cena naquela época. Modificações simples das fórmulas de Rydberg e Bohr foram encontradas para fornecer justificação teórica para a lei de Moseley derivada empiricamente para determinar números atômicos.
Uso de espectrômetro de raios X
Os espectrômetros de raios X são as pedras angulares da cristalografia de raios X. Os espectrômetros de raios X como Moseley os conhecia funcionavam da seguinte forma. Um tubo de elétrons em bulbo de vidro foi usado, semelhante ao que Moseley segura na foto aqui. Dentro do tubo evacuado, elétrons foram disparados contra uma substância metálica, ou seja, uma amostra de elemento puro no trabalho de Moseley, causando a ionização de elétrons das camadas de elétrons internos do elemento. O retorno dos elétrons para esses buracos nas camadas internas causa em seguida a emissão de fótons de raios X que foram levados para fora do tubo em um semi-feixe, através de uma abertura no blindagem de raios X externa. Estes foram então difratados por um cristal de sal padronizado, com resultados angulares lidos como linhas fotográficas pela exposição de um filme de raios X fixado do lado de fora do tubo de vácuo a uma distância conhecida. A aplicação da lei de Bragg após alguns palpites iniciais das distâncias médias entre átomos no cristal metálico, com base em sua densidade, em seguida permitiu que o comprimento de onda dos raios X emitidos fosse calculado.
Moseley participou do projeto e desenvolvimento de equipamentos de espectrometria de raios X inicial, aprendendo algumas técnicas de William Henry Bragg e William Lawrence Bragg na Universidade de Leeds, e desenvolvendo outras por si mesmo. Muitas das técnicas de espectroscopia de raios X foram inspiradas pelos métodos usados com espectroscópios de luz visível e espectrogramas, substituindo cristais, câmaras de ionização e placas fotográficas por seus análogos em espectroscopia de luz. Em alguns casos, Moseley achou necessário modificar seu equipamento para detectar raios X particularmente moles que não conseguiam penetrar nem ar nem papel, trabalhando com seus instrumentos em uma câmara de vácuo.
Morte e consequências
Algum tempo na primeira metade de 1914, Moseley pediu demissão de sua posição em Manchester, com planos de retornar a Oxford e continuar sua pesquisa de física lá. No entanto, a Primeira Guerra Mundial eclodiu em agosto de 1914, e Moseley recusou essa oferta de emprego para se alistar nos Royal Engineers do Exército Britânico. Sua família e amigos tentaram persuadi-lo a não se juntar, mas ele pensava que era seu dever. Moseley serviu como oficial técnico em comunicações durante a Batalha de Gallipoli, na Turquia, começando em abril de 1915, onde foi morto em combate em 10 de agosto de 1915. Moseley foi baleado na cabeça por um atirador turco enquanto estava no ato de telefonar uma ordem militar.
Com apenas vinte e sete anos de idade no momento de sua morte, Moseley poderia, na opinião de alguns cientistas, ter contribuído muito para o conhecimento da estrutura atômica se tivesse sobrevivido. Niels Bohr disse em 1962 que o trabalho de Rutherford "não foi levado a sério de forma alguma" e que a "grande mudança veio de Moseley."
Robert Millikan escreveu: "Em uma pesquisa que está destinada a ser classificada como uma das dúzia mais brilhante em concepção, hábil em execução e iluminadora em resultados na história da ciência, um jovem de vinte e seis anos abriu as janelas através das quais podemos vislumbrar o mundo sub-atômico com uma definição e certeza nunca antes sonhadas. Se a Guerra Europeia não tivesse tido outro resultado além de apagar essa jovem vida, isso só a tornaria um dos crimes mais horríveis e mais irreparáveis da história."
George Sarton escreveu: "Sua fama já estava estabelecida em tal base segura que sua memória será perene
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