亨利·莫斯利
生活在1887年至1915年。
亨利·莫斯利是一位傑出的實驗物理學家。1913年,他使用自建設備證明每個元素的身份都是由它所具有的質子數決定的。他的發現揭示了元素週期表的真正基礎,使莫斯利能夠自信地預測出四種新化學元素的存在,所有這些元素都被發現。
早年生活和教育
亨利·莫斯利於1887年11月23日出生於英國韋茅斯鎮。
他的父母都來自受過良好教育的家庭。他的父親,也被命名為亨利,是解剖學和生理學教授。他的母親阿馬貝爾是一名大律師的女兒,她已經改變了職業生涯,成為了一名軟體動物生物學家。
亨利·莫斯利在私立學校接受教育。他的第一所學校是夏野學校,一所小學。在那裡,他獲得了伊頓學院的獎學金,這可能是英國最負盛名的高中。
到達伊頓後的一段時間,他認為學校的物理課程太容易了,所以他獨立完成了這個課程。18歲時,他獲得了伊頓公學的物理和化學獎。
他已經是一位成就卓著的人,於1906年考入牛津大學三一學院,在那裡他學習物理。他在那裡失望了。當他參加期末考試時,他患上了枯萎病。他獲得了物理學二等榮譽學位,而不是他所希望和期望的“第一”。
歐內斯特盧瑟福實驗室
1910年,莫斯利搬到曼徹斯特大學加入歐內斯特盧瑟福的研究小組。
兩年前,盧瑟福因放射性的發現而獲得諾貝爾化學獎,因此成為舉世聞名。
雖然莫斯利的學位只有“一秒鐘”,但盧瑟福在聽取牛津大學教授的講話後接過他,認為他是一位非常有前途的物理學家。
他們的個性是對立的。盧瑟福是健談和吵鬧的,而莫斯利則相當保守,不再使用他認為必要的詞語。
(盧瑟福似乎是一個非常響亮的人物,聲音很大,像傑弗裡獎學金的同事開玩笑說它。)
在曼徹斯特,莫斯利教授物理並開展研究工作。他很快就知道他不喜歡他工作的教學方面。
在莫斯利在曼徹斯特待了一年之後,盧瑟福對他的工作印象深刻,他為他提供了研究獎學金。莫斯利高興地接受了這一點-這使他能夠將所有注意力集中在研究上並放棄他的教學工作。
亨利莫斯利的科學發現
原子電池
在盧瑟福的小組工作,莫斯利不可避免地會使用放射性化學元素。
在熟悉這個領域後,他超越了其他人想到的實驗,並提出了自己特別的轉折。
1912年,他試圖利用高正電壓將β粒子(高能電子)拉回到放射源中。(無論如何,這聽起來像是一種有趣的事情,但莫斯利希望利用這些結果來闡明阿爾伯特愛因斯坦的一個預言。狹義相對論的:質量隨著速度的增加而增加。)
他試圖通過隔離放射源(鐳)來拉回β粒子,這樣當β粒子攜帶負電荷時它會變得越來越積極。
當β粒子發射失去負電荷時,鐳的正電荷增加。如果鐳可以很好地絕緣,它將產生極高的正電荷。
如果鐳可以達到一百萬伏的電位,那麼即使是最有能量的β粒子也會在它們被髮射時被拉回到源中。不幸的是,無法實現絕緣鐳所需的高度完美,因此無法達到100萬伏特。
然而,通過在放射源上產生電壓(約150,000伏),莫斯利實際上創造了世界上第一個原子電池,一個β電池。他稱之為鐳電池。
今天,原子電池被用於長電池壽命至關重要的地方,例如心臟起搏器和航天器。
週期表最後解釋
有些東西不對
1913年,莫斯利慶祝了他的26歲生日。德米特里門捷列夫的週期表比較年長;它已經存在了44年。新的化學元素仍在被發現並添加到其中。
自門捷列夫時代以來,元素週期表中的元素已根據其原子量和化學性質進行排列。
然而,表中存在一個基本缺陷:元素原子量預測的位置並不總是與其化學性質預測的位置相匹配。在這些情況下,元素根據其性質而不是其原子量定位在元素週期表中。
元素是否有可能具有比原子量更基本的特性?
安東尼烏斯範登布魯克的假設
1911年,安東尼烏斯範登布魯克發表了他的原子數假設,此時只是元素週期表中元素的位置-實際上可能等於原子核中的電荷量。然而,沒有實驗證據證明這一假設。
射擊元素的電子
莫斯利從威廉和勞倫斯布拉格那裡得知,當高能電子撞擊金屬等固體時,固體會發射出X射線。
這引起了莫斯利的興趣,他想知道他是否可以研究這些X射線來了解原子內部的更多信息;他特意考慮了範登布魯克的假設。
他於1913年回到牛津。盧瑟福在曼徹斯特以更好的條件向他提供了新的獎學金,但莫斯利認為他職業生涯的最佳途徑是獲得幾個不同實驗室的經驗。在牛津沒有任何獎學金,但莫斯利認為一個人即將到來。他獲得了實驗室空間,但不得不自己資助他的工作。
在很短的時間內,他親自將實驗儀器放在一起,以不同的化學元素拍攝高能電子,並測量所得X射線的波長和頻率。
當莫斯利將元素的X射線頻率的平方根與其原子序數相對應時,他得到了一條直線。
他發現每個元素都以獨特的頻率發射X射線。他還發現他可以通過繪製X射線頻率的平方根與元素的原子序數來得到直線圖。
令人吃驚的是,莫斯利意識到他的工作證實了範登布魯克的假設。
如果原子核中的正電荷在週期表中從一個元素到下一個元素看起來增加了一個單位,那麼他的數據最有意義。換句話說,他發現元素的原子序數與它所具有的質子數相同。
化學元素=質子數
這非常重要。這意味著莫斯利發現元素之間的基本區別在於它們具有的質子數。他意識到,一個元素定義其質子數。如果一個元素有一個質子,它必須是氫;兩個質子必須是氦,三個質子
必須是鋰等等。雖然這對我們今天看起來很明顯,但它在1913年是一個巨大的發現。添加質子會產生新元素。氫有一個質子,因此它的原子序數是1。添加一個質子,你得到原子序數為2的氦。添加另一個質子,你得到原子序數為3的鋰,等等。
當莫斯利通過質子數而不是原子量將元素排列在元素週期表中時,元素週期表中幾十年來讓科學家感到不舒服的缺陷就消失了。
四種新的化學元素
此外,就像門捷列夫44年前所做的那樣,莫斯利在他的新週期表中看到了差距。他預測存在四種新元素,即43,61,72和75個質子。這些元素後來被其他科學家發現;我們現在稱它們為鍀,鉿和錸。
“我們在這裡有一個證據,證明在原子中有一個基本量,當一個元素從一個元素傳遞到另一個元素時,它會逐步增加。這個數量只能是中心正核上的電荷,我們已經有了明確的證據。“
識別元素的新方法
好像他對週期表的解釋還不夠,莫斯利還發現了一種新的非破壞性方法來找出任何樣品中存在哪些元素:用高能電子轟擊樣品並查看結果的頻率X射線。這些X射線與樣品中存在的任何元素的指紋一樣好。
當時,對於稀土化學家來說,這是一種特別受歡迎的技術,他們發現他們的工作幾乎變成了噩夢。稀土金屬的行為非常相似,分析含有這些元素的樣品可能需要多年的工作。莫斯利現在可以在幾分鐘內完成!
X射線光譜現在在世界各地的實驗室中使用。它還用於研究其他世界,如火星。
結束
1914年,盧瑟福和布拉格向牛津大學建議,應該任命莫斯利擔任物理學主席,並在那裡空缺。
然而,莫斯利有其他想法。
1915年8月10日,土耳其加里波利的27歲中尉亨利莫斯利在戰鬥中喪生。他的墳墓位於土耳其加里波利半島。
由於莫斯利去世,經過歐內斯特盧瑟福的大量遊說,英國政府禁止其他一流的科學家擔任前線職務。
1916年,沒有諾貝爾獎獲得物理或化學獎。有一個強烈的科學共識,亨利莫斯利,如果他還活著,將獲得這些獎項之一。
“在一項研究中,註定要成為十幾個最精彩的概念之一,執行技巧,並且在科學史上有所啟發,一位年僅26歲的年輕人打開窗戶,我們可以通過現在,以前從未夢想過的確定性和確定性瞥見了亞原子世界。如果歐洲戰爭沒有其他結果而不是扼殺這個年輕的生命,那麼僅此一點就會使它成為歷史上最可怕和最無法彌補的罪行之一。“
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