Генри Мосли
Английский физик (1887–1915)

Генри Мосли
Мозли в 1914 году
Рожденный
Генри Гвин Джеффрис Моусли

( 1887-11-23 )23 ноября 1887 г.
Веймут , Дорсет , Англия
Умер10 августа 1915 г. (1915-08-10)(27 лет)
Галлиполи , Османская империя
Причина смертиПогиб в бою
ОбразованиеЛетняя школа Fields,
колледж Итон
Альма-матерТринити-колледж, Оксфордский
университет Манчестера
ИзвестныйАтомный номер , закон Мозли
НаградыМедаль Маттеуччи (1919)
Научная карьера
ПоляФизика , химия

Генри Гвин Джеффрис Мозли ( / ˈ m oʊ z l i / ; 23 ноября 1887 г. – 10 августа 1915 г.) был английским физиком, чей вклад в физическую науку состоял в обосновании с помощью физических законов предыдущей эмпирической и химической концепции атомного числа . Это вытекало из 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 призвана воспроизвести. Эта теория усовершенствовала модель Эрнеста Резерфорда и Антониуса ван ден Брука , которая предполагала, что атом содержит в своем ядре некоторое количество положительных ядерных зарядов , которое равно его (атомному) номеру в периодической таблице. [1] [2]

Когда в Западной Европе разразилась Первая мировая война , Мозели оставил свою исследовательскую работу в Оксфордском университете, чтобы пойти добровольцем в Королевские инженеры Британской армии . Мозели был назначен в войска солдат Британской империи , которые вторглись в регион Галлиполи , Турция, в апреле 1915 года, в качестве офицера по связи . Мозели был застрелен во время битвы при Галлиполи 10 августа 1915 года в возрасте 27 лет. Эксперты предполагают, что в противном случае Мозели мог бы быть удостоен Нобелевской премии по физике в 1916 году. [3] [4]

Биография

Генри Дж. Дж. Мозели, известный своим друзьям как Гарри, [5] родился в Веймуте в Дорсете в 1887 году. Его отец Генри Ноттидж Мозели (1844–1891), который умер, когда Мозели был совсем молодым, был биологом, а также профессором анатомии и физиологии в Оксфордском университете, который был участником экспедиции «Челленджер» . Матерью Мозели была Амабель Гвин Джеффрис, дочь валлийского биолога и конхиолога Джона Гвина Джеффриса . [6] Она также была чемпионкой Великобритании по шахматам среди женщин в 1913 году. [7] [8] [a]

Мозели был очень многообещающим учеником в Summer Fields School (где одна из четырех «лиг» названа в его честь), и ему была присуждена стипендия короля для обучения в Итонском колледже . [9] В 1906 году он выиграл призы по химии и физике в Итоне. [10] В 1906 году Мозели поступил в Тринити-колледж Оксфордского университета, где получил степень бакалавра . Будучи студентом Оксфорда, Мозели стал масоном, присоединившись к университетской ложе Аполлона . [11] Сразу после окончания Оксфорда в 1910 году Мозели стал демонстратором по физике в Манчестерском университете под руководством сэра Эрнеста Резерфорда . В течение первого года обучения Мозели в Манчестере у него была преподавательская нагрузка в качестве ассистента преподавателя аспирантуры , но после этого первого года он был переведен с преподавательских обязанностей на работу в качестве ассистента научного сотрудника аспирантуры . Он отклонил стипендию, предложенную Резерфордом, предпочтя вернуться в Оксфорд в ноябре 1913 года, где ему предоставили лабораторные возможности, но не оказали никакой поддержки. [12] : 95 

Научная работа

Экспериментируя с энергией бета-частиц в 1912 году, Мозли показал, что высокие потенциалы можно получить с помощью радиоактивного источника радия, тем самым изобретя первую атомную батарею , хотя ему не удалось создать 1 МВ, необходимый 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 пионерское использование метода рентгеновской спектроскопии в физике, использующее закон дифракции Брэгга для определения длин волн рентгеновских лучей. Мозли открыл систематическую математическую связь между длинами волн полученных рентгеновских лучей и атомными номерами металлов, которые использовались в качестве мишеней в рентгеновских трубках. Это стало известно как закон Мозли .

До открытия Мозли атомные номера (или элементарный номер) элемента считались полупроизвольным последовательным номером, основанным на последовательности атомных масс , но несколько измененным там, где химики находили это изменение желательным, например, русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым . В своем изобретении Периодической таблицы элементов Менделеев поменял местами порядки нескольких пар элементов, чтобы поместить их в более подходящие места в этой таблице элементов. Например, металлам кобальту и никелю были присвоены атомные номера 27 и 28 соответственно на основе их известных химических и физических свойств, хотя они имеют почти одинаковые атомные массы. Фактически, атомная масса кобальта немного больше, чем у никеля, поэтому никель был бы помещен в Периодическую таблицу перед кобальтом, если бы они были размещены исключительно в соответствии с атомной массой. Однако эксперименты Мозли в рентгеновской спектроскопии показали непосредственно из их физики, что кобальт и никель имеют разные атомные номера, 27 и 28, и что они размещены в Периодической таблице правильно по объективным измерениям Мозли их атомных номеров. Таким образом, открытие Мозли продемонстрировало, что атомные номера элементов - это не просто довольно произвольные числа, основанные на химии и интуиции химиков, но, скорее, они имеют прочную экспериментальную основу из физики их рентгеновских спектров.

Кроме того, Мозли показал, что в последовательности атомных чисел есть пробелы под номерами 43, 61, 72 и 75. Теперь известно, что эти пробелы являются местами радиоактивных синтетических элементов технеция и прометия , а также последних двух довольно редких природных стабильных элементов гафния (открыт в 1923 году) и рения (открыт в 1925 году). При жизни Мозли об этих четырех элементах ничего не было известно, даже об их существовании. Основываясь на интуиции очень опытного химика , Дмитрий Менделеев предсказал существование недостающего элемента в Периодической таблице, который, как позже выяснилось, был заполнен технецием, а Богуслав Браунер предсказал существование еще одного недостающего элемента в этой таблице, который, как позже выяснилось, был заполнен прометием. Эксперименты Генри Мозли подтвердили эти предсказания, показав, какими именно были недостающие атомные номера: 43 и 61. Кроме того, Мозли предсказал существование еще двух неоткрытых элементов с атомными номерами 72 и 75 и привел весьма убедительные доказательства того, что в Периодической таблице нет других пробелов между элементами алюминием (атомный номер 13) и золотом (атомный номер 79).

Этот последний вопрос о возможности большего количества неоткрытых («отсутствующих») элементов был постоянной проблемой среди химиков мира, особенно учитывая существование большого семейства лантаноидов серии редкоземельных элементов . Мозли смог продемонстрировать, что эти лантаноиды, то есть от лантана до лютеция , должны иметь ровно 15 членов — не больше и не меньше. Количество элементов в лантаноидах было вопросом, который был очень далек от решения химиками начала 20-го 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 соседних чистых металлов в Периодической таблице. Например, был так называемый «элемент», которому даже дали химическое название « дидимий ». Несколько лет спустя было обнаружено, что «дидимий» — это просто смесь двух настоящих редкоземельных элементов, и им дали названия неодим и празеодим , что означает «новый близнец» и «зеленый близнец». Кроме того, метод разделения редкоземельных элементов методом ионного обмена еще не был изобретен во времена Мозли.

Метод Мозели в ранней рентгеновской спектроскопии был способен быстро решить вышеуказанные химические проблемы, некоторые из которых занимали химиков в течение многих лет. Мозели также предсказал существование элемента 61, лантаноида, о существовании которого ранее не подозревали. Несколько лет спустя этот элемент 61 был создан искусственно в ядерных реакторах и был назван прометием. [15] [16] [17] [18] [19]

Вклад в понимание атома

До Мозли и его закона атомные номера считались полупроизвольным упорядоченным числом, неопределенно увеличивающимся с атомным весом, но не строго определяемым им. Открытие Мозли показало, что атомные номера не были произвольно назначены, а, скорее, имели определенную физическую основу. Мозли постулировал, что каждый последующий элемент имеет ядерный заряд ровно на одну единицу больше, чем у его предшественника. Мозли переопределил идею атомных номеров из ее предыдущего статуса как ad hoc числового тега, чтобы помочь сортировать элементы в точную последовательность возрастающих атомных номеров, что сделало Периодическую таблицу точной. (Позже это стало основой принципа Ауфбау в атомных исследованиях.) Как отметил Бор, закон Мозли предоставил достаточно полный экспериментальный набор данных, которые поддерживали (новую с 1911 года) концепцию Эрнеста Резерфорда и Антониуса ван ден Брука об атоме с положительно заряженным ядром, окруженным отрицательно заряженными электронами , в которой атомный номер понимается как точное физическое число положительных зарядов (позже открытых и названных протонами ) в центральных атомных ядрах элементов. Мозли упомянул двух ученых выше в своей исследовательской работе, но он фактически не упомянул Бора, который тогда был довольно новым на сцене. Было обнаружено, что простые модификации формул Ридберга и Бора дают теоретическое обоснование эмпирически выведенного закона Мозли для определения атомных номеров.

Использование рентгеновского спектрометра

Мозли в лабораториях Баллиол-Тринити в 1910 году

Рентгеновские спектрометры являются краеугольными камнями рентгеновской кристаллографии . Рентгеновские спектрометры, какими их знал Мозли, работали следующим образом. Использовалась стеклянная электронная трубка , похожая на ту, которую держит Мозли на фотографии здесь. Внутри вакуумированной трубки электроны выстреливались в металлическое вещество (то есть образец чистого элемента в работе Мозли), вызывая ионизацию электронов из внутренних электронных оболочек элемента. Отскок электронов в эти отверстия во внутренних оболочках затем вызывает испускание рентгеновских фотонов , которые выводились из трубки в виде полулуча через отверстие во внешней рентгеновской защите. Затем они дифрагировались стандартизированным солевым кристаллом, а угловые результаты считывались 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 рассчитать длину волны испускаемых рентгеновских лучей.

Мозли участвовал в проектировании и разработке раннего рентгеновского спектрометрического оборудования, [20] [21] изучая некоторые методы у Уильяма Генри Брэгга и Уильяма Лоуренса Брэгга в Университете Лидса , а другие разрабатывал сам. Многие из методов рентгеновской спектроскопии были вдохновлены методами, которые используются в спектроскопах видимого света и спектрограммах , путем замены кристаллов, ионизационных камер и фотографических пластин на их аналоги в световой спектроскопии . В некоторых случаях Мозли счел необходимым модифицировать свое оборудование для обнаружения особенно мягких (более низкочастотных ) рентгеновских лучей, которые не могли проникнуть ни через воздух, ни через бумагу, работая со своими инструментами в вакуумной камере .

Смерть и последствия

Где-то в первой половине 1914 года Мозели ушел со своей должности в Манчестере, намереваясь вернуться в Оксфорд и продолжить там свои исследования в области физики. Однако в августе 1914 года началась Первая мировая война , и Мозели отклонил это предложение о работе, чтобы вместо этого поступить на службу в Королевские инженеры британской армии . Его семья и друзья пытались убедить его не вступать, но он считал, что это его долг. [22] Мозели служил техническим офицером в коммуникациях во время битвы при Галлиполи в Турции , начиная с апреля 1915 года, где он был убит снайпером 10 августа 1915 года.

Голубая мемориальная доска, установленная Королевским химическим обществом на здании Таунсенда Оксфордской лаборатории Кларендона в память о работе Мозли по рентгеновским лучам, испускаемым элементами

На момент смерти Мозли было всего двадцать семь лет, и, по мнению некоторых ученых, он мог бы внести большой вклад в изучение атомной структуры, если бы выжил. Нильс Бор сказал в 1962 году, что работа Резерфорда «вообще не была воспринята всерьез» и что «большая перемена произошла благодаря Мозли». [23]

Роберт Милликен писал: «В исследовании, которому суждено войти в число дюжины самых блестящих по замыслу, искусных по исполнению и проливающих свет на результаты в истории науки, молодой человек двадцати шести лет распахнул окна, через которые мы можем заглянуть в субатомный мир с определенностью и уверенностью, о которых мы никогда раньше не мечтали. Если бы Европейская война не имела иного результата, кроме уничтожения этой молодой жизни, это само по себе сделало бы ее одним из самых отвратительных и непоправимых преступлений в истории». [24]

Джордж Сартон писал: «Его слава уже была основана на таком прочном фундаменте, что память о нем будет вечно зеленеть. Он один из бессмертных в науке, и хотя он мог бы внести еще много дополнений в наши знания, если бы его жизнь была сохранена, вклад, уже приписываемый ему, имел такое фундаментальное значение, что вероятность того, что он превзойдет самого себя, была крайне мала. Весьма вероятно, что как бы долго он ни прожил, его бы помнили в основном из-за «закона Мозли», который он опубликовал в возрасте двадцати шести лет». [25]

Айзек Азимов писал: «Учитывая то, чего он [Мозели] мог бы еще достичь… его смерть вполне могла бы стать самой дорогой смертью за всю войну для человечества в целом». [4] : 714  Резерфорд считал, что работа Мозели принесла бы ему Нобелевскую премию (которая, однако, никогда не присуждается посмертно). [3]

Мемориальные доски Мозели были установлены в Манчестере и Итоне, а стипендия Королевского общества , учрежденная по его завещанию, имела своим вторым получателем физика П. М. С. Блэкетта , который позже стал президентом Общества. [12] : 126  Медаль и премия Института физики Генри Мозели названы в его честь. [26]

Примечания

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

Ссылки

  1. ^ Резерфорд, Э. (1911). «Рассеяние α- и β-частиц материей и строение атома». Philosophical Magazine . 6-я серия. 21 (125): 669–688 .
  2. ^ Брук, А. ван ден (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. ^ ab Резерфорд, Эрнест. «Мозели, Генри Гвин Джеффрис». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-ред.). Oxford University Press. doi :10.1093/ref:odnb/35125. (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании.)
  4. ^ ab Азимов, Айзек (1982). "1121. МОЗЕЛИ, Генри Гвин-Джеффрис". Биографическая энциклопедия науки и техники Азимова (2-е пересмотренное издание). Нью-Йорк и т. д.: Doubleday. стр.  713–714 .
  5. ^ Родс, Ричард (18 сентября 2012 г.). Создание атомной бомбы . Саймон и Шустер. С.  81–83 .
  6. ^ «Этот месяц в истории физики 10 августа 1915 г.: Генри Дж. Дж. Мозели погиб в бою». APS News . 21 (8). Американское физическое общество. 2012. Получено 31 декабря 2019 г.
  7. ^ "Амабель Соллас". British Chess Magazine . 37–38 : 357. 1917.
  8. ^ "Соллас, Амабель". Исторические шахматные рейтинги EDO . Проверено 31 декабря 2019 г.
  9. ^ Хейлброн, Джон Л. (1966). «Работа Х. Г. Дж. Мосли». Isis . 57 (3): 336– 364. doi :10.1086/350143. ISSN  0021-1753. JSTOR  228365. S2CID  144765815.- Статья JSTOR; требуется разрешение
  10. ↑ Ежегодник государственных школ 1906 г.
  11. ^ Джордан, Кристофер (2015). ПЕРВАЯ МИРОВАЯ ВСПОМИНАНИЯВоспоминания членов клуба (PDF) . Лондон: Оксфордский и Кембриджский клуб . Получено 13 декабря 2019 г.
  12. ^ ab Heilbron, John L. (1974). HGJ Moseley: Жизнь и письма английского физика, 1887–1915. Беркли и Лос-Анджелес, Калифорния: University of California Press. ISBN 978-0-520-02375-8.
  13. ^ Moseley, 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 . Получено 5 января 2013 г. .
  14. ^ Moseley, HGJ (1913). «Высокочастотные спектры элементов». Philosophical Magazine . 6-я серия. 26 : 1024–1034 .
  15. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2016). «Повторное открытие элементов: Редкие Земли–Последний член» (PDF) . The Hexagon : 4–9 . Получено 30 декабря 2019 г.
  16. ^ Маршалл, Джеймс Л. Маршалл; Маршалл, Вирджиния Р. Маршалл (2015). «Повторное открытие элементов: редкие земли–запутанные годы» (PDF) . The Hexagon : 72–77 . Получено 30 декабря 2019 г.
  17. ^ Уикс, Мэри Эльвира (1956). Открытие элементов (6-е изд.). Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования.
  18. ^ Лэнг, Майкл (2005). «Пересмотренная периодическая таблица: с измененным положением лантаноидов». Основы химии . 7 (3): 203–233 . doi :10.1007/s10698-004-5959-9. S2CID  97792365.
  19. ^ Кантрилл, Стюарт (21 ноября 2018 г.). «Прометий несвязанный». Химические соединения . Получено 30 декабря 2019 г. .
  20. ^ Шерри, Эрик Р. (2007). Периодическая таблица: ее история и ее значение . Оксфорд: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-530573-9.
  21. ^ Шерри, Эрик Р. (2014). «Мастер недостающих элементов». American Scientist . 102 (5): 358– 365. doi :10.1511/2014.110.358 . Получено 31 декабря 2019 г.
  22. ^ Рейноса, Питер. «Ода Генри Мосли». HuffPost . Получено 7 января 2016 г.
  23. ^ "Устная история стенограммы: Нильс Бор - сессия I". Американский институт физики . Получено 11 октября 2023 г.
  24. ^ Кроппер, Уильям (1970). Квантовые физики и введение в их физику . Oxford University Press. стр. 53.
  25. ↑ Сартон, Джордж (1927) «Мозели [1887 – 1915] Нумерация элементов», Isis 9: 96–111, перепечатано в Sarton on the History of Science (1962), редактор Дороти Стимсон , Harvard University Press
  26. ^ "Медаль и премия Генри Мозели". Институт физики. Архивировано из оригинала 3 августа 2020 года . Получено 28 декабря 2019 года .

Дальнейшее чтение

  • Джаффе, Бернард (1971). Мосли и нумерация элементов . Гарден-Сити, Нью-Йорк: Anchor Books.
На Викискладе есть медиафайлы по теме Генри Мозли.
В Wikisource есть текст статьи из Британской энциклопедии 1922 года о « Генри Мозли ».
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Генри_Мозли&oldid=1241657990"