亨利·莫斯莱( 二 ) _生活百科

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捷克化学家博胡斯拉夫·布劳纳之后的问题是关于其他未知元素存在可能性的，这是困扰全球化学界的长期问题，特别是有关稀土元素中的镧系元素。莫塞莱能够展示这些镧系元素，例如从镧元素至鑥元素，一共有不多不少的15个元素。而探明镧系元素的数量在20世纪早期一直是个难题。因为那时的化学家们还无法提炼出精纯的稀土元素以及生产相关的盐，在某些情况下化学家们甚至无法从两种或两种以上十分类似（在元素周期表中相邻）的稀土元素组成的混合物将其一一区分开来。例如，曾有一种被称为“didymium”的物质曾被认为是一种稀土元素，但后来didymium被证实这是由“钕”和“鐠”这两种稀土元素组成的混合物，在更进一步的研究中，釓元素和钐元素亦先后被从didymium中分离出来。当然，在莫塞莱所处的年代里，用于分离稀土元素的“离子交换法”还未被发明。莫塞莱利用X射线光谱学的方法可以準确地解决上述的化学难题。莫塞莱还预测了原子序数为61的元素的存在，而该镧系元素先前从未被认为是存在的。1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）从铀的裂变产物中发现了61号元素，用希腊神话中的神名普罗米修斯（Prometheus）命名为鉕（Promethium）。在莫塞莱和他的定律之前，原子序数被认为是半任意序数，其排列序数随着原子质量增大而增加，但却不严格遵循于此。莫塞莱的发现显示了原子序数并非任意指定的，而是有着明确的物理基础。莫塞莱假设元素周期表中每个相连的元素都有一个核电荷，比它的前一个核电荷大一个单位。莫塞莱重新定义了原子序数，并将其描述为“一个特殊的数字标记，帮助将元素在元素周期表内排序成一个精确的升序原子序数序列，使得周期表变得精确（ an ad hoc numerical tag to help sorting the elements into an exact sequence of ascending atomic numbers that made the Periodic Table exact）” 。莫塞莱的这一定义后来成为了原子学的构造原理基础。玻尔指出，莫塞莱定律为卢瑟福和安东尼乌斯·范登布罗克（Antonius van den Broek，荷兰业余物理学家及律师，他在1911年第一个提出了元素周期表内的元素与带电原子核相对应的概念，莫塞莱因此受到启发并在1913年用实验数据证明了它）的原子模型提供了完整合理的实验数据；即原子是由一个带正电荷的原子核与包围原子核的若干带负电粒子（后来被称为电子）组成，而带负电粒子的数量与原子核当中带正电的粒子（后来被称为质子）数目相同。莫塞莱在他的科研资料里提到了卢瑟福和布罗克的名字，但却没提到玻尔，因为玻尔的名字当时在那个领域还是陌生的。如果简单地把玻尔和约翰内斯·罗伯·里德伯格（Johannes Rober Rydberg，1854-1919，瑞典物理学家、数学家，光谱学的奠基人之一）这二人的公式修改一下，就可以得出莫塞莱经验上推导原子序数定律的理论证明。

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瑞典物理学家、数学家约翰内斯·罗伯·里德伯格X射线光谱仪的套用X射线光谱仪是X射线晶体学的基础。莫塞莱使用的X射线光谱仪工作原理如下所述：用一个玻璃球状电子管，就像上图中莫塞莱手中拿的那样。在真空管内，电子被射向金属物质（例如莫塞莱试验当中的纯物质样本），导致元素内电子层的电子电离。反弹的电子会进入内电子层的孔隙，使得发射的X射线光子会有半波束被引出管子里，通过一个X射线外部屏障的开口。接下来用一个标準的盐晶体以一定角度进行衍射，可以通过一定距离的真空管上曝光的X射线胶片观察到摄影线。套用布拉格定律（经过一些对金属晶体里原子之间平均距离的猜测，这取决于晶体的密度），使得接下来发射的X射线波长可以被计算出来。