亨利·莫斯莱


亨利·莫斯莱

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亨利·莫斯莱亨利·格温·杰弗里·莫塞莱(Henry Gwyn Jeffreys Moseley,1887年11月23日-1915年8月10日),或者称作亨利·莫斯莱,亨利·莫塞莱,是一位英国的物理学家、化学家 。莫塞莱的科研成就打破了先前物理学的成见,他提出了原子序数的概念 。他的这些发现源自他对X射线当中的莫塞莱定律(Moseley's law)的发展 。
【亨利·莫斯莱】莫塞莱定律推动了原子物理学的发展,除了为尼尔斯·玻尔理论用来重现的氢原子光谱之外,核物理和量子物理为玻尔的理论提供了第一次实验证据 。该理论改进了欧内斯特·卢瑟福和安东尼乌斯·范登布罗克的模型,该模型表明了原子核中含有若干正核电荷,这些正核电荷数等于周期表中的原子数 。该模型至今仍被世人接受 。
当一战在西欧爆发以后,莫塞莱辞去了他在牛津大学的研究工作,以志愿者的身份入伍并成为了英国军队的一位工程兵军官 。1915年4月,莫塞莱跟随大英帝国军队一起入侵了土耳其的加里波利,他当时的职务是电报官员 。1915年8月10日,莫塞莱在加里波利战役期间被击中身亡,享年27岁 。有关专家预测,如果莫塞莱能活到1916年的话,他可以得到那年的诺贝尔物理学奖 。因为莫塞莱的阵亡,英国政府制定了新的参战资格政策 。
基本介绍中文名:亨利·格温·杰弗里·莫塞莱
外文名:Henry Gwyn Jeffreys Moseley
国籍:英国
民族:不列颠人
出生地:英格兰多塞特郡韦茅斯
出生日期:1887年11月23日
逝世日期:1915年8月10日
职业:物理学家、化学家
毕业院校:牛津大学三一学院
主要成就:发现原子序数,提出莫塞莱定律
早年经历莫塞莱的朋友们喜欢叫他“哈里(Harry)” 。莫塞莱他于1887年11月23日出生于英格兰多塞特郡韦茅斯 。莫塞莱的父亲名叫亨利·诺蒂奇·莫塞莱(Henry Nottidge Moseley,1844-1891),在他4岁的时候就去世了 。莫塞莱父亲是一位生物学家,还担任牛津大学的解剖学和物理学教授,亦曾是“挑战者号“”科考活动(Challenger Expedition,编者注:由英国博物学家、海洋动物学家查尔斯·威维尔·汤姆森[Charles Wyville Thomson]为首的一批科学家搭乘英国皇家海军的挑战者号[HMS Challenger]小型护卫舰于1872-1876年间进行的一系列科考活动,为海洋学奠定了基础)的成员之一 。莫塞莱的母亲名叫阿玛贝尔·格温·杰弗里斯·莫塞莱(Amabel Gwyn Jeffreys Moseley),她是威尔斯生物学家、贝类学家(conchologist)约翰·格温·杰弗里斯(John Gwyn Jeffreys)的女儿 。
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莫塞莱的外公约翰·格温·杰弗里斯在夏田学校(Summer Fields School)就读时,莫塞莱就是一个很有前途的学生,该校的四个“联盟(leagues,夏田学校的学生组织)”之一至今仍以他的名字命名 。莫塞莱获得皇室奖学金后(King's scholarship)前往伊顿公学(Eton College)就读 。1906年,莫塞莱在伊顿公学赢得了化学和物理奖,同年他进入牛津大学三一学院就读,并在那里获得了学士学位 。在牛津大学攻读学士学位期间,莫塞莱加入了共济会在牛津大学的分会阿波罗大学分会(Appollo University Lodge) 。1910年,刚刚从牛津大学毕业的莫塞莱就进入曼彻斯特大学(University of Manchester),在着名物理学家欧内斯特·卢瑟福手下担任物理学讲师(demonstrator in physics) 。莫塞莱在曼彻斯特大学的第一年里,他是一位有大学学位的助理讲师(a teaching load as a graduate teaching assistant),主要工作是授课,但从第二年开始,他被调任硕士生研究助理(graduate research assistant),主要工作是科研 。卢瑟福向莫塞莱发出邀请,希望与其共事,但被后者婉拒,因为后者更希望返回牛津大学 。1913年11月,莫塞莱返回牛津大学,校方提供给他实验室和相关设施,但没有多少其他支持 。科研经历莫塞莱定律及原子序数1912年,经过了对β粒子能量的试验,莫塞莱发现在镭的放射源当中存在高电势,因而发明了第一个原子能电池,儘管他无法产生100万伏特能量去阻停β粒子 。1913年,莫塞莱用X射线晶体衍射的方法观察和测量了很多化学元素(大部分是金属)的电子波谱 。利用布拉格衍射定律去得出X射线的波长,这是X射线光谱学在物理领域的一次开拓性套用 。莫塞莱发现了X射线波长和用于X射线管靶的金属元素原子数目之间的系统性数学关係,这被称作莫塞莱定律 。在莫塞莱发现原子序数之前,包括俄国化学家德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫在内的化学家都认为化学元素的原子序数是基于原子质量顺序的半任意序数(semi-arbitrary sequential number) 。在门捷列夫製作的元素周期表里,他将一些元素的位置进行了调整,使这些元素能被放到表里更加合适的位置 。例如,钴和镍这两种金属元素分别被分配的原子序数为27和28,以对应它们已知的化学和物理属性,即使它们有着相同的原子质量 。事实上,钴的原子质量稍大于镍,因此应该把这二者的原子序数相互调换才对 。在莫塞莱的X射线光谱学实验里,他直接从物理上正确地测定律钴和镍这两种元素出有着不同的原子质量,这一发现使得钴的原子序数被调整到27,镍的原子序数被调到28 。因此,莫塞莱的发现说明了原子序数不是来源于化学家的臆断,而是通过元素的X射线光谱学的坚实试验基础来得出 。更甚者,莫塞莱展示了原子序数为43,、61、72和75的元素存在空缺 。现在这些空缺时已经被探明,分别是人工合成的放射性元素鎝(1937年成功从钼元素中分离)和鉕(1947年在铀的裂变物中成功分离),以及两个相当稀少的天然稳定元素铪(1923年被发现)和铼(1925年被发现) 。但在莫塞莱所处的年代,这些都是未知的 。一些经验丰富化学家曾作出一些有关未知元素的预测,如门捷列夫曾预测,在元数周期表内尚有一个空缺的元素,后来被新发现的元素“鎝”填充 。捷克化学家博胡斯拉夫·布劳纳(Bohuslav Brauner,1855-1935,他为求解相对原子质量和稀土元素的研究做出了贡献)亦曾预测元素周期表内另有一个空缺,后来被元素“鉕”填充 。莫塞莱通过实验证实,以上未知元素的原子序数分别为43和61 。除此之外,莫塞莱还预测了两个未知元素原子序数分别是72和75的未知元素,他还提供了强有力的证据表明,铝元素(原子序数为13)和金元素(原子序数79)之间不存在任何空缺 。