Henry Moseley - Henry Moseley
Henry Moseley | |
|---|---|
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| Nascer |
Henry Gwyn Jeffreys Moseley
23 de novembro de 1887 |
| Faleceu | 10 de agosto de 1915 (com 27 anos) |
| Causa da morte | Morto em ação |
| Nacionalidade | inglês |
| Cidadania | britânico |
| Educação |
Summer Fields School Eton College |
| Alma mater |
Trinity College, Oxford University of Manchester |
| Conhecido por | Número atômico , lei de Moseley |
| Prêmios | Medalha Matteucci (1919) |
| Carreira científica | |
| Campos | Física , química |
| Influências | Ernest Rutherford |
Henry Gwyn Jeffreys Moseley ( / m oʊ z l i / ; 23 novembro de 1887 - 10 de agosto de 1915) foi um Inglês físico , cuja contribuição para a ciência da física foi a justificação das leis físicas do empírico e anterior química conceito de atômica número . Isso resultou 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, fornecendo a primeira evidência experimental em favor da teoria de Niels Bohr , além do espectro de átomos 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 estourou na Europa Ocidental , Moseley deixou seu trabalho de pesquisa na Universidade de Oxford para se voluntariar para os Engenheiros Reais do Exército Britânico . Moseley foi designado para a força de soldados do Império Britânico que invadiu a região de Gallipoli , na 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. Os especialistas especularam que Moseley poderia ter recebido o Prêmio Nobel de Física em 1916.
Biografia
Henry GJ Moseley, conhecido por seus 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 e conchologista galês John Gwyn Jeffreys . Ela também foi a campeã feminina britânica de xadrez em 1913.
Moseley foi um estudante muito promissor na Summer Fields School (onde uma das quatro "ligas" leva o seu nome) e recebeu uma bolsa de estudos King para frequentar o Eton College . Em 1906, ele ganhou os prêmios de química e física em Eton. Em 1906, Moseley ingressou no Trinity College da Universidade de Oxford, onde se graduou como bacharel . Enquanto era graduado em Oxford, Moseley ingressou no Apollo University Lodge . Imediatamente após a graduação em Oxford em 1910, Moseley tornou-se um demonstrador em física na Universidade de Manchester sob a supervisão de Sir Ernest Rutherford . Durante o primeiro ano de Moseley em Manchester, ele teve uma carga de ensino como assistente de ensino de pós - graduação , mas depois desse primeiro ano, ele foi transferido de suas funções 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 nenhum apoio.
Trabalho científico
Experimentando com a energia das partículas beta em 1912, Moseley mostrou que altos potenciais eram atingíveis a partir de uma fonte radioativa de rádio, inventando assim a primeira bateria atômica , embora ele fosse incapaz de produzir o 1MeV necessário 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 por meio de cristais . Este foi um uso pioneiro do método de espectroscopia de raios-X na 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 usados como alvos nos tubos de raios-X. Isso se tornou conhecido como lei de Moseley .
Antes da descoberta de Moseley, os números atômicos (ou número elementar) de um elemento eram pensados como um número sequencial semi-arbitrário, com base na sequência de massas atômicas , mas modificado um pouco onde os químicos consideraram essa modificação desejável, como por o químico russo, Dmitri Ivanovich Mendeleev . Em sua invenção da Tabela Periódica dos Elementos , Mendeleiev trocou as ordens de alguns pares de elementos para colocá-los em lugares mais apropriados nesta tabela dos elementos. Por exemplo, os metais cobalto e níquel receberam os números atômicos 27 e 28, respectivamente, com base em suas propriedades químicas e físicas conhecidas, embora tenham quase as mesmas massas atômicas. Na verdade, a massa atômica do cobalto é ligeiramente maior do que a do níquel, o que os teria colocado em ordem inversa se tivessem sido colocados na Tabela Periódica às cegas de acordo com a massa atômica. Os experimentos de Moseley em espectroscopia de raios-X mostraram diretamente de sua física que cobalto e níquel têm os diferentes números atômicos, 27 e 28, e que são colocados na Tabela Periódica corretamente pelas medições objetivas de Moseley de seus números atômicos. Conseqüentemente, a descoberta de Moseley demonstrou que os números atômicos dos elementos não são apenas números arbitrários baseados na química e na intuição dos químicos, mas sim, eles têm uma base experimental sólida 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 são agora conhecidos, respectivamente, por serem os locais dos elementos sintéticos radioativos tecnécio e promécio , e também os últimos dois elementos estáveis bastante raros que ocorrem naturalmente háfnio (descoberto em 1923) e rênio (descoberto em 1925). Nada se sabia sobre esses quatro elementos durante a vida de Moseley, nem mesmo sua existência. Com base na intuição de um químico muito experiente , Dmitri Mendeleev previu a existência de um elemento ausente na Tabela Periódica, que mais tarde foi encontrado para ser preenchido por tecnécio, e Bohuslav Brauner previu a existência de outro elemento ausente nesta Tabela, que mais tarde foi encontrado para ser preenchido por promécio. Os experimentos de Henry Moseley confirmaram essas previsões, mostrando exatamente quais eram os números atômicos ausentes, 43 e 61. Além disso, Moseley previu a existência de mais dois elementos não descobertos, aqueles com os números atômicos 72 e 75, e deu evidências muito fortes de que havia não houve 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 não descobertos ("ausentes") tinha sido um problema permanente entre os químicos do mundo, particularmente dada a existência da grande família da série de lantanídeos de elementos de terras raras . Moseley conseguiu demonstrar que esses elementos lantanídeos, ou seja, lantânio até lutécio , devem ter exatamente 15 membros - nem mais nem menos. O número de elementos nos lantanídeos era uma questão que estava muito longe de ser resolvida pelos químicos do início do século XX. Eles ainda não podiam produzir amostras puras de todos os elementos de terras raras, mesmo na forma de seus sais , e em alguns casos eles eram incapazes de distinguir entre misturas de dois elementos de terras raras muito semelhantes (adjacentes) dos metais puros próximos na Tabela Periódica. Por exemplo, havia um assim chamado "elemento" que até recebeu o nome químico de " didymium ". Alguns anos depois, descobriu-se que "Didymium" era simplesmente uma mistura de dois elementos genuínos de terras-raras, e a eles foram dados os nomes de neodímio e praseodímio , que significa "novo gêmeo" 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 ocuparam os químicos por vários anos. Moseley também previu a existência do elemento 61, um lantanídeo cuja existência era anteriormente insuspeitada. Alguns anos depois, esse elemento 61 foi criado artificialmente em reatores nucleares e recebeu o nome de promécio .
Contribuição para a compreensão do átomo
Antes de Moseley e sua lei, os números atômicos eram considerados um número de ordenação semi-arbitrário, aumentando vagamente com o peso atômico, mas não estritamente definido por ele. A descoberta de Moseley mostrou que os números atômicos não foram atribuídos arbitrariamente, mas sim, eles têm uma base física definida. Moseley postulou que cada elemento sucessivo tem uma carga nuclear exatamente uma unidade maior do que seu predecessor. Moseley redefiniu a ideia de números atômicos de seu status anterior como uma etiqueta numérica ad hoc para ajudar a classificar os elementos em uma seqüência exata de números atômicos ascendentes que tornavam a Tabela Periódica exata. (Esta seria mais tarde a base do princípio de Aufbau nos estudos atômicos.) Conforme observado por Bohr, a lei de Moseley forneceu um conjunto experimental de dados razoavelmente completo que apoiou a concepção (nova de 1911) de Ernest Rutherford e Antonius van den Broek de o átomo, com um núcleo carregado positivamente rodeado por elétrons carregados negativamente, no qual o número atômico é entendido como o número físico exato de cargas positivas (mais tarde descobertas e chamadas de 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 então. A modificação simples das fórmulas de Rydberg e Bohr foi encontrada para fornecer uma justificativa teórica para a lei derivada empiricamente de Moseley para determinar os números atômicos.
Uso de espectrômetro de raios-X
Os espectrômetros de raios-X são os alicerces da cristalografia de raios-X . Os espectrômetros de raios X, como Moseley os conhecia, funcionavam da seguinte maneira. Foi usado um tubo de elétrons com bulbo de vidro , semelhante ao segurado por Moseley na foto aqui. Dentro do tubo evacuado, os elétrons foram disparados contra uma substância metálica (ou seja, uma amostra do elemento puro no trabalho de Moseley), causando a ionização dos elétrons das camadas internas do elemento. A repercussão dos elétrons nesses buracos nas camadas internas causa, a seguir, a emissão de fótons de raios-X, que são conduzidos para fora do tubo em um semifeixe, por meio de uma abertura na blindagem externa de raios-X. Em seguida, estes são difratados por um cristal de sal padronizado, com resultados angulares lidos como linhas fotográficas pela exposição de um filme de raios-X fixado na parte externa do tubo de vácuo a uma distância conhecida. A aplicação da lei de Bragg (após algumas suposições iniciais das distâncias médias entre os 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 dos primeiros equipamentos de espectrometria de raios-X, aprendendo algumas técnicas com William Henry Bragg e William Lawrence Bragg na Universidade de Leeds , e desenvolvendo outras por conta própria. Muitas das técnicas de espectroscopia de raios-X foram inspirado pelos métodos que são utilizados com luz visível espectroscópios e espectrogramas , por cristais, substituindo ionização câmaras, e placas fotográficas para os seus análogos em luz espectroscopia . Em alguns casos, Moseley achou necessário modificar seu equipamento para detectar raios X particularmente suaves [de frequência mais baixa ] que não podiam penetrar no ar ou no papel, trabalhando com seus instrumentos em uma câmara de vácuo .
Morte e conseqüências
Em algum momento da primeira metade de 1914, Moseley renunciou ao cargo em Manchester, com planos de retornar a Oxford e continuar suas pesquisas de física lá. No entanto, a Primeira Guerra Mundial estourou em agosto de 1914, e Moseley recusou esta oferta de emprego para se alistar na Royal Engineers of the British Army . Sua família e amigos tentaram persuadi-lo a não entrar, mas ele achou que era seu dever. Moseley serviu como oficial técnico em comunicações durante a Batalha de Gallipoli , na Turquia , no início de abril de 1915, onde foi morto em ação em 10 de agosto de 1915. Moseley foi baleado na cabeça por um atirador turco enquanto telefonava para um ordem militar.
Com apenas 27 anos na época 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" e que a "grande mudança veio de Moseley".
Robert Millikan escreveu: "Em uma pesquisa que está destinada a ser classificada como uma das doze mais brilhantes na concepção, hábil na execução e iluminadores nos resultados da história da ciência, um jovem de vinte e seis anos abriu as janelas através que podemos vislumbrar o mundo subatômico com uma precisão e certeza nunca antes sonhada. Se a Guerra da Europa não tivesse outro resultado senão o extinção desta jovem vida, isso por si só faria dela um dos crimes mais hediondos e mais irreparáveis na história."
George Sarton escreveu: "Sua fama já estava estabelecida em uma base tão segura que sua memória será verde para sempre. Ele é um dos imortais da ciência, e embora tivesse feito muitos outros acréscimos ao nosso conhecimento se sua vida tivesse sido poupada , as contribuições que já lhe foram creditadas foram de tal importância fundamental, que a probabilidade de se superar era extremamente pequena. É muito provável que, por mais longa que fosse sua vida, ele teria sido principalmente lembrado por causa da 'Lei de Moseley' que publicou aos vinte e seis anos. "
Isaac Asimov escreveu: "Em vista do que ele [Moseley] ainda pode ter realizado ... sua morte pode muito bem ter sido a morte mais custosa da Guerra para a humanidade em geral." Isaac Asimov também especulou que, no caso de não ter sido morto enquanto estava a serviço do Império Britânico, Moseley poderia muito bem ter recebido o Prêmio Nobel de Física em 1916, que, junto com o prêmio de química, não foi concedido a qualquer pessoa naquele ano. Credibilidade adicional é dada a essa ideia, observando os ganhadores do Prêmio Nobel de Física nos dois anos anteriores, 1914 e 1915, e no ano seguinte, 1917. Em 1914, Max von Laue da Alemanha ganhou o Prêmio Nobel de Física por sua descoberta da difração de raios-X por cristais, que foi um passo crucial para a invenção da espectroscopia de raios-X . Então, em 1915, William Henry Bragg e William Lawrence Bragg , um casal britânico de pai e filho, compartilharam este Prêmio Nobel por suas descobertas no problema inverso - determinar a estrutura dos cristais usando raios X (Robert Charles Bragg, outro de William Henry Bragg filho, também tinha sido morto em Gallipoli, em 2 de setembro de 1915). Em seguida, Moseley usou a difração de raios-X por cristais conhecidos para medir os espectros de raios-X de metais. Este foi o primeiro uso da espectroscopia de raios-X e também mais um passo para a criação da cristalografia de raios-X . Além disso, os métodos e análises de Moseley apoiaram substancialmente o conceito de número atômico , colocando-o em uma base sólida baseada na física. Além disso, Charles Barkla da Grã-Bretanha recebeu o Prêmio Nobel em 1917 por seu trabalho experimental no uso da espectroscopia de raios-X na descoberta das frequências de raios-X características emitidas pelos vários elementos, especialmente os metais. " Siegbahn , que deu continuidade ao trabalho de Moseley, recebeu um [Prêmio Nobel de Física, em 1924]." As descobertas de Moseley foram, portanto, do mesmo escopo que as de seus pares e, além disso, Moseley deu um passo maior ao demonstrar a verdadeira base dos números atômicos. Ernest Rutherford comentou que o trabalho de Moseley, "permitiu-lhe completar durante dois anos no início da sua carreira um conjunto de pesquisas que certamente lhe teriam rendido um prémio Nobel".
Placas memoriais a Moseley foram instaladas em Manchester e Eton, e uma bolsa da Royal Society , estabelecida por seu testamento, teve como segundo destinatário o físico PMS Blackett , que mais tarde se tornou presidente da Sociedade.
A medalha e o prêmio Henry Moseley do Instituto de Física foram nomeados em sua homenagem.
Notas
Referências
Leitura adicional
- Jaffe, Bernard (1971). Moseley e a numeração dos elementos . Garden City, Nova York: Anchor Books.