Henry Moseley - Henry Moseley
Henry Moseley | |
|---|---|
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| Nació |
Henry Gwyn Jeffreys Moseley
23 de noviembre de 1887 |
| Murió | 10 de agosto de 1915 (27 años) |
| Causa de la muerte | Muerto en acción |
| Nacionalidad | inglés |
| Ciudadanía | británico |
| Educación |
Escuela de campos de verano Eton College |
| alma mater |
Trinity College, Universidad de Oxford de Manchester |
| Conocido por | Número atómico , ley de Moseley |
| Premios | Medalla Matteucci (1919) |
| Carrera científica | |
| Los campos | Física , química |
| Influencias | Ernest Rutherford |
Henry Gwyn Jeffreys Moseley ( / m oʊ z l i / , 23 noviembre 1887 a 10 agosto 1915) fue un Inglés físico , cuya contribución a la ciencia de la física fue la justificación de las leyes físicas de la anterior empírica y química concepto de la atómica número . Esto se deriva de su desarrollo de la ley de Moseley en el espectro de rayos-X .
La ley de Moseley avanzó la física atómica, la física nuclear y la física cuántica al proporcionar la primera evidencia experimental a favor de la teoría de Niels Bohr , además del espectro del átomo de hidrógeno que la teoría de Bohr fue diseñada para reproducir. Esa teoría refinó el modelo de Ernest Rutherford y Antonius van den Broek , que propuso que el átomo contiene en su núcleo un número de cargas nucleares positivas que es igual a su número (atómico) en la tabla periódica. Este sigue siendo el modelo aceptado hoy.
Cuando estalló la Primera Guerra Mundial en Europa Occidental , Moseley dejó atrás su trabajo de investigación en la Universidad de Oxford para ofrecerse como voluntario para los Ingenieros Reales del Ejército Británico . Moseley fue asignado a la fuerza de soldados del Imperio Británico que invadieron la región de Gallipoli , Turquía, en abril de 1915, como oficial de telecomunicaciones . Moseley fue asesinado a tiros durante la Batalla de Gallipoli el 10 de agosto de 1915, a la edad de 27 años. Los expertos han especulado que, de lo contrario, Moseley podría haber sido galardonado con el Premio Nobel de Física en 1916.
Biografía
Henry GJ Moseley, conocido por sus amigos como Harry, nació en Weymouth en Dorset en 1887. Su padre Henry Nottidge Moseley (1844–1891), quien murió cuando Moseley era bastante joven, era biólogo y también profesor de anatomía y fisiología. en la Universidad de Oxford, que había sido miembro de la Expedición Challenger . La madre de Moseley era Amabel Gwyn Jeffreys, hija del biólogo y conchólogo galés John Gwyn Jeffreys . También fue campeona británica de ajedrez en 1913.
Moseley había sido un colegial muy prometedor en Summer Fields School (donde una de las cuatro "ligas" lleva su nombre), y recibió una beca King para asistir a Eton College . En 1906 ganó los premios de química y física en Eton. En 1906, Moseley ingresó al Trinity College de la Universidad de Oxford, donde obtuvo su licenciatura . Mientras estudiaba en Oxford, Moseley se unió al Apollo University Lodge . Inmediatamente después de graduarse de Oxford en 1910, Moseley se convirtió en demostrador de física en la Universidad de Manchester bajo la supervisión de Sir Ernest Rutherford . Durante el primer año de Moseley en Manchester, tuvo una carga docente como asistente de docente graduado , pero después de ese primer año, fue reasignado de sus deberes docentes para trabajar como asistente de investigación graduado . Rechazó una beca ofrecida por Rutherford, prefiriendo regresar a Oxford, en noviembre de 1913, donde se le dieron instalaciones de laboratorio pero sin apoyo.
Trabajo científico
Experimentando con la energía de las partículas beta en 1912, Moseley demostró que se podían obtener altos potenciales a partir de una fuente radiactiva de radio, por lo que inventó la primera batería atómica , aunque no pudo producir el 1MeV necesario para detener las partículas.
En 1913, Moseley observó y midió los espectros de rayos X de varios elementos químicos (principalmente metales) que se encontraron mediante el método de difracción a través de cristales . Este fue un uso pionero del método de espectroscopia de rayos X en física, utilizando la ley de difracción de Bragg para determinar las longitudes de onda de los rayos X. Moseley descubrió una relación matemática sistemática entre las longitudes de onda de los rayos X producidos y los números atómicos de los metales que se utilizaron como objetivos en los tubos de rayos X. Esto se conoce como la ley de Moseley .
Antes del descubrimiento de Moseley, los números atómicos (o número elemental) de un elemento se pensaba como un número secuencial semi-arbitrario, basado en la secuencia de masas atómicas , pero modificado de alguna manera donde los químicos encontraron que esta modificación era deseable, como por el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleev . En su invención de la Tabla Periódica de los Elementos , Mendeleev había intercambiado los órdenes de algunos pares de elementos para colocarlos en lugares más apropiados en esta tabla de los elementos. Por ejemplo, a los metales cobalto y níquel se les habían asignado los números atómicos 27 y 28, respectivamente, en función de sus propiedades químicas y físicas conocidas, aunque tienen casi las mismas masas atómicas. De hecho, la masa atómica del cobalto es ligeramente mayor que la del níquel, lo que los habría colocado en orden inverso si se hubieran colocado en la Tabla Periódica a ciegas según la masa atómica. Los experimentos de Moseley en espectroscopía de rayos X mostraron directamente de su física que el cobalto y el níquel tienen los diferentes números atómicos, 27 y 28, y que están colocados correctamente en la Tabla Periódica por las medidas objetivas de Moseley de sus números atómicos. Por lo tanto, el descubrimiento de Moseley demostró que los números atómicos de los elementos no son simplemente números arbitrarios basados en la química y la intuición de los químicos, sino que tienen una base experimental firme a partir de la física de sus espectros de rayos X.
Además, Moseley mostró que había huecos en la secuencia de números atómicos en los números 43, 61, 72 y 75. Estos espacios ahora se conocen, respectivamente, por ser los lugares de los elementos sintéticos radiactivos tecnecio y prometio , y también el último dos elementos estables naturales bastante raros, el hafnio (descubierto en 1923) y el renio (descubierto en 1925). No se sabía nada sobre estos cuatro elementos durante la vida de Moseley, ni siquiera su propia existencia. Basado en la intuición de un químico muy experimentado , Dmitri Mendeleev había predicho la existencia de un elemento faltante en la Tabla Periódica, que luego se descubrió que estaba lleno de tecnecio, y Bohuslav Brauner había predicho la existencia de otro elemento faltante en esta Tabla, que más tarde se descubrió que estaba lleno de prometio. Los experimentos de Henry Moseley confirmaron estas predicciones, mostrando exactamente cuáles eran los números atómicos faltantes, 43 y 61. Además, Moseley predijo la existencia de dos elementos más no descubiertos, aquellos con los números atómicos 72 y 75, y dio pruebas muy sólidas de que no había otros espacios en la tabla periódica entre los elementos aluminio (número atómico 13) y oro (número atómico 79).
Esta última pregunta sobre la posibilidad de elementos más no descubiertos ("perdidos") había sido un problema permanente entre los químicos del mundo, particularmente dada la existencia de la gran familia de la serie de lantánidos de elementos de tierras raras . Moseley pudo demostrar que estos elementos lantánidos, es decir, el lantano a través del lutecio , deben tener exactamente 15 miembros, ni más ni menos. El número de elementos de los lantánidos había sido una cuestión que estaba muy lejos de ser resuelta por los químicos de principios del siglo XX. Todavía no podían producir muestras puras de todos los elementos de tierras raras, incluso en forma de sus sales , y en algunos casos no pudieron distinguir entre mezclas de dos elementos de tierras raras muy similares (adyacentes) de los metales puros cercanos. en la tabla periódica. Por ejemplo, había un llamado "elemento" que incluso recibió el nombre químico de " didimio ". Algunos años más tarde se descubrió que el "didimio" era simplemente una mezcla de dos elementos genuinos de tierras raras, a los que se les dio los nombres de neodimio y praseodimio , que significan "gemelo nuevo" y "gemelo verde". Además, el método de separar los elementos de tierras raras mediante el método de intercambio iónico aún no se había inventado en la época de Moseley.
El método de Moseley en la espectroscopia de rayos X temprana pudo resolver rápidamente los problemas químicos anteriores, algunos de los cuales habían ocupado a los químicos durante varios años. Moseley también predijo la existencia del elemento 61, un lantánido cuya existencia antes no se sospechaba. Unos años más tarde, este elemento 61 fue creado artificialmente en reactores nucleares y recibió el nombre de prometio .
Contribución a la comprensión del átomo
Antes de Moseley y su ley, se pensaba en los números atómicos como un número de orden semi-arbitrario, que aumentaba vagamente con el peso atómico pero no estrictamente definido por él. El descubrimiento de Moseley mostró que los números atómicos no se asignaron arbitrariamente, sino que tienen una base física definida. Moseley postuló que cada elemento sucesivo tiene una carga nuclear exactamente una unidad mayor que su predecesor. Moseley redefinió la idea de los números atómicos de su estado anterior como una etiqueta numérica ad hoc para ayudar a clasificar los elementos en una secuencia exacta de números atómicos ascendentes que hicieron exacta la Tabla Periódica. (Esta fue más tarde la base del principio de Aufbau en los estudios atómicos). Como señaló Bohr, la ley de Moseley proporcionó un conjunto de datos experimentales razonablemente completo que respaldaba la concepción (nueva de 1911) de Ernest Rutherford y Antonius van den Broek de el átomo, con un núcleo cargado positivamente rodeado por electrones cargados negativamente en el que se entiende que el número atómico es el número físico exacto de cargas positivas (más tarde descubiertas y llamadas protones ) en los núcleos atómicos centrales de los elementos. Moseley mencionó a los dos científicos anteriores en su artículo de investigación, pero en realidad no mencionó a Bohr, que era bastante nuevo en la escena en ese momento. Se encontró que la simple modificación de las fórmulas de Rydberg y Bohr daba una justificación teórica a la ley de Moseley derivada empíricamente para determinar los números atómicos.
Uso de espectrómetro de rayos X
Espectrómetros de rayos X son las piedras angulares de la cristalografía de rayos X . Los espectrómetros de rayos X como los conocía Moseley funcionaban de la siguiente manera. Se utilizó un tubo de electrones de bulbo de vidrio , similar al que sostenía Moseley en la foto aquí. Dentro del tubo de vacío, se dispararon electrones a una sustancia metálica (es decir, una muestra de elemento puro en el trabajo de Moseley), lo que provocó la ionización de electrones de las capas internas de electrones del elemento. El rebote de electrones en estos agujeros en las capas internas provoca la emisión de fotones de rayos X que fueron conducidos fuera del tubo en un semi-haz, a través de una abertura en el blindaje externo de rayos X. A continuación, se difractan mediante un cristal de sal estandarizado, con resultados angulares leídos como líneas fotográficas mediante la exposición de una película de rayos X fijada en el exterior del tubo de vacío a una distancia conocida. La aplicación de la ley de Bragg (después de algunas conjeturas iniciales de las distancias medias entre átomos en el cristal metálico, basadas en su densidad) permitió luego calcular la longitud de onda de los rayos X emitidos.
Moseley participó en el diseño y desarrollo de los primeros equipos de espectrometría de rayos X, aprendió algunas técnicas de William Henry Bragg y William Lawrence Bragg en la Universidad de Leeds y desarrolló otras él mismo. Muchas de las técnicas de espectroscopia de rayos X fueron inspirados por los métodos que se utilizan con luz visible espectroscopios y espectrogramas , por cristales de sustitución, cámaras de ionización, y placas fotográficas para sus análogos a la luz espectroscopia . En algunos casos, Moseley encontró necesario modificar su equipo para detectar rayos X particularmente suaves [de baja frecuencia ] que no podían penetrar ni el aire ni el papel, trabajando con sus instrumentos en una cámara de vacío .
Muerte y secuelas
En algún momento de la primera mitad de 1914, Moseley renunció a su puesto en Manchester, con planes de regresar a Oxford y continuar allí sus investigaciones de física. Sin embargo, la Primera Guerra Mundial estalló en agosto de 1914, y Moseley rechazó esta oferta de trabajo para, en cambio, alistarse en los Ingenieros Reales del Ejército Británico . Su familia y amigos trataron de persuadirlo de que no se uniera, pero pensó que era su deber. Moseley se desempeñó como oficial técnico en comunicaciones durante la batalla de Gallipoli , en Turquía , a partir de abril de 1915, donde murió en acción el 10 de agosto de 1915. Moseley recibió un disparo en la cabeza de un francotirador turco mientras telefoneaba a un orden militar.
Con solo veintisiete años en el momento de su muerte, Moseley podría, en opinión de algunos científicos, haber contribuido mucho al conocimiento de la estructura atómica si hubiera sobrevivido. Niels Bohr dijo en 1962 que el trabajo de Rutherford "no se tomó en serio" y que "el gran cambio vino de Moseley".
Robert Millikan escribió: "En una investigación que está destinada a clasificarse como una de las doce más brillantes en concepción, hábil en ejecución y esclarecedoras en resultados en la historia de la ciencia, un joven de veintiséis años abrió las ventanas por que podemos vislumbrar el mundo subatómico con una precisión y certeza nunca antes soñadas. Si la guerra europea no hubiera tenido otro resultado que la extinción de esta joven vida, eso solo lo convertiría en uno de los crímenes más horribles e irreparables. en Historia."
George Sarton escribió: "Su fama ya estaba establecida sobre una base tan segura que su memoria será verde para siempre. Es uno de los inmortales de la ciencia, y aunque habría hecho muchas otras adiciones a nuestro conocimiento si se le hubiera salvado la vida". , las contribuciones que ya se le atribuían eran de tan fundamental importancia, que la probabilidad de superarse a sí mismo era extremadamente pequeña. Es muy probable que, por muy larga que haya sido su vida, habría sido recordado principalmente por la 'ley de Moseley' que publicó. a la edad de veintiséis años ".
Isaac Asimov escribió: "En vista de lo que él [Moseley] todavía podría haber logrado ... su muerte bien podría haber sido la muerte más costosa de la guerra para la humanidad en general". Isaac Asimov también especuló que, en el caso de que no hubiera sido asesinado mientras estaba al servicio del Imperio Británico, Moseley muy bien podría haber sido galardonado con el Premio Nobel de Física en 1916, que, junto con el premio de química, no fue otorgado a cualquiera ese año. Se da crédito adicional a esta idea al señalar los ganadores del Premio Nobel de Física en los dos años anteriores, 1914 y 1915, y en el año siguiente, 1917. En 1914, Max von Laue de Alemania ganó el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de la difracción de los rayos X por cristales, que fue un paso crucial para la invención de la espectroscopia de rayos X . Luego, en 1915, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg , una pareja británica de padre e hijo, compartieron este Premio Nobel por sus descubrimientos en el problema inverso: determinar la estructura de los cristales mediante rayos X (Robert Charles Bragg, el otro de William Henry Bragg hijo, también había sido asesinado en Gallipoli, el 2 de septiembre de 1915). A continuación, Moseley utilizó la difracción de rayos X por cristales conocidos para medir los espectros de rayos X de los metales. Este fue el primer uso de la espectroscopia de rayos X y también un paso más hacia la creación de cristalografía de rayos X . Además, los métodos y análisis de Moseley apoyaron sustancialmente el concepto de número atómico , colocándolo sobre una base firme basada en la física. Además, Charles Barkla de Gran Bretaña fue galardonado con el Premio Nobel en 1917 por su trabajo experimental en el uso de la espectroscopia de rayos X para descubrir las frecuencias características de los rayos X emitidos por los diversos elementos, especialmente los metales. " Siegbahn , que continuó con el trabajo de Moseley, recibió uno [el Premio Nobel de Física en 1924]". Los descubrimientos de Moseley fueron, por tanto, del mismo alcance que los de sus pares y, además, Moseley dio el paso más grande de demostrar la base real de los números atómicos. Ernest Rutherford comentó que el trabajo de Moseley, "le permitió completar durante dos años al inicio de su carrera un conjunto de investigaciones que seguramente le habrían valido un premio Nobel".
Se instalaron placas conmemorativas a Moseley en Manchester y Eton, y una beca de la Royal Society , establecida por su testamento, tuvo como segundo destinatario al físico PMS Blackett , que más tarde se convirtió en presidente de la Sociedad.
La Medalla y Premio Henry Moseley del Instituto de Física recibe su nombre en su honor.
Notas
Referencias
Otras lecturas
- Jaffe, Bernard (1971). Moseley y la numeración de los elementos . Garden City, Nueva York: Anchor Books.