ここ4日間で、タンタル、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、銅が与えた（結果）を得ました...主な結果は...任意の金属の（結果）は他の金属の結果から推測することがかなり容易であるということです。これは、すべての原子の内部が非常に似ていることを示しており、これらの結果から、内部が何でできているかについて何かを見つけることが可能になるでしょう。
Henry Gwyn Jeffreys Mosley は英国の物理学者で、物理学に対する彼の貢献は、以前の経験的かつ化学的な原子番号の概念を物理法則から正当化することでした。これはX線スペクトラのMoseley の法則の発展に由来するものです。
Moseley の法則は、水素原子スペクトラ以外に Niels Bohr の理論を支持する最初の実験的証拠を提供することで、原子物理学、核物理学、および量子物理学を前進させました。その理論は Ernest Rutherford と Antonius van den Broek のモデルを洗練させたもので、原子の核が周期表の原子番号に等しい数の正の核電荷を含むことを提案していました。これは今日でも受け入れられているモデルです。
第一次世界大戦が西ヨーロッパで勃発したとき、Moseley は Oxford 大学での研究工作を後にして、イギリス陸軍の王立技術者部隊でボランティアをしました。Moseley は 1915 年 4 月に Turkey の Gallipoli 地域に侵攻した大英帝国兵士の部隊に割り当てられ、通信将校として勤務していました。Moseley は 1915 年 8 月 10 日の Gallipoli の戦いの最中に銃撃され、27 歳で殺害されました。専門家は Moseley が 1916 年のノーベル物理学賞を受賞した可能性があると推測しています。
伝記
友人たちに Harry として知られていた Henry G. J. Moseley は、1887 年に Dorset の Weymouth で生まれました。彼の父 Henry Nottidge Moseley 1844–1891 は、Moseley がかなり幼い時に亡くなりましたが、生物学者であり、また Oxford 大学の解剖学および生理学の教授であり、Challenger 遠征の一員でした。Moseley の母は Amabel Gwyn Jeffreys で、ウェールズの生物学者および貝類学者 John Gwyn Jeffreys の娘でした。彼女は 1913 年のイギリス女性チェスチャンピオンでもありました。
Moseley は Summer Fields School で非常に有望な学生であり、4 つの「リーグ」の 1 つが彼にちなんで名付けられており、Eton College に通うための King's 奨学金を授与されました。1906 年、彼は Eton でチェミストリーとフィジックスの賞を獲得しました。1906 年、Moseley は Oxford 大学の Trinity College に入学し、学士号を取得しました。Oxford の学部生時代、Moseley は Apollo University Lodge に参加しました。1910 年の Oxford 卒業直後、Moseley は Sir Ernest Rutherford の監督下で Manchester 大学の物理学デモンストレーターになりました。Manchester での最初の年間、Moseley は大学院助教として教育負担を負っていましたが、その最初の年の後、彼は教育業務から大学院研究助手として働くために再配置されました。彼は Rutherford が提供したフェローシップを辞退し、1913 年 11 月に Oxford に戻ることを好みました。ここで彼は研究室施設を与えられましたが、サポートはありませんでした。
科学的業績
1912 年にベータ粒子のエネルギーを実験して、Moseley は放射性ラジウム源から高い電位が達成可能であることを示し、最初の原子電池を発明しましたが、粒子を停止するのに必要な 1MeV を生成することができませんでした。
1913 年、Moseley は結晶を通じた回折法で見つけられたさまざまな化学元素、主に金属のX線スペクトラを観察および測定しました。これは物理学における X 線分光法の先駆的な使用であり、Bragg の回折法を使用して X 線波長を決定していました。Moseley は、X 線管のターゲットとして使用された金属の原子番号と、生成される X 線の波長の間の体系的な数学的関係を発見しました。これは Moseley の法則として知られています。
Moseley の発見の前に、元素の原子番号または元素番号は、原子質量の配列に基づいた半恣意的な連続番号と考えられていましたが、ロシアの化学者 Dmitri Ivanovich Mendeleev などの化学者がこの修正を望ましいと判断した場合、いくぶん修正されていました。彼の周期律表の発明に際して、Mendeleev は周期律表のより適切な場所に配置するために、いくつかの元素のペアの順序を交換していました。例えば、コバルトとニッケルの金属は、それらの既知の化学的および物理的特性に基づいて原子番号 27 および 28 をそれぞれ割り当てられていたが、それらはほぼ同じ原子質量を持っていました。実際、コバルトの原子質量はニッケルよりもわずかに大きく、原子質量に盲目的に周期律表に配置された場合、それらが逆順に配置されたでしょう。Moseley の X 線分光法の実験は、コバルトとニッケルが異なる原子番号 27 と 28 を持ち、Moseley の原子番号の客観的な測定によって周期律表に正しく配置されていることを物理から直接示しました。したがって、Moseley の発見は、元素の原子番号が化学と化学者の直感に基づいた単なるかなり恣意的な数ではなく、むしろそれらが X 線スペクトラの物理学から確かな実験的根拠を持っていることを示しました。
さらに、Moseley は原子番号配列に 43、61、72、および 75 の数字での間隙があることを示しました。これらの空間は現在、放射性合成元素テクネチウムおよびプロメチウムの場所として知られており、また最後の 2 つのかなり希な天然に存在する安定元素ハフニウム（1923 年に発見）およびレニウム（1925 年に発見）です。Moseley の生涯では、これら 4 つの元素については何も知られていませんでしたし、その存在さえも知られていませんでした。非常に経験豊かな化学者 Dmitri Mendeleev の直感に基づいて、周期律表の欠けている元素の存在を予測していたことで、後にテクネチウムで満たされることが判明し、Bohuslav Brauner はこのテーブルの別の欠けている元素の存在を予測していたことで、後にプロメチウムで満たされることが判明しました。Henry Moseley の実験はこれらの予測を確認し、欠けている原子番号が 43 と 61 であることを正確に示しました。さらに、Moseley は原子番号 72 と 75 を持つ 2 つのさらに発見されていない元素の存在を予測し、アルミニウム原子番号 13 と金原子番号 79 の間の周期律表には他の間隙がないという非常に強い証拠を提供しました。
この後者の質問は、特に希土類元素のランタナイド系列の大きな族の存在を考えると、世界の化学者の間で長く存続していた問題でした。Moseley は、ランタナイド元素、つまりランタンからルテチウムまでが、正確に 15 のメンバーを持つ必要があることを示すことができました—それ以上でもそれ以下でもありません。ランタナイド中の元素の数は、20 世紀初頭の化学者にとって全く決着がついていなかった問題でした。彼らはまだすべての希土類元素の純粋なサンプルを生成することができませんでした、その塩の形でさえも、そして場合によっては、周期律表の近くの純粋な金属からの非常に類似した隣接する希土類元素の 2 つの混合物を区別することができませんでした。例えば、「ジジミウム」という化学名さえ与えられた「元素」がありました。「ジジミウム」は数年後、単に 2 つの本物の希土類元素の混合物であることが判明し、これらは「新しい双子」と「緑の双子」を意味するネオジミウムとプラセオジミウムという名前が与えられました。また、イオン交換の方法による希土類元素の分離方法は、Moseley の時代ではまだ発明されていませんでした。
Moseley の初期の X 線分光法の方法は、上記の化学的問題を迅速に解決することができました。それらの一部は化学者に数年間占有されていました。Moseley はまた、以前は予期されていなかった元素 61 であるランタナイドの存在も予測しました。数年後、この元素 61 は原子炉で人工的に作成され、プロメチウムという名前が付けられました。
原子の理解への貢献
Moseley とその法則の前に、原子番号は半恣意的な順序付け数と考えられていました。ぼんやりと原子量とともに増加していますが、厳密には定義されていません。Moseley の発見は、原子番号が恣意的に割り当てられたのではなく、むしろ確定した物理的基礎があることを示しました。Moseley は各連続元素が前身よりも正確に 1 単位大きい核電荷を持つと仮定しました。Moseley は原子番号の概念を、要素の分類を支援するためのアドホックな数値タグとしての以前のステータスから、周期律表を正確にした昇順の原子番号の正確な配列に再定義しました。これは後に原子研究における Aufbau 原理の基礎となることでした。Bohr に述べられているように、Moseley の法則は Ernest Rutherford と Antonius van den Broek による 1911 年からの新しい原子の概念である、原子番号が後に陽子として発見された正電荷の正確な物理的数として理解される、正に帯電した核に囲まれた負に帯電した電子で構成された原子をサポートする合理的に完全な実験データセットを提供しました。Moseley は彼の研究論文で上記の 2 人の科学者に言及しましたが、彼は実際には Bohr に言及しませんでした。彼はその時、シーンではかなり新しかったのです。Rydberg と Bohr の公式の単純な修正は、原子番号を決定するための Moseley の経験的に導出された法則の理論的正当化を与えることが判明しました。
X 線分光計の使用
X 線分光計は X 線結晶学の基礎です。Moseley が知っていた X 線分光計は次のように機能しました。Moseley がここの写真で保持しているようなガラス球電子管が使用されました。真空にされたチューブ内では、電子が金属物質、つまり Moseley の仕事における純粋な元素のサンプルに発射され、元素の内側の電子殻からの電子の電離を引き起こします。これらの穴への電子の跳ね返りは、次に外側の X 線シールディングの開口部を通してチューブから半ビームで導かれた X 線光子の放出を引き返します。これらは次に標準化された塩結晶によって回折され、角度結果は既知の距離で真空管の外側に固定された X 線フィルムへの露光によって写真線として読み出されます。金属結晶の密度に基づいた原子間の平均距離の初期の推測の後、Bragg の法則の適用により、放出される X 線の波長を計算することが可能になりました。
Moseley は初期の X 線分光計装置の設計と開発に参加し、Leeds 大学の William Henry Bragg と William Lawrence Bragg からいくつかの技術を学び、他は自分で開発しました。X 線分光法の多くの技術は、結晶、電離チャンバー、および写真乾板を可視光分光法の類似物に置き換えることにより、可視光分光計および分光図で使用される方法に触発されていました。場合によっては、Moseley は特に、空気または紙を貫通できない可能性がある特に柔らかい X 線を検出するために、真空チャンバー内で機器を操作することにより、装置を修正する必要があることに気付きました。
死と余波
1914 年の前半のある時点で、Moseley は Manchester での彼のポストから辞任し、Oxford に戻り、そこで物理学研究を続ける計画を立てました。しかし、第一次世界大戦は 1914 年 8 月に勃発し、Moseley はこの職務を受け入れることを断り、代わりにイギリス陸軍の王立技術者に登録しました。彼の家族と友人は彼に参加しないよう説得しようとしましたが、彼はそれが彼の義務だと考えていました。Moseley は 1915 年 4 月から始まった Turkey の Gallipoli の戦いで通信の技術担当官として勤務し、1915 年 8 月 10 日に戦死しました。Moseley は軍事命令を電話で伝える行為の中で、トルコの狙撃兵に頭を撃たれました。
彼の死の時にわずか 27 歳であった Moseley は、一部の科学者の意見では、彼が生き残っていれば原子構造の知識に多くを貢献することができた可能性があります。Niels Bohr は 1962 年に、Rutherford の仕事は「全く真剣に受け取られておらず」、「素晴らしい変化は Moseley から来た」と述べました。
Robert Millikan は「その概念が優れており、実行が巧妙で、結果が物理学の歴史の中で最も素晴らしい 12 の研究の 1 つとなるためのランク付けされている研究において、 26 歳の若い男性は、以前は夢にも思わなかった確実性を持って、亜原子世界を垣間見ることができる窓を開きました。ヨーロッパ戦争がこの若い生命を消し去る以外に他の結果を持たなかった場合、それだけで歴史の中で最も醜く、最も修復不可能な犯罪の 1 つになるでしょう。」と書きました。
George Sarton は「彼の名声は既に確かな基礎に基づいて確立されていて、彼の記憶は緑色であり続けるでしょう」と書きました。
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