Moseley yasası - Moseley's law

Bir dizi eleman için Kα ve Kβ x-ışını emisyon hatlarının fotoğrafik kaydı; Kullanılan dağıtıcı eleman için, çizgi pozisyonunun dalga boyuyla orantılı olduğuna dikkat edin (enerji değil)

Moseley yasası , atomlar tarafından yayılan karakteristik x-ışınlarıyla ilgili deneysel bir yasadır . Kanun , 1913-1914'te İngiliz fizikçi Henry Moseley tarafından keşfedilmiş ve yayınlanmıştı . Moseley'in çalışmasına kadar, "atom numarası" yalnızca bir elementin periyodik tablodaki yeriydi ve ölçülebilir herhangi bir fiziksel nicelikle ilişkili olduğu bilinmiyordu. Kısaca, yasa, yayılan x-ışınının frekansının karekökünün yaklaşık olarak atom numarasıyla orantılı olduğunu belirtir . ${\ displaystyle \ surd v \ varpropto Z}$

Tarih

Henry Moseley , elinde bir X-ışını tüpü tutuyor

Tarihi periyodik tablo kabaca atom artırarak emredildi ağırlığını , ancak birkaç ünlü durumlarda iki elementlerin fiziksel özellikleri daha ağır gerektiğini çakmak önce gelmesi önerdi. Bir örneği , kobalt 58,9 arasında bir ağırlığa sahip olan ve nikel 58,7 bir atom ağırlığına sahip olan.

Henry Moseley ve diğer fizikçiler , elementleri incelemek için x-ışını kırınımı kullandılar ve deneylerinin sonuçları, periyodik tablonun proton sayımına göre düzenlenmesine yol açtı.

Aparat

Daha ağır elementler için spektral emisyonlar yumuşak X-ışını aralığında (hava tarafından emilir) olacağından, spektrometri aparatının bir vakum içinde kapatılması gerekiyordu . Deney düzeneğinin ayrıntıları, "Elementlerin Yüksek Frekans Spektrumları" Bölüm I ve Bölüm II dergi makalelerinde belgelenmiştir.

Sonuçlar

Moseley, çizgilerin ( Siegbahn gösteriminde ) gerçekten atom numarası Z ile ilişkili olduğunu buldu .${\ displaystyle K _ {\ alpha}}$

Bohr'un öncülüğünü takiben Moseley, spektral çizgiler için bu ilişkinin daha sonra Moseley Yasası olarak adlandırılan basit bir formülle yaklaştırılabileceğini buldu .

${\ displaystyle \ nu = A \ cdot \ sol (Zb \ sağ) ^ {2}}$

nerede:

${\ displaystyle \ nu \}$ gözlemlenen x-ışını emisyon hattının frekansıdır

${\ displaystyle A \}$ ve çizgi türüne bağlı olan sabitlerdir (yani, x-ışını gösteriminde K, L, vb.) ${\ displaystyle b \}$

${\ displaystyle A = \ sol ({\ frac {1} {1 ^ {2}}} - {\ frac {1} {2 ^ {2}}} \ sağ) \ cdot}$ Hatlar için Rydberg frekansı ve = 1 ve hatlar için Rydberg frekansı ve = 7.4 . ${\ displaystyle b \}$${\ displaystyle K _ {\ alpha}}$${\ displaystyle A = \ sol ({\ frac {1} {2 ^ {2}}} - {\ frac {1} {3 ^ {2}}} \ sağ) \ cdot}$ ${\ displaystyle b \}$${\ displaystyle L _ {\ alpha}}$

Türetme

Moseley formülünü ampirik olarak atom numarasıyla çizilen X-ışını frekanslarının kareköklerine uyan çizgiye uydurarak türetmiştir ve formülü Bohr atom modeli ile açıklanabilir.

${\ displaystyle E = h \ nu = E _ {\ text {i}} - E _ {\ text {f}} = {\ frac {m _ {\ text {e}} q _ {\ text {e}} ^ {2 } q_ {Z} ^ {2}} {8h ^ {2} \ varepsilon _ {0} ^ {2}}} \ left ({\ frac {1} {n _ {\ text {f}} ^ {2} }} - {\ frac {1} {n _ {\ text {i}} ^ {2}}} \ sağ) \,}$

içinde

${\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}$ olan boş alanın geçirgenlik

${\ displaystyle m _ {\ text {e}}}$ olan bir elektronun kütle

${\ displaystyle q _ {\ text {e}}}$ olan bir elektronun yükü

${\ displaystyle q_ {Z}}$ çekirdeğin etkin yüküdür ve şu şekilde de yazılabilir: ${\ displaystyle q_ {e} (Zb)}$

${\ displaystyle n _ {\ text {f}}}$ son enerji seviyesinin kuantum sayısıdır

${\ displaystyle n _ {\ text {i}}}$ ilk enerji seviyesinin kuantum sayısıdır

Nihai enerji seviyesinin başlangıçtaki enerji seviyesinden daha düşük olduğu varsayılmaktadır.

Yüklerin enerjisini yaklaşık olarak düşüren (veya görünüşe göre "taranan") deneysel olarak bulunan sabit dikkate alındığında, Bohr'un Moseley'in X-ışını geçişleri için formülü şu oldu: ${\ displaystyle K _ {\ alpha}}$

${\ displaystyle E = h \ nu = E _ {\ text {i}} - E _ {\ text {f}} = {\ frac {m _ {\ text {e}} q _ {\ text {e}} ^ {4 }} {8h ^ {2} \ varepsilon _ {0} ^ {2}}} \ left ({\ frac {1} {1 ^ {2}}} - {\ frac {1} {2 ^ {2} }} \ right) (Z-1) ^ {2} \, = \ left ({\ frac {3} {4}} \ right) (Z-1) ^ {2} \ times 13.6 \ \ mathrm {eV }}$

ya da (her iki tarafı bölünmesi saat dönüştürmek için E için ): ${\ displaystyle \ \ nu}$

${\ displaystyle \ nu = {\ frac {E} {h}} = {\ frac {m _ {\ text {e}} q _ {\ text {e}} ^ {4}} {8h ^ {3} \ varepsilon _ {0} ^ {2}}} \ left ({\ frac {3} {4}} \ right) (Z-1) ^ {2} = (2.47 \ cdot 10 ^ {15} \ \ mathrm {Hz }) (Z-1) ^ {2} \,}$

Bu formüldeki katsayı, aşağıdaki frekansı basitleştirir 3 / 4 saat   Ry , yaklaşık bir değer ile 2,47 × 10 ¹⁵   Hz .

Tarama

Bir çekirdeğin etkin yükünün gerçek yükünden bir eksik olmasının basitleştirilmiş bir açıklaması, K-kabuğundaki eşleşmemiş bir elektronun onu taramasıdır. Moseley'in tarama yorumunu eleştiren ayrıntılı bir tartışma, modern metinlerin çoğunda tekrarlanan Whitaker tarafından yazılan bir makalede bulunabilir.

Deneysel olarak bulunan X-ışını geçişlerinin bir listesi NIST'te mevcuttur. Teorik enerjiler, Dirac-Fock gibi bir parçacık fiziği simülasyon yöntemi kullanılarak Moseley yasasından çok daha büyük bir doğrulukla hesaplanabilir.

Ayrıca bakınız

• Modern periyodik tabloyla ilgili Moseley'in periyodik yasası
• Auger elektron spektroskopisi , daha yüksek atom numarasına sahip türlerden artan x-ışını verimi ile benzer bir fenomen

Referanslar

Dış bağlantılar

• Oxford Physics Teaching - History Archive, " Exhibit 12 - Moseley's graph " (Karekök frekans bağımlılığını gösteren orijinal Moseley diyagramının kopyası)