Mozlijev zakon Linijski spektri X-zraka

Henry Moseley THE HIGH FREQUENCY SPECTRA OF THE ELEMENTS By H. G. J. Moseley, M. A. Phil. Mag. (1913), p. 1024 Henri Mozli (1887-1915): britanski hemičar student Radeforda je briljantno razvio primjenu karakterističnih spektara X-zraka za istraživanje atomskih struktura. Njegova istraživanja su kao rezultat imala korekcije u tada poznatom periodnom sistemu elemenata. On je uspio tačnije odrediti atomske brojeve nekih elemenata. Na žalost, Mozli je poginuo u poznatoj bici Prvog svjetskog rata na Galipolju u Turskoj 1915. godine. Imao je samo 28. godina.

 Galipolje poluostrvo http://en.wikipedia.org/wiki/Battle_of_Gallipoli 

Moseley je poginuo U blizini Ilijuma -Troje”,                                       

Kruksova cijev Kako nastaju X-zraci K - katoda A - anoda (antikatoda) X - rendg.zraci Ua – anodni napon (ubrzanja) Uh – napon za grijanje katode C – tečnost za hlađenje anode Win – ulazna cijev za tečnost Wout – izlazna cijev

KRIVULJA RASPODJELE INTENZITEA ZRAČENJA X ZRAKA PO TALASNIM DUŽINAMA MOLIBDENA Pikovi na krivulji predstavljaju linijske spektre koji su superponirani u kontinuiranom spektru X – zraka.

U – napon između anode i katode, e – naeletrisanje elektrona OTKLANJANJE UBRZANOG ELEKTRONA U POLJU JEZGRE Nastanak kontinuiranog spektra X-zraka Elektron napušta mjesto međudjelovanja sa manjom kinetčkom energijom, emitujući pri tome foton čija je energija jednaka razlici kinetičkih energija elektrona prije i poslije sudara: EK1 – EK2 = hυ EK1 –kinet.energ.elektrona prije sudara EK2 –kinet.ener. elektrona poslije sudara Prije udara u anodu kinet.energ.elektrona je: EK = eU U – napon između anode i katode, e – naeletrisanje elektrona Ukoliko bi elektron predao svu kinetičku energiju u jednom sudaru nastao bi foton eU = hυmax = hc/λmin maksimalne frekv. υmax, ili min.talasne dužine λmin.

KRIVULJE INTENZITETA ZRAČENJA ZA ISTI MATERIJAL METE PRI PROMJENI NAPONA UBRZANJA Povećanjem ubrzavajućeg napona U, za isti materijal anode, postiže se manje λmin fotona, ali nikada ne dostiže vrijednost nule. Odnos između min.talasne dužine fotona λmin, i napona ubrzanja U je dat relacijom: λmin = 1241/U λmin je izražena u nanometrima (nm), a napon U u voltima.

DIJAGRAM ZAVISNOSTI KORJENA IZ FREKVENCIJE ZRAČENJA LINIJSKOG SPEKTRA OD REDNOG BROJA Z Mozli se oslonio na Borovu teoriju po kojoj je energija elektrona na prvoj orbiti proporcionalna sa kvadratom naelektrisanja jezgra: E1 = - stoga će i frekvencija fotona X - zraka ν, biti zavisna od atomskog broja elementa mete (E = hν). Krivulje sa dijagrama se mogu opisati jednačinom: gdje su An i b konstante koje treba odrediti za svaku liniju u spektru.

POPUNJAVANJE NIŽIH RASPOLOŽIVIH ENERGETSKIH STANJA ELEKTRONA U ATOMU Nastanak linija u spektru X-zraka

(1) Mozli je u Borovu formulu za frakvencije linijskog spektra vodonikovog atoma: (2) uvrstio vrijednost k=1, a Z zamijenio sa sa (Z - 1) i dobio frekvencije linija iz K-serije Iz formula (1) i (2) dobićemo da je konstanta An Talasna dužina K- serije će biti

uz primjenu Borovog kvantnog uslova mvr = nћ Isti rezultat dobijemo iz privlačne sile jezgra s nabojem (Z-1) i elektrona: uz primjenu Borovog kvantnog uslova mvr = nћ Onda je: ili

DIFRAKCIJA X ZRAKA NA KALIJUM FEROCIJANIDU Mozli je koristio Braggovu relaciju za određivanje talasne dužine X – zraka. Kao udaljenost između paralelnih ravni kristala, uzeta je vrijednost d = 8,454 x cm. Prorez S i fotografska ploča L su 17 cm udaljeni od ose kristala, tako da se ugao θ dobije iz relacije 2θ = 180 - SPL = 180 - SAL

Table I β line λ (x 10¯8 cm) N Atomic Number QK α line λ (x 10¯8 cm)   7.912 13 12.05 8.364 Aluminum 6.729 14 13.04 7.142 Silicon ------- 17 16.00 4.750 Chlorine 3.463 19 17.98 3.759 Potassium 3.094 20 19.00 3.368 Calcium 2.524 22 20.99 2.758 Titanium 2.297 23 21.96 2.519 Vanadium 2.093 24 22.98 2.301 Chromium 1.818 25 23.99 2.111 Manganese 1.765 26 24.99 1.946 Iron 1.629 27 26.00 1.798 Cobalt 1.506 28 27.04 1.662 Nickel 1.402 29 28.01 1.549 Copper 1.306 30 29.01 1.445 Zinc 39 38.1 0.838 Yttrium 40 39.1 0.794 Zirconium 41 40.2 0.750 Niobium 42 41.2 0.721 Molybdenum 44 43.6 0.638 Ruthenium 46 45.6 0.584 Palladium 47 46.6 0.560 Silver Mozlijevi rezultati Vrijednosti b = 1 za K seriju i b = 7,4 L seriju, su samo aproksimativne. Prave vrijednosti za Z-b su date u tabelama (pod oznakama sa QK i QL)

Table II γ line λ (x 10¯8 cm) φ line λ (x 10¯8 cm) β line λ (x 10¯8 cm) N Atomic Number QL α line λ (x 10¯8 cm)   --- 40 32.8 6.091 Zirconium 5.507 41 33.8 5.749 Niobium 5.187 42 34.8 5.423 Molybdenum 4.660 44 36.7 4.861 Ruthenium 45 37.7 4.622 Rhodium 3.928 4.168 46 38.7 4.385 Palladium 47 39.6 4.170 Silver 50 42.6 3.619 Tin 3.245 51 43.6 3.458 Antimony 2.313 2.424 2.471 57 49.5 2.676 Lanthanum 2.209 2.315 2.366 58 50.6 2.567 Cerium 2.265 59 51.5 (2.471) Praseodymium 2.175 60 52.5 2.382 Neodymium 1.893 1.972 2.008 62 54.5 2.208 Samarium 1.814 1.888 1.925 63 55.5 2.130 Europium 1.818 1.853 64 65.5 2.057 Gadolinium 1.711 66 58.6 1.914 Holmium 1.563 1.591 68 60.6 1.790 Erbium 1.287 1.330 73 65.6 1.525 Tantalum 74 66.5 1.486 Tungsten 1.172 1.201 76 68.5 1.397 Osmium 1.138 1.155 77 69.6 1.354 Iridium 1.104 1.121 78 70.6 1.316 Platinum 1.078 1.092 79 71.4 Gold Mozlijevi rezultati Vidimo da rezultati nisu kompletni.Alfa frekvencije su izmjerene za gotovo sve elemente na dijagamu, dok sa slabijim, β, γ, i φ (između β i γ), to nije slučaj. Razlog tome je slabiji intenzitet tih linija, kao i njihova blizina.

MOZLIJEV DIJAGRAM Na dijagramu je ispravljen redoslijed argona (18) i kaliju-ma (19), u zavisnosti od atomskih brojeva, a ne kako su ranije bili poredani po njihovim atomskim težinama ( K – 39,102 i Ar – 39,918 ). Isto važi i za kobalt i nikal, koji sada zauzimaju 27. i 28. mjesto u periodnom sistemu elemenata.