Redigerer Moseleys lov

[[Fil:Moseley step ladder.jpg|thumb|300px|Moseleys bilder av K<sub>&alpha;</sub>- og K<sub>&beta;</sub>-linjer for element i 4. periode som funksjon av [[bølgelengde]]. [[Scandium]] Sc etter [[kalsium]] Ca var ikke tilgjengelig. Plate XXIII<ref name = Moseley-1>  H.G.J. Moseley, [https://archive.org/details/londonedinburg6261913lond/page/1024/mode/2up?view=theater ''The High-Frequency Spectra of the Elements''], Philosophical Magazine '''26''', 1024–1034 (1913).</ref>]]

'''Moseleys lov''' uttrykker en tilnærmet [[lineær]] sammenheng mellom [[kvadratrot]]en av [[frekvens]]en i den [[Karakteristisk røntgenstråling|karakteristiske røntgenstrålingen]] til et [[element]] og dets [[atomnummer]]. Denne lovmessigheten ble funnet i 1913 av [[Henry Moseley]] ved [[spektralanalyse]] av de kraftigste linjene i [[Frekvensspekter|røntgenspekteret]] til flere forskjellige element. Moseley var student i gruppen til [[Ernest Rutherford]] ved  [[Universitet i Manchester]].

Etableringen av loven gjorde det mulig for Moseley å skape orden i det [[Periodesystemet|periodiske systemet]]. Dette hadde fått ny interesse etter Rutherfords oppdagelse av [[atomkjerne]]n i 1911 som viste at den inneholder et visst antall ''Z&thinsp;'' positive [[elementærladning]]er. Elementene i periodesystemet var på den tiden ordnet etter [[atomvekt]], men det var ikke klart hvordan denne varierte med ladningstallet ''Z''. [[Antonius van den Broek]] hadde foreslått at man i stedet skulle benytte dette til å ordning av elementene. Det var også i tråd med [[Bohrs atommodell]] som var blitt lansert omtrent på samme tidspunkt.<ref>H. Kragh, ''Niels Bohr and the Quantum Atom'', Oxford University Press, Oxford (2012). ISBN 0-19-965498-0.</ref> 

Senere eksperiment og videre utvikling av [[atomfysikk]]en gjorde det klart at loven til Moseley bare er en god approksimasjon for en sammenheng som er mer komplisert. I tillegg til sin historiske betydning gir den likevel fremdeles en viss forståelse av det karakteristiske røntgenspektret.

==Innhold==

[[Charles Glover Barkla|Charles Barkla]] hadde tidligere funnet at [[røntgenstråling]]en fra flere element inneholdt diskrete eller [[karakteristisk røntgenstråling|karakteristiske spektrallinjer]]. De grupperte han i to serier som han ga navnene K og L. Etter [[Max von Laue|Laues]] oppdagelse i 1912 av [[røntgendiffraksjon]] ved bruk av krystaller, kunne frekvensene til spektrallinjene bestemmes nøyaktig. Denne nye metoden var Moseley en av de første til å ta i bruk.<ref name = Heilbron>J. L. Heilbron, [https://books.google.no/books?id=vO0d-SBw6DEC&printsec=frontcover&hl=no&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false ''H. G. J. Moseley: The Life and Letters of an English Physicist'', 1887-1915], University og California Press, Berkeley (1974). ISBN 0-520-02375-7.</ref> 

Allerede i 1913 publiserte han de første resultatene for frekvensene til K-strålingen fra 10 av de letteste elementene i [[periodesystemet]] fra og med [[kalsium]] Ca med {{nowrap|''Z'' {{=}} 20}}. For hver av disse så han to tydelige linjer som han registrerte med fotografisk film. Den kraftigste ga han navnet K<sub>&alpha;</sub> og og den noe svakere K<sub>&beta;</sub>. Med unntak av kalsium kunne han vise begge linjene på ett og samme røntgenbilde.

[[Fil:Moseley's law 1914.jpg|left|thumb|300px|Moseleys resultat for sammenheng mellom kjerneladning ''Z&thinsp;'' og kvadratrot av frekvens.<ref name = Moseley-2/>]]

Målingene hans viste at kvadratroten av frekvensen til K<sub>&alpha;</sub>-linjen for hvert element var direkte proporsjonal med dets posisjon i periodesystemet. Denne var derfor gitt ved ladningstallet ''Z&thinsp;'' i overensstemmelse med forslaget til van den Broek. Denne lovmessigheten viste at [[nikkel]] Ni må plasseres etter [[kobolt]] Co i periodesystemet og har derfor atomnummer {{nowrap|''Z'' {{=}} 28}}. Dette er på tross av at det har en mindre atomvekt en kobolt.<ref name = Moseley-1/> 

Matematisk sammenfattet Moseley denne oppdagelsen på lignende vis som Bohr hadde funnet for frekvensene i [[hydrogenatom]]et. På den måten kom han frem til formelen

: <math> \nu_K = {3\over 4} c\,R_\infty(Z - 1)^2 </math>

hvor ''c&thinsp;'' er [[lyshastighet]]en og ''R<sub>&infin;</sub>&thinsp;'' er [[Rydberg-konstanten]]. Siden faktoren {{nowrap|3/4 {{=}} 1/1<sup>2</sup> -  1/2<sup>2</sup>}}, tenkte han seg en overgang der atomet går over fra en tilstand med [[kvantetall]] ''n'' = 2 til en lavere tilstand med ''n'' = 1, men det var uklart hvordan dette kunne skje.

Det tyngste elementet i denne undersøkelsen var [[kobber]] Cu med {{nowrap|''Z'' {{=}} 29}}. Istedenfor [[sink]] Zn benyttet han spekteret fra [[messing]]. Da det er legert med kobber, opptrådte også dets linjer på røntgenbildet.

Under året som fulgte kunne Moseley på samme vis måle frekvenser for 45 tyngre element opptil [[gull]] Au med ''Z'' = 79. Fra og med [[ytterbium]] med Z = 39  kunne han også påvise flere frekvenser i L-serien deres. Den kraftigste linjen L<sub>&alpha;</sub> hadde frekvenser som med god nøyaktighet var gitt ved uttrykket

: <math> \nu_L = {5\over 36} c\,R_\infty(Z - 7.4)^2 </math>

Det tolket han som en overgang ''n'' = 3 &rarr; 2 slik at faktoren {{nowrap|5/36 {{=}} 1/2<sup>2</sup> -  1/3<sup>2</sup>}}. Reduksjonen av kjerneladningen  er i dette tilfelle hele 7.4, noe som  kanskje kunne skyldes at den er forårsaket av flere elektroner enn for K-strålingen.<ref name = Moseley-2>  H.G.J. Moseley, [https://archive.org/details/londonedinburg6271914lond/page/702/mode/2up ''The High-Frequency Spectra of the Elements. Part'' II], Philosophical Magazine '''27''', 703–713 (1914). </ref>

Fra hans systematiske gjennomgang av de forskjellige elementene i periodesystemet måtte han konkludere at det manglet tre element, henholdsvis med ladningstall ''Z'' = 43, 61 og 75. I tillegg  var det uklarheter rundt ordningen av [[lantanoid]]ene. Mens disse falt på plass i 1923 etter oppdagelsen av [[hafnium]] med ''Z'' = 72, ble også de tre andre elementene funnet i årene som fulgte.<ref> R.G. Egdell  and E. Bruton, [https://royalsocietypublishing.org/doi/epdf/10.1098/rsta.2019.0302 ''Henry Moseley, X-ray spectroscopy and the periodic table''], Phil. Trans. Roy. Soc. A '''378''' (2180) 20190302 (2020),</ref>

==Forklaring==

Selv om Moseley kunne diskutere sine resultat med Bohr på den perioden var i Manchester, hadde han likevel ingen klar formening om hvordan de skulle tolkes. Bohr tenkte seg at tyngre atomer besto av elektroner i plane, konsentriske ringer rundt atomkjernen. At dens ladning opptrer som ''Z'' - 1 i formelen for K<sub>&alpha;</sub>, tolket Moseley som at den innerste ringen måtte inneholde fire elektroner. Kanskje hele ringen ble eksistert for å produsere denne strålingen. Dette bildet ga heller ikke noen forklaring av K<sub>&beta;</sub>-frekvensene han hadde observert eller opphavet til de forskjellige L-frekvensene.<ref name = Heilbron/>

En bedre forståelse av Moseleys lov ble gitt i 1914 av [[Walther Kossel]] som arbeidet i gruppen til [[Arnold Sommerfeld]] ved  [[Universitetet i München]]. Fra hans undersøkelser ble det klart at den karakteristiske røntgenstrålingen oppstår når et elektron går fra en tilstand i et indre  [[elektronskall]] til en annen tilstand med lavere energi. Denne er oppstått ved at ett elektron er blitt helt slått ut av atomet. Man kan da anta at denne [[Ioniseringsenergi]]en har formen

: <math> E_n = {1\over n^2}(Z - \sigma_n)^2 hc\,R_\infty </math>

for et elektron i skallet med kvantetall ''n''. Bidraget ''&sigma;<sub>n</sub>'' vil representere en avskjerming av kjerneladningen.  Moseleys lov for overgangen {{nowrap|''n'' &rarr; ''n'&thinsp;''}} vil da resultere fra sammenhengen {{nowrap|''hv'' {{=}} ''E<sub>n</sub>'' - ''E<sub>n'</sub>&thinsp;''}} hvis man i tillegg antar at avskjermingen er tilærmet den samme for de to tilstandene.<ref name = Sommerfeld> A. Sommerfeld, ''Atombau und Spektrallinien'', Verlag von Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig (1919).</ref>

==Referanser==
<references/>

==Eksterne lenker==

* SLAC Beamline, [https://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/25/2/25-2-assmus.pdf ''The Early History of X rays''], historisk oversikt
* MIT OpenCourse, [https://www.youtube.com/watch?v=Crut4GvgU6g ''Moseley's law''], YouTube-video
* PhysLibreTexts, [https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/Book%3A_University_Physics_(OpenStax)/University_Physics_III_-_Optics_and_Modern_Physics_(OpenStax)/08%3A_Atomic_Structure/8.06%3A_Atomic_Spectra_and_X-rays ''Atomic Spectra and X-rays''], god innføring

{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Atomfysikk]]
[[Kategori:Fysikkens historie]]