Как рентгеновский спектр выдал заряд ядра
Генри Мозли сравнивал рентгеновское излучение разных элементов. Он направлял на образец быстрые электроны: те выбивали электроны из внутренних оболочек атомов. Когда освободившиеся места занимали другие электроны, атом испускал рентгеновские лучи определённых частот — своего рода характерный сигнал элемента.
Мозли обнаружил закономерность: если взять квадратный корень из частоты такого излучения, результат меняется почти линейно от элемента к элементу. Это позволило выстроить элементы в строгую последовательность. В ней порядковый номер оказался не условной меткой, а мерой положительного заряда ядра. В нейтральном атоме он также равен числу электронов.
Почему масса вводила в заблуждение
До этого элементы часто располагали по атомной массе — общей массе атомов элемента. Но масса зависит не только от числа протонов, но и от числа нейтронов, а у природного элемента могут встречаться атомы с разным числом нейтронов. Поэтому масса не всегда возрастает в том же порядке, что и заряд ядра.
Особенно заметно это было у теллура и йода: теллур тяжелее, хотя его место в последовательности элементов — перед йодом. По числу протонов теллур имеет номер 52, йод — 53. Измерения Мозли показали, что именно этот порядок согласуется с рентгеновскими спектрами. Несоответствие перестало выглядеть ошибкой таблицы: ошибочным ориентиром была масса.
Пустое место становилось измеримой загадкой
Номер элемента можно было определить независимо от химического сходства и массы. Если в последовательности не хватало номера, это означало, что соответствующий элемент ещё предстоит найти. Так таблица стала не только способом упорядочить известные вещества, но и схемой с проверяемыми пробелами.
Мозли погиб на Первой мировой войне в 1915 году, не дожив до 28 лет. Его короткая работа оставила химикам способ проверять устройство таблицы не по внешнему сходству элементов, а по измеримому сигналу, связанному с зарядом их ядер.
