Moseley kanunları

Moseley yasası, atomlar tarafından yayılan karakteristik x ışınlarıyla ilgili deneysel bir yasadır. Yasa, 1913-1914'te İngiliz fizikçi Henry Moseley tarafından keşfedilmiş ve yayınlanmıştır. 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-ışını frekansının kare kökünün atom numarasıyla yaklaşık olarak orantılı olduğunu belirtir.^[1][2]

Periyodik tablo kabaca artan atom ağırlığının düzenlenmişti, ancak birkaç ünlü bulgu iki elementin fiziksel özellikleri, ağır olanın daha hafif olandan önce gelmesi gerektiğini öne sürüyordu. Bir örnek, ağırlığı 58.9 olan kobalt ve atom ağırlığı 58.7 olan nikeldir.^[3][4]

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

Daha ağır elementler için spektral emisyonlar yumuşak X-ışını aralığında (hava tarafından absorbe edilir) olacağından, spektrometri cihazının bir vakum içinde kapatılması gerekiyordu. Deney düzeneğinin ayrıntıları, "Elementlerin Yüksek Frekans Spektrumları" Bölüm I ve Bölüm II dergi makalelerinde belgelenmiştir.^[5]

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

${\displaystyle E=h\nu =E_{\text{i}}-E_{\text{f}}={\frac {m_{\text{e}}q_{\text{e}}^{2}q_{Z}^{2}}{8h^{2}\varepsilon _{0}^{2}}}\left({\frac {1}{n_{\text{f}}^{2}}}-{\frac {1}{n_{\text{i}}^{2}}}\right)\,}$

${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ boş alanın geçirgenliği

${\displaystyle m_{\text{e}}}$ elektronun kütlesi

${\displaystyle q_{\text{e}}}$ bir elektronun yükü

${\displaystyle n_{\text{f}}}$ son enerji seviyesinin kuantum sayısı

${\displaystyle n_{\text{i}}}$ ilk enerji seviyesinin kuantum sayısı

Nihai enerji seviyesinin başlangıçtaki enerji seviyesinden daha düşük olduğu varsayılmaktadır.

Yüklerin enerjisini yaklaşık olarak düşüren (veya görünüşte "perdelenen") deneysel olarak bulunan sabiti göz önünde bulundurarak Bohr'un Moseley'in formülü ${\displaystyle K_{\alpha }}$ X-ışını :

${\displaystyle E=h\nu =E_{\text{i}}-E_{\text{f}}={\frac {m_{\text{e}}q_{\text{e}}^{4}}{8h^{2}\varepsilon _{0}^{2}}}\left({\frac {1}{1^{2}}}-{\frac {1}{2^{2}}}\right)(Z-1)^{2}\,=\left({\frac {3}{4}}\right)(Z-1)^{2}\times 13.6\ \mathrm {eV} }$^[6]

iki tarafı da h' ye bölerek E'den v'ye:

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

Bu formüldeki katsayı, 3/4h Ry, yaklaşık olarak 2,47×10¹⁵ Hz