Henry mosley

Henry Gwyn Jeffreys Moseley (23 de noviembre de 1887 - 10 de agosto de 1915) fue un físico inglés, cuya contribución a la ciencia de la física fue la justificación a partir de leyes físicas del anterior concepto empírico y químico de la número atómico. Esto provino de su desarrollo de la ley de Moseley en espectros de rayos X.

La ley de Moseley hizo avanzar la física atómica, la física nuclear y la física cuántica al proporcionar la primera evidencia experimental a favor de la teoría de Niels Bohr, además del espectro del átomo de hidrógeno que la teoría de Bohr fue diseñada para reproducir. Esa teoría refinó el modelo de Ernest Rutherford y Antonius van den Broek, que proponía que el átomo contiene en su núcleo un número de cargas nucleares positivas que es igual a su número (atómico) en la tabla periódica. Este sigue siendo el modelo aceptado en la actualidad.

Cuando estalló la Primera Guerra Mundial en Europa Occidental, Moseley dejó atrás su trabajo de investigación en la Universidad de Oxford para trabajar como voluntario en los Ingenieros Reales del Ejército Británico. Moseley fue asignado a la fuerza de soldados del Imperio Británico que invadió la región de Gallipoli, Turquía, en abril de 1915, como oficial de telecomunicaciones. Moseley fue asesinado a tiros durante la Batalla de Gallipoli el 10 de agosto de 1915, a la edad de 27 años. Los expertos han especulado que, de lo contrario, Moseley podría haber recibido el Premio Nobel de Física en 1916.

Biografía

Henry G. J. Moseley, conocido entre sus amigos como Harry, nació en Weymouth, Dorset, en 1887. Su padre, Henry Nottidge Moseley (1844–1891), quien murió cuando Moseley era muy joven, era biólogo y también profesor de anatomía y fisiología en la Universidad de Oxford, que había sido miembro de la Expedición Challenger. La madre de Moseley era Amabel Gwyn Jeffreys, hija del biólogo y concólogo galés John Gwyn Jeffreys. También fue campeona británica de ajedrez en 1913.

Moseley había sido un estudiante muy prometedor en Summer Fields School (donde una de las cuatro 'ligas' lleva su nombre) y recibió una beca King's para asistir a Eton College. En 1906 ganó los premios de química y física en Eton. En 1906, Moseley ingresó al Trinity College de la Universidad de Oxford, donde obtuvo su licenciatura. Mientras estudiaba en Oxford, Moseley se unió a Apollo University Lodge. Inmediatamente después de graduarse de Oxford en 1910, Moseley se convirtió en demostrador de física en la Universidad de Manchester bajo la supervisión de Sir Ernest Rutherford. Durante el primer año de Moseley en Manchester, tuvo una carga docente como asistente de enseñanza de posgrado, pero después de ese primer año, fue reasignado de sus deberes docentes para trabajar como asistente de investigación de posgrado. Rechazó una beca ofrecida por Rutherford y prefirió regresar a Oxford en noviembre de 1913, donde recibió instalaciones de laboratorio pero no apoyo.

Trabajo científico

Al experimentar con la energía de las partículas beta en 1912, Moseley demostró que se podían alcanzar altos potenciales a partir de una fuente radiactiva de radio, inventando así la primera batería atómica, aunque no pudo producir el 1 MeV necesario para detener las partículas.

En 1913, Moseley observó y midió los espectros de rayos X de varios elementos químicos (principalmente metales) que se encontraron mediante el método de difracción a través de cristales. Este fue un uso pionero del método de espectroscopia de rayos X en la física, utilizando la ley de difracción de Bragg para determinar las longitudes de onda de los rayos X. Moseley descubrió una relación matemática sistemática entre las longitudes de onda de los rayos X producidos y los números atómicos de los metales que se usaban como objetivos en los tubos de rayos X. Esto se conoce como la ley de Moseley.

Antes del descubrimiento de Moseley, los números atómicos (o número elemental) de un elemento se consideraban como un número secuencial semiarbitrario, basado en la secuencia de masas atómicas, pero se modificaban un poco cuando los químicos encontraban esta modificación. ser deseable, como por el químico ruso, Dmitri Ivanovich Mendeleev. En su invención de la Tabla Periódica de los Elementos, Mendeleev había intercambiado los órdenes de algunos pares de elementos para colocarlos en lugares más apropiados en esta tabla de elementos. Por ejemplo, a los metales cobalto y níquel se les habían asignado los números atómicos 27 y 28, respectivamente, en función de sus propiedades químicas y físicas conocidas, aunque tienen casi las mismas masas atómicas. De hecho, la masa atómica del cobalto es ligeramente mayor que la del níquel, lo que los habría colocado en orden inverso si se hubieran colocado en la tabla periódica a ciegas según la masa atómica. Los experimentos de Moseley en espectroscopía de rayos X mostraron directamente de su física que el cobalto y el níquel tienen números atómicos diferentes, 27 y 28, y que están colocados en la tabla periódica correctamente por las medidas objetivas de Moseley de su números atómicos Por lo tanto, el descubrimiento de Moseley demostró que los números atómicos de los elementos no son simplemente números arbitrarios basados en la química y la intuición de los químicos, sino que tienen una base experimental firme de la física de sus espectros de rayos X.

Además, Moseley demostró que había espacios en la secuencia de números atómicos en los números 43, 61, 72 y 75. Ahora se sabe que estos espacios, respectivamente, son los lugares de los elementos sintéticos radiactivos tecnecio y prometio, y también los dos últimos elementos estables naturales bastante raros hafnio (descubierto en 1923) y renio (descubierto en 1925). No se sabía nada acerca de estos cuatro elementos en vida de Moseley, ni siquiera su existencia misma. Basado en la intuición de un químico muy experimentado, Dmitri Mendeleev había predicho la existencia de un elemento faltante en la Tabla Periódica, que luego se descubrió que estaba lleno de tecnecio, y Bohuslav Brauner había predicho la existencia de otro elemento faltante en esta Tabla, que más tarde se descubrió que estaba lleno de promethium. Los experimentos de Henry Moseley confirmaron estas predicciones, mostrando exactamente cuáles eran los números atómicos que faltaban, 43 y 61. Además, Moseley predijo la existencia de dos elementos más no descubiertos, aquellos con los números atómicos 72 y 75, y dio muy fuerte evidencia de que no había otras brechas en la Tabla Periódica entre los elementos aluminio (número atómico 13) y oro (número atómico 79).

Esta última pregunta sobre la posibilidad de que haya más elementos no descubiertos ("faltantes") había sido un problema permanente entre los químicos del mundo, particularmente dada la existencia de la gran familia de la serie de los lantánidos de tierras raras. elementos. Moseley pudo demostrar que estos elementos lantánidos, es decir, desde el lantano hasta el lutecio, deben tener exactamente 15 miembros, ni más ni menos. El número de elementos en los lantánidos había sido una cuestión que estuvo muy lejos de ser resuelta por los químicos de principios del siglo XX. Todavía no podían producir muestras puras de todos los elementos de tierras raras, ni siquiera en forma de sus sales, y en algunos casos no podían distinguir entre mezclas de dos elementos de tierras raras muy similares (adyacentes) de los metales puros cercanos. en la Tabla Periódica. Por ejemplo, había un llamado "elemento" que incluso recibió el nombre químico de "didymium". "Didimio" se descubrió algunos años más tarde que era simplemente una mezcla de dos elementos genuinos de tierras raras, y estos recibieron los nombres de neodimio y praseodimio, que significan "nuevo gemelo" y "gemelo verde". Además, el método de separación de elementos de tierras raras por el método de intercambio iónico aún no se había inventado en la época de Moseley.

El método de Moseley en la espectroscopia de rayos X temprana fue capaz de resolver rápidamente los problemas químicos anteriores, algunos de los cuales habían ocupado a los químicos durante varios años. Moseley también predijo la existencia del elemento 61, un lantánido cuya existencia antes no se sospechaba. Bastantes años después, este elemento 61 fue creado artificialmente en reactores nucleares y recibió el nombre de promethium.

Contribución a la comprensión del átomo

Antes de Moseley y su ley, los números atómicos se consideraban como un número ordenante semiarbitrario, que aumentaba vagamente con el peso atómico pero que no estaba estrictamente definido por él. El descubrimiento de Moseley mostró que los números atómicos no se asignaban arbitrariamente, sino que tenían una base física definida. Moseley postuló que cada elemento sucesivo tiene una carga nuclear exactamente una unidad mayor que su predecesor. Moseley redefinió la idea de los números atómicos de su estado anterior como una etiqueta numérica ad hoc para ayudar a clasificar los elementos en una secuencia exacta de números atómicos ascendentes que hacían exacta la Tabla Periódica. (Más tarde, esto sería la base del principio de Aufbau en los estudios atómicos). Como señaló Bohr, la ley de Moseley proporcionó un conjunto experimental razonablemente completo de datos que respaldaron la concepción (nueva de 1911) de Ernest Rutherford y Antonius. van den Broek del átomo, con un núcleo cargado positivamente rodeado de electrones cargados negativamente en el que el número atómico se entiende como el número físico exacto de cargas positivas (luego descubiertas y llamadas protones) en los núcleos atómicos centrales de los elementos. Moseley mencionó a los dos científicos mencionados anteriormente en su trabajo de investigación, pero en realidad no mencionó a Bohr, quien era bastante nuevo en la escena en ese momento. Se encontraron modificaciones simples de las fórmulas de Rydberg y Bohr para dar una justificación teórica a la ley derivada empíricamente de Moseley para determinar los números atómicos.

Uso de espectrómetro de rayos X

Los espectrómetros de rayos X son la piedra angular de la cristalografía de rayos X. Los espectrómetros de rayos X, como los conocía Moseley, funcionaban de la siguiente manera. Se utilizó un tubo de electrones con bombilla de vidrio, similar al que sostiene Moseley en la foto aquí. Dentro del tubo de vacío, se dispararon electrones a una sustancia metálica (es decir, una muestra de elemento puro en el trabajo de Moseley), provocando la ionización de electrones de las capas internas de electrones del elemento. El rebote de electrones en estos agujeros en las capas internas luego provoca la emisión de fotones de rayos X que fueron conducidos fuera del tubo en un semi-haz, a través de una abertura en el blindaje de rayos X externo. A continuación, estos se difractan con un cristal de sal estandarizado, y los resultados angulares se leen como líneas fotográficas mediante la exposición de una película de rayos X fijada en el exterior del tubo de vacío a una distancia conocida. La aplicación de la ley de Bragg (después de algunas conjeturas iniciales de las distancias medias entre los átomos en el cristal metálico, en función de su densidad) permitió calcular la longitud de onda de los rayos X emitidos.

Moseley participó en el diseño y desarrollo de los primeros equipos de espectrometría de rayos X, aprendió algunas técnicas de William Henry Bragg y William Lawrence Bragg en la Universidad de Leeds y desarrolló otras él mismo. Muchas de las técnicas de la espectroscopia de rayos X se inspiraron en los métodos que se utilizan con los espectroscopios y espectrogramas de luz visible, al sustituir cristales, cámaras de ionización y placas fotográficas por sus análogos en la espectroscopia de luz. En algunos casos, Moseley consideró necesario modificar su equipo para detectar rayos X particularmente suaves (de baja frecuencia) que no podían penetrar ni en el aire ni en el papel, al trabajar con sus instrumentos en una cámara de vacío.

Muerte y secuelas

En algún momento de la primera mitad de 1914, Moseley renunció a su cargo en Manchester, con planes de regresar a Oxford y continuar allí sus investigaciones sobre física. Sin embargo, la Primera Guerra Mundial estalló en agosto de 1914 y Moseley rechazó esta oferta de trabajo para alistarse en los Ingenieros Reales del Ejército Británico. Su familia y amigos trataron de persuadirlo de que no se uniera, pero pensó que era su deber. Moseley se desempeñó como oficial técnico en comunicaciones durante la Batalla de Gallipoli, en Turquía, a partir de abril de 1915, donde fue asesinado por un francotirador el 10 de agosto de 1915.

Placa azul erigida por la Royal Society of Chemistry en el Edificio Townsend del Laboratorio Clarendon de Oxford, conmemorando el trabajo de Moseley en rayos X emitido por elementos

Moseley, que solo tenía veintisiete años en el momento de su muerte, podría, en opinión de algunos científicos, haber contribuido mucho al conocimiento de la estructura atómica si hubiera sobrevivido. Niels Bohr dijo en 1962 que el trabajo de Rutherford 'no se tomaba en serio en absoluto' y que el "gran cambio vino de Moseley."

Robert Millikan escribió: "En una investigación que está destinada a clasificarse como una de las doce más brillantes en concepción, hábil en ejecución e iluminadora en resultados en la historia de la ciencia, un joven de veintiséis años Old abrió las ventanas a través de las cuales podemos vislumbrar el mundo subatómico con una definición y certeza nunca antes soñada. Si la guerra europea no hubiera tenido otro resultado que la extinción de esta joven vida, eso solo la convertiría en uno de los crímenes más horribles e irreparables de la historia."

George Sarton escribió: "Su fama ya estaba establecida sobre una base tan segura que su memoria será verde para siempre". Es uno de los inmortales de la ciencia, y aunque habría hecho muchas otras adiciones a nuestro conocimiento si se le hubiera perdonado la vida, las contribuciones que ya se le atribuyen fueron de una importancia tan fundamental que la probabilidad de que se superara a sí mismo era extremadamente pequeña.. Es muy probable que, por muy larga que haya sido su vida, habría sido recordado principalmente por la 'ley de Moseley' que publicó a la edad de veintiséis años."

Isaac Asimov escribió: "En vista de lo que él [Moseley] aún podría haber logrado... su muerte bien podría haber sido la muerte individual más costosa de la guerra para la humanidad en general". Rutherford creía que el trabajo de Mosely le habría valido el Premio Nobel (que, sin embargo, nunca se otorga a título póstumo).

Se instalaron placas conmemorativas de Moseley en Manchester y Eton, y una beca de la Royal Society, establecida por su testamento, tuvo como segundo destinatario al físico P. M. S. Blackett, quien luego se convirtió en presidente de la Sociedad. La Medalla y el Premio Henry Moseley del Instituto de Física reciben su nombre en su honor.