Закон Мозли

Зако́н Мо́зли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером. Экспериментально установлен английским физиком Генри Мозли в 1913 году.

Характеристические рентгеновские спектры серий Kα and Kβ некоторых химических элементов. Снизу показан рентгеновский спектр сплава на основе меди — бронзы.

Формулировка закона МозлиПравить

Согласно Закону Мозли, корень квадратный из частоты   спектральной линии характеристического излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера  :  

где c — скорость света,   — постоянная Ридберга,   — постоянная экранирования (нем.),   — главное квантовое число внутренней орбитали, на которую осуществляется переход электрона, инициирующий излучение соответствующей линии,   - главное квантовое число внешней орбитали, с которой осуществляется переход (  = 1, 2, 3...   =  ,  ,  ). На диаграмме Мозли зависимость от   представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям   = 1, 2, 3,…).

Закон Мозли явился неопровержимым доказательством правильности размещения элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и содействовал выяснению физического смысла  .

В соответствии с Законом Мозли, рентгеновские характеристические спектры не обнаруживают периодических закономерностей, присущих оптическим спектрам. Это указывает на то, что проявляющиеся в характеристических рентгеновских спектрах внутренние электронные оболочки атомов всех элементов имеют аналогичное строение.

Более поздние эксперименты выявили некоторые отклонения от линейной зависимости для переходных групп элементов, связанные с изменением порядка заполнения внешних электронных оболочек, а также для тяжёлых атомов, появляющиеся в результате релятивистских эффектов (условно объясняемых тем, что скорости внутренних электронов сравнимы со скоростью света).

В зависимости от ряда факторов — от числа нуклонов в ядре атома (изотопический сдвиг), состояния внешних электронных оболочек (химический сдвиг) и пр. — положение спектральных линий на диаграмме Мозли может несколько изменяться. Изучение этих сдвигов позволяет получать детальные сведения об атоме.

ИсторияПравить

 
Иллюстрация в публикации 1914 года[1]. На горизонтальной оси отмечены корень из частоты и длина волны, на вертикальной — зарядовое число. Для элементов от алюминия (Z=13) до серебра (Z=47) приведены спектры K-линий, для элементов от циркония (Z=40) до золота (Z=79) — спектры L-линий.

В опубликованных в 1913—1914 году работах Генри Мозли сформулировал зависимость частоты характеристических линий химических элементов следующим образом[2][1]:

 

где:

  — частота наблюдаемой характеристической линии
  и   — константы, зависящие от типа линии (K, L и т. д.)

  и   = 1 для   линий,   и   = 7.4 для   линий (  — частота Ридберга,   — скорость света,   — постоянная Ридберга).

В настоящее время в более общем виде закон Мозли может быть выражен следующей формулой:

 

где:

При переходе электрона из второй оболочки (оболочка L) в первую оболочку (оболочка K) (переход  ), применяются   и соответствующее волновое число:

 
Внешняя оболочка Внутренняя оболочка Переход Постоянная экранирования
  ...-оболочка   ...-оболочка    
2 L 1 K 1   1.0
3 M 2 L 1   7.4
3 M 1 K 2   1.8

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Moseley, Henry G. J. The High-Frequency Spectra of the Elements. Part II (англ.) // Philosophical Magazine : journal. — 1914. — Vol. 27. — P. 703—713.
  2. Moseley, Henry G. J.; Smithsonian Libraries. The High-Frequency Spectra of the Elements (англ.) // The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science : journal. — London-Edinburgh: London : Taylor & Francis, 1913. — Vol. 26. — P. 1024—1034.