Lei de Moseley - Moseley's law
A lei de Moseley é uma lei empírica relativa aos raios X característicos emitidos pelos átomos . A lei foi descoberta e publicada pelo físico inglês Henry Moseley em 1913-1914. Até o trabalho de Moseley, o "número atômico" era apenas o lugar de um elemento na tabela periódica e não era conhecido por estar associado a nenhuma quantidade física mensurável. Em suma, a lei afirma que a raiz quadrada da frequência do raio X emitido é aproximadamente proporcional ao número atômico .
História
A tabela periódica histórica foi aproximadamente ordenada pelo aumento do peso atômico , mas em alguns casos famosos as propriedades físicas de dois elementos sugeriram que o mais pesado deveria preceder o mais leve. Um exemplo é o cobalto com um peso de 58,9 e o níquel com um peso atômico de 58,7.
Henry Moseley e outros físicos usaram a difração de raios X para estudar os elementos, e os resultados de seus experimentos levaram à organização da tabela periódica pela contagem de prótons.
Aparelho
Uma vez que as emissões espectrais para os elementos mais pesados estariam na faixa do raio X suave (absorvido pelo ar), o aparelho de espectrometria teve que ser fechado dentro de um vácuo . Os detalhes da configuração experimental estão documentados nos artigos de jornal "Os espectros de alta frequência dos elementos" Parte I e Parte II.
Resultados
Moseley descobriu que as linhas (na notação de Siegbahn ) eram de fato relacionadas ao número atômico, Z.
Seguindo o exemplo de Bohr, Moseley descobriu que, para as linhas espectrais, essa relação poderia ser aproximada por uma fórmula simples, mais tarde chamada de Lei de Moseley .
Onde:
- é a frequência da linha de emissão de raios-x observada
- e são constantes que dependem do tipo de linha (ou seja, K, L, etc. na notação de raios-x)
- Freqüência de Rydberg e = 1 para linhas e freqüência de Rydberg e = 7,4 para linhas.
Derivação
Moseley derivou sua fórmula empiricamente por linha ajustando as raízes quadradas das frequências de raios X traçadas pelo número atômico, e sua fórmula poderia ser explicada em termos do modelo de Bohr do átomo.
no qual
- é a permissividade do espaço livre
- é a massa de um elétron
- é a carga de um elétron
- é a carga efetiva do núcleo, que também pode ser escrita como
- é o número quântico do nível de energia final
- é o número quântico do nível de energia inicial
Supõe-se que o nível de energia final é menor que o nível de energia inicial.
Considerando a constante encontrada empiricamente que reduziu aproximadamente (ou aparentemente "filtrou") a energia das cargas, a fórmula de Bohr para as transições de raios-X de Moseley tornou-se:
ou (dividindo ambos os lados por h para converter E em ):
O coeficiente nesta fórmula simplifica para uma frequência de 3 / 4 h Ry , com um valor aproximado de 2,47 × 10 15 Hz .
Triagem
Uma explicação simplificada para a carga efetiva de um núcleo sendo um a menos que sua carga real é que um elétron desemparelhado na camada K o rastreia. Uma elaborada discussão criticando a interpretação de Moseley da triagem pode ser encontrada em um artigo de Whitaker, que é repetido na maioria dos textos modernos.
Uma lista de transições de raios-X encontradas experimentalmente está disponível no NIST. As energias teóricas podem ser calculadas com uma precisão muito maior do que a lei de Moseley usando um método de simulação de física de partículas como Dirac-Fock.
Veja também
- Lei periódica de Moseley , relativa à tabela periódica moderna
- Espectroscopia de elétrons Auger , um fenômeno semelhante com aumento do rendimento de raios-X de espécies de maior número atômico
Referências
links externos
- Oxford Physics Teaching - History Archive, " Anexo 12 - Gráfico de Moseley " (reprodução do diagrama de Moseley original mostrando a dependência da frequência da raiz quadrada)