Lei de Moseley - Moseley's law

Registro fotográfico de linhas de emissão de raios-X Kα e Kβ para uma série de elementos; observe que para o elemento dispersivo usado, a posição da linha é proporcional ao comprimento de onda (não energia)

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

Henry Moseley , segurando um tubo de raios-X

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

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)