Transcript Mosleyev zakon

Mozlijev zakon
Linijski spektri X-zraka
Henry Moseley
THE HIGH FREQUENCY SPECTRA
OF THE ELEMENTS
By H. G. J. Moseley, M. A.
Phil. Mag. (1913), p. 1024
Henri Mozli (1887-1915): britanski
hemičar student Radeforda je briljantno
razvio primjenu karakterističnih spektara
X-zraka za istraživanje atomskih
struktura. Njegova istraživanja su kao
rezultat imala korekcije u tada poznatom
periodnom sistemu elemenata. On je
uspio tačnije odrediti atomske brojeve
nekih elemenata. Na žalost, Mozli je
poginuo u poznatoj bici Prvog svjetskog
rata na Galipolju u Turskoj 1915. godine.
Imao je samo 28. godina.
Galipolje poluostrvo
http://en.wikipedia.org/wiki/Battle_of_Gallipoli

Moseley je poginuo U
blizini Ilijuma -Troje”,
Kruksova cijev
Kako nastaju X-zraci
•
•
•
•
•
•
•
•
K - katoda
A - anoda (antikatoda)
X - rendg.zraci
Ua – anodni napon
(ubrzanja)
Uh – napon za grijanje katode
C – tečnost za hlađenje anode
Win – ulazna cijev za tečnost
Wout – izlazna cijev
KRIVULJA RASPODJELE INTENZITEA ZRAČENJA X
ZRAKA PO TALASNIM DUŽINAMA MOLIBDENA
•
Pikovi na krivulji
predstavljaju linijske
spektre koji su
superponirani u
kontinuiranom spektru
X – zraka.
OTKLANJANJE UBRZANOG ELEKTRONA U POLJU JEZGRE
Nastanak kontinuiranog spektra X-zraka
•
•
•
Elektron napušta mjesto međudjelovanja sa
manjom kinetčkom energijom, emitujući pri tome
foton čija je energija jednaka razlici kinetičkih
energija elektrona prije i poslije sudara:
•
EK1 – EK2 = hυ
EK1 –kinet.energ.elektrona prije sudara
EK2 –kinet.ener. elektrona poslije sudara
Prije udara u anodu kinet.energ.elektrona je:
EK = eU
U – napon između anode i katode, e – naeletrisanje
elektrona
Ukoliko bi elektron predao svu kinetičku energiju u
jednom sudaru nastao bi foton
eU = hυmax = hc/λmin
maksimalne frekv. υmax, ili min.talasne dužine λmin.
KRIVULJE INTENZITETA ZRAČENJA ZA ISTI MATERIJAL
METE PRI PROMJENI NAPONA UBRZANJA
•
Povećanjem ubrzavajućeg
napona U, za isti materijal anode,
postiže se manje λmin fotona, ali
nikada ne dostiže vrijednost nule.
•
Odnos između min.talasne
dužine fotona λmin, i napona
ubrzanja U je dat relacijom:
• λmin = 1241/U
• λmin je izražena u nanometrima (nm), a
napon U u voltima.
DIJAGRAM ZAVISNOSTI KORJENA IZ FREKVENCIJE ZRAČENJA
LINIJSKOG SPEKTRA OD REDNOG BROJA Z
•
•
•
Mozli se oslonio na Borovu teoriju po
kojoj je energija elektrona na prvoj orbiti
proporcionalna sa kvadratom
naelektrisanja jezgra:
m Z2e4
E1 = 2(4 0 ) 2  2
stoga će i frekvencija fotona X - zraka ν,
biti zavisna od atomskog broja elementa
mete (E = hν).
Krivulje sa dijagrama se mogu opisati
jednačinom:
  An (Z  b)
gdje su An i b konstante koje treba odrediti
za svaku liniju u spektru.
POPUNJAVANJE NIŽIH RASPOLOŽIVIH ENERGETSKIH
STANJA ELEKTRONA U ATOMU
Nastanak linija u spektru X-zraka
  An (Z  b)
(1)
Mozli je u Borovu formulu za frakvencije linijskog spektra vodonikovog atoma:
m Z2e4

2
8 0 h3
1 
 1
 2  2
k 
n
(2)
uvrstio vrijednost k=1, a Z zamijenio sa sa (Z - 1) i dobio frekvencije linija iz K-serije
me4
1
1
2 1
2

(Z  1)  2  2   cR(Z  1) 1  2 
3
8 0 h
n 
1
 n 
Iz formula (1) i (2) dobićemo da je konstanta An
1
An  cR (1  2 )
n
Talasna dužina K- serije će biti

c
   c An2 (Z  1) 2


1
1
1
2 
 (Z  1) 1  2 
R
 n 
1
Isti rezultat dobijemo iz privlačne sile jezgra s nabojem (Z-1) i elektrona:
m v2
( Z  1)e 2

r
4 0
uz primjenu Borovog kvantnog uslova mvr = nћ
4 0  2 n 2
rn 
( Z  1)m e2
( Z  1)e 2
vn 
4 e0  2 n
( Z  1) 2 m e4
( Z  1) 2
En  

E1H
2 2 2
2
2(4 0 )  n
n
Onda je:
1

 En  E1  (Z  1) E1H  2  1

n

hc
2
ili
1
1
2 
  (Z  1) 1  2 
R
 n 
1
DIFRAKCIJA X ZRAKA NA KALIJUM FEROCIJANIDU
•
Mozli je koristio Braggovu relaciju
•
za određivanje talasne dužine X – zraka.
•
Kao udaljenost između paralelnih ravni
kristala, uzeta je vrijednost
•
d = 8,454 x 108 cm.
•
0
0
Prorez S i fotografska ploča L su 17
cm udaljeni od ose kristala, tako da se
ugao θ dobije iz relacije
•
2θ = 180 - SPL = 180 - SAL
Table I
α line
λ (x 10¯8 cm)
QK
N Atomic
Number
β line
λ (x 10¯8 cm)
Aluminum
8.364
12.05
13
7.912
Silicon
7.142
13.04
14
6.729
Chlorine
4.750
16.00
17
-------
Potassium
3.759
17.98
19
3.463
Calcium
3.368
19.00
20
3.094
Titanium
2.758
20.99
22
2.524
Vanadium
2.519
21.96
23
2.297
Chromium
2.301
22.98
24
2.093
Manganese
2.111
23.99
25
1.818
Iron
1.946
24.99
26
1.765
Cobalt
1.798
26.00
27
1.629
Nickel
1.662
27.04
28
1.506
Copper
1.549
28.01
29
1.402
Zinc
1.445
29.01
30
1.306
Yttrium
0.838
38.1
39
-------
Zirconium
0.794
39.1
40
-------
Niobium
0.750
40.2
41
-------
Molybdenum
0.721
41.2
42
-------
Ruthenium
0.638
43.6
44
-------
Palladium
0.584
45.6
46
-------
Silver
0.560
46.6
47
-------
Mozlijevi rezultati
Vrijednosti b = 1 za K
seriju i b = 7,4 L seriju,
su samo aproksimativne.
Prave vrijednosti za Z-b
su date u tabelama (pod
oznakama sa QK i QL)
Table II
α line
λ (x 10¯8 cm)
QL
N Atomic
Number
β line
λ (x 10¯8 cm)
φ line
λ (x 10¯8 cm)
γ line
λ (x 10¯8 cm)
Zirconium
6.091
32.8
40
---
---
---
Niobium
5.749
33.8
41
5.507
---
---
Molybdenum
5.423
34.8
42
5.187
---
---
Ruthenium
4.861
36.7
44
4.660
---
---
Rhodium
4.622
37.7
45
---
---
---
Palladium
4.385
38.7
46
4.168
---
3.928
Silver
4.170
39.6
47
---
---
---
Tin
3.619
42.6
50
---
---
---
Antimony
3.458
43.6
51
3.245
---
---
Lanthanum
2.676
49.5
57
2.471
2.424
2.313
Cerium
2.567
50.6
58
2.366
2.315
2.209
(2.471)
51.5
59
2.265
---
---
Neodymium
2.382
52.5
60
2.175
---
---
Samarium
2.208
54.5
62
2.008
1.972
1.893
Europium
2.130
55.5
63
1.925
1.888
1.814
Gadolinium
2.057
65.5
64
1.853
1.818
---
Holmium
1.914
58.6
66
1.711
---
---
Erbium
1.790
60.6
68
1.591
1.563
---
Tantalum
1.525
65.6
73
1.330
---
1.287
Tungsten
1.486
66.5
74
---
---
---
Osmium
1.397
68.5
76
1.201
---
1.172
Iridium
1.354
69.6
77
1.155
---
1.138
Platinum
1.316
70.6
78
1.121
---
1.104
Gold
1.287
71.4
79
1.092
---
1.078
Praseodymium
Mozlijevi
rezultati
Vidimo da
rezultati nisu
kompletni.Alfa
frekvencije su
izmjerene za
gotovo sve
elemente na
dijagamu, dok sa
slabijim, β, γ, i φ
(između β i γ), to
nije slučaj. Razlog
tome je slabiji
intenzitet tih linija,
kao i njihova
blizina.
MOZLIJEV DIJAGRAM
•
Na dijagramu je ispravljen
redoslijed argona (18) i
kaliju-ma (19), u zavisnosti
od atomskih brojeva, a ne
kako su ranije bili poredani
po njihovim atomskim
težinama ( K – 39,102 i Ar –
39,918 ).
• Isto važi i za kobalt i nikal,
koji sada zauzimaju 27. i 28.
mjesto u periodnom sistemu
elemenata.