Henry Gwyn Jeffreys Moseley ( / ˈ m oʊ z l i / ; 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 energía atómica. número . Esto surgió de su desarrollo de la ley de Moseley en los 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 , aparte del espectro del átomo de hidrógeno que la teoría de Bohr estaba 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. [1] [2]
Cuando estalló la Primera Guerra Mundial en Europa Occidental , Moseley dejó atrás su trabajo de investigación en la Universidad de Oxford para ofrecerse como voluntario para los Ingenieros Reales del Ejército Británico . Moseley fue asignado a la fuerza de soldados del Imperio Británico que invadieron 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 otro modo Moseley podría haber recibido el Premio Nobel de Física en 1916. [3] [4]
Henry GJ Moseley, conocido por sus amigos como Harry, [5] nació en Weymouth , Dorset , en 1887. Su padre, Henry Nottidge Moseley (1844–1891), que 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 conchólogo galés John Gwyn Jeffreys . [6] También fue campeona británica de ajedrez en 1913. [7] [8] [a]
Moseley había sido un colegial muy prometedor en la Summer Fields School (donde una de las cuatro "ligas" lleva su nombre), y recibió una beca King para asistir al Eton College . [9] En 1906 ganó los premios de química y física en Eton. [10] En 1906, Moseley ingresó en el Trinity College de la Universidad de Oxford, donde obtuvo su licenciatura . Mientras estudiaba en Oxford, Moseley se convirtió en masón al unirse a la Apollo University Lodge . [11] 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 graduado , pero después de ese primer año, fue reasignado de sus deberes docentes para trabajar como asistente de investigación graduado . Rechazó una beca ofrecida por Rutherford y prefirió regresar a Oxford, en noviembre de 1913, donde le proporcionaron instalaciones de laboratorio pero no apoyo. [12] : 95
Al experimentar con la energía de las partículas beta en 1912, Moseley demostró que se podían obtener altos potenciales a partir de una fuente radiactiva de radio, inventando así la primera batería atómica , aunque no pudo producir el 1MV necesario para detener las partículas. [13]
En 1913, Moseley observó y midió los espectros de rayos X de varios elementos químicos (principalmente metales) que se encontraban mediante el método de difracción a través de cristales . [14] Este fue un uso pionero del método de espectroscopia de rayos X en 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 utilizaban como objetivos en los tubos de rayos X. Esto se conoce como ley de Moseley .
Antes del descubrimiento de Moseley, los números atómicos (o número elemental) de un elemento se consideraban un número secuencial semiarbitrario, basado en la secuencia de masas atómicas , pero se modificaban un poco cuando los químicos consideraban deseable esta modificación, como por ejemplo mediante el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleev . En su invención de la Tabla periódica de los elementos , Mendeleev había intercambiado el orden 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, basándose en sus propiedades químicas y físicas conocidas, a pesar de que tienen casi las mismas masas atómicas. De hecho, la masa atómica del cobalto es ligeramente mayor que la del níquel, por lo que el níquel se colocaría en la Tabla Periódica antes que el cobalto si se ubicaran únicamente según la masa atómica. Sin embargo, los experimentos de Moseley en espectroscopia de rayos X demostraron directamente a partir de su física que el cobalto y el níquel tienen números atómicos diferentes, 27 y 28, y que están colocados correctamente en la tabla periódica según las mediciones objetivas de Moseley de sus números atómicos. Por 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 procedente 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 son, respectivamente, los lugares de los elementos sintéticos radiactivos tecnecio y prometio , y también el último dos elementos estables naturales bastante raros, el hafnio (descubierto en 1923) y el renio (descubierto en 1925). No se sabía nada sobre estos cuatro elementos durante la vida de Moseley, ni siquiera su propia existencia. Basándose 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 luego se descubrió que estaba lleno de prometio. Los experimentos de Henry Moseley confirmaron estas predicciones, al mostrar exactamente cuáles eran los números atómicos faltantes, 43 y 61. Además, Moseley predijo la existencia de dos elementos más no descubiertos, aquellos con números atómicos 72 y 75, y proporcionó pruebas muy sólidas de que había No había otros espacios en la tabla periódica entre los elementos aluminio (número atómico 13) y oro (número atómico 79).
Esta última cuestión sobre la posibilidad de que existan 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 lantánidos de elementos de tierras raras . 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 de los lantánidos había sido una cuestión que estaba 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, existía un llamado "elemento" al que incluso se le dio el nombre químico de " didimio ". Algunos años más tarde se descubrió que el "didimio" 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, en tiempos de Moseley aún no se había inventado el método de separación de las tierras raras mediante el método de intercambio iónico .
El método de Moseley en la espectroscopia de rayos X temprana fue capaz de resolver rápidamente los problemas químicos mencionados anteriormente, 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 era insospechada. Muchos años después, este elemento 61 se creó artificialmente en reactores nucleares y recibió el nombre de prometio. [15] [16] [17] [18] [19]
Antes de Moseley y su ley, los números atómicos se consideraban un número de orden semiarbitrario, que aumentaba vagamente con el peso atómico pero no estaba estrictamente definido por él. El descubrimiento de Moseley demostró que los números atómicos no se asignan arbitrariamente, sino que tienen 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 a partir 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 hicieron que la tabla periódica fuera exacta. (Esto sería más tarde 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 respaldaban la concepción (nueva de 1911) de Ernest Rutherford y Antonius van den Broek de el átomo, con un núcleo cargado positivamente rodeado de electrones cargados negativamente en el que se entiende por número atómico el número físico exacto de cargas positivas (posteriormente descubiertas y llamadas protones ) en los núcleos atómicos centrales de los elementos. Moseley mencionó a los dos científicos mencionados anteriormente en su artículo de investigación, pero en realidad no mencionó a Bohr, que era bastante nuevo en la escena en ese entonces. Se encontró que modificaciones simples de las fórmulas de Rydberg y Bohr daban una justificación teórica para la ley derivada empíricamente de Moseley para determinar los números atómicos.
Los espectrómetros de rayos X son la piedra angular de la cristalografía de rayos X. Los espectrómetros de rayos X, tal 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 de aquí. Dentro del tubo de vacío, se dispararon electrones contra una sustancia metálica (es decir, una muestra de elemento puro en el trabajo de Moseley), provocando la ionización de electrones de las capas electrónicas internas del elemento. El rebote de los electrones en estos agujeros de las capas internas provoca a continuación la emisión de fotones de rayos X que fueron conducidos fuera del tubo en un semihaz, a través de una abertura en el blindaje externo de rayos X. A continuación, estos se difractan mediante 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 sobre 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, [20] [21] aprendiendo algunas técnicas de William Henry Bragg y William Lawrence Bragg en la Universidad de Leeds , y desarrollando 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 , sustituyendo 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 menor frecuencia ) que no podían penetrar ni el aire ni el papel, trabajando con sus instrumentos en una cámara de vacío .
En algún momento de la primera mitad de 1914, Moseley renunció a su puesto en Manchester, con planes de regresar a Oxford y continuar allí sus investigaciones en 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 intentaron persuadirlo para que no se uniera, pero él pensó que era su deber. [22] Moseley sirvió 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.
Moseley, que sólo 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 fue tomado en serio en absoluto" y que "el gran cambio vino de Moseley". [23]
Robert Millikan escribió: "En una investigación destinada a figurar como una de las docenas más brillantes en concepción, hábil en ejecución y esclarecedores en resultados en la historia de la ciencia, un joven de veintiséis años abrió las ventanas que podemos vislumbrar el mundo subatómico con una definición y una certeza nunca antes soñadas. Si la guerra europea no hubiera tenido otro resultado que la extinción de esta joven vida, eso por sí solo lo convertiría en uno de los crímenes más espantosos e irreparables. en Historia." [24]
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 ya atribuidas a él fueron de tal importancia fundamental, que la probabilidad de que se superara a sí mismo era extremadamente pequeña. Es muy probable que, por muy larga que fuera su vida, hubiera sido recordado principalmente por la "ley de Moseley" que publicó. a la edad de veintiséis años." [25]
Isaac Asimov escribió: "En vista de lo que él [Moseley] aún podría haber logrado... su muerte bien podría haber sido la muerte más costosa de la guerra para la humanidad en general". [4] : 714 Rutherford creía que el trabajo de Moseley le habría valido el Premio Nobel (que sin embargo nunca se concede póstumamente). [3]
Se instalaron placas conmemorativas de Moseley en Manchester y Eton, y una beca de la Royal Society , establecida por su testamento, tuvo como segundo beneficiario al físico PMS Blackett , quien más tarde se convirtió en presidente de la Sociedad. [12] : 126 La Medalla y Premio Henry Moseley del Instituto de Física lleva su nombre en su honor. [26]
