| 词条 | 莫塞莱定律 |
| 释义 | § 概述 原子 莫塞莱定律是一个描述从原子发射出来的 X-射线性质的经验定律。在量子力学的发展历史里，亨利·莫塞莱建立的莫塞莱定律占有很重要的角色。这定律证实了玻尔模型的原子核在数量方面的概念：给予每一种元素其原子序数，与原子核的单位电荷数目成正比（后来的实验发现原子序数就是原子核的质子数量）。在这定律之前，原子序数只是一个元素在周期表内的位置，并没有直接地牵扯到任何可测量的物理量一些元素的 K-α 和 K-β X-射线发射谱线的相片纪录。每一个发射谱线强度最大的两条线分别是 K-α 和 K-β 线。[1] § 历史 应用 1910 年代的 X-射线衍射科技，亨利·莫塞莱发现一个元素的 X-射线谱内，强度最高的短波长谱线，与元素的原子序数 有关。他辨明这条谱线为 K-α 谱线，并且发现这关系可以用一个简单的公式表达，后来称为莫塞莱定律 ：原子的 K 、L 、M 电子层，和它们最多能够容纳的电子数目。公式 其中， 是频率，主谱线或 K 壳层 X-射线发射谱线的频率， 和 是依不同种类的谱线而设定的常数。 莫塞莱本人选择不用 ，而采用标准里德伯格式来表达。根据里德伯公式，K-α 谱线的是乘以里德伯频率。L-α 谱线的是乘以里德伯频率， 莫塞莱的 值是一个一般性实验常数，专门用来配合 K-α 跃迁谱线或 L-α 跃迁谱线（后面系列谱线的强度比较弱，频率比较低，修正的值比较大）。莫塞莱计算出 L-α 跃迁的整个项目是 ，与实验数据的配合相当接近。K-α 谱线的配合更接近，其值是 本来，莫塞莱很可能会因为莫塞莱定律的重大贡献而得到诺贝尔物理奖。1914 年，第一次世界大战爆发，莫塞莱自愿入伍从军。很不幸地，1915 年，战死于加里波利之战，年仅 27 岁。 § 论证 1913 年，从点绘 X-射线频率的平方根 对原子序数的曲线，莫塞莱找到了他的经验公式。同年，尼尔斯·玻尔也发表了玻尔模型。很快地，于 1914 年，莫塞莱发觉，假若能再加入一些关于原子结构的合理的额外假设，就可以用玻尔模型来解释他的公式。可是，在莫塞莱找到他的公式那时，他和玻尔都无法给出假设的形式。 用玻尔模型解释，十九世纪经验导引出来的里德伯公式，描述了氢原子的电子从一个能级移至另一个能级的跃迁行为。在这同时，一个光子被发射出来。从这几个能级的数值，我们可以求出来氢原子发射的光子的频率。公式 根据玻尔模型，假设最初能级大于最终能级，氢原子发射的光子的频率乘以普朗克常数，等于最初能级减去最终能级的差值。采用普朗克单位制，经过一番运算，可以得到里德伯公式的玻尔形式，称为玻尔公式。 § 重要性 莫塞莱公式不只建立了原子序是一个可测量的实验数值，而且还给予了原子序一个物理意义，那就是，原子序是原子核的单位电荷数目（后来的科学家发觉是质子数目）。因为莫塞莱对于 X-射线的研究成果，在周期表，可以依照原子序来排列各个元素，而不是依照原子量。这个新的排列方法使得镍元素（ ）与钴元素（ ）的排列位置相互对易。 这研究成果也使得科学家能够计算出谱线的数值方面的预测，核对半量子的玻尔模型。根据玻尔模型，从一个能级跃迁到另一个能级的能量差值，可以用来计算，在周期表内，从铝元素到金元素的 X-射线谱线；而且这些计算确实地相依于原子序。这事实使得卢瑟福／玻尔派的原子论得到广泛的接受。后来发展成功的量子理论基本上也得回了玻尔公式的谱线能量。莫塞莱定律被并入整个量子力学的原子观。在一个 K 壳层电子被弹出后，单独剩余在 K 壳层的另一个 电子所扮演的角色，可以用薛定谔方程给予完整地合理解释。 [2] § 正文 反映各元素 X射线标识谱规律的实验定律。英国物理学家H.G.J.莫塞莱系统地研究了许多种元素的 X射线标识谱（见X射线谱）,发现谱线频率的二次方根与该元素在元素周期表中排列的顺序号成线性关系。 莫塞莱把各元素的Kα线系和Lβ线系的频率表达为 式中R是里德伯常数,Z是原子序数, σ是屏蔽因子,с是光速。他发现各元素σK和σL分别都近似等于 1和7.4。对于其他线系则不再适用。 莫塞莱利用上述规律，并用实验测出的X 射线标识谱线的频率来确定元素在周期表上排列的序号Z,发现只在 Co-Ni,Ar-K,Te-I等相邻元素处与原来按原子量大小排列的次序不符。改动后能使周期表上元素的化学、物理性质的周期性规律更符合实际。因此莫塞莱把按 X射线谱排列的序号称为原子序数，认为这正是元素原子核所带的正电荷数，也是决定元素化学、物理性质的最主要因素。 后来，把莫塞莱定律推广到原子光谱中，用来描述光谱项值的二次方根与原子序数的线性关系，由此而画出的图称莫塞莱图。 量子力学理论证明，描述各元素X 射线标识谱规律的莫塞莱定律只是一种近似的规律。但它曾对确定原子序数，预言当时还未发现的元素、研究等电子离子序列光谱，研究原子结构都有过重要的促进作用 § 参考书目 Э.B.史包尔斯基著,周同庆等译：《原子物理学》,高等教育出版社,北京,1954。 F. K.Richtmyer and E.H.Kennard,Introduction to Modern Physics,4th ed., McGraw-Hill, New York,1947. |
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