Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
волн (соответствующими, например, /(-линиям серебра
1 Имеется в виду шкала Верньера для измерения углов.
49
Ag) нельзя было избежать общего отражения. К сожа" лению, при
фотографировании это приводит к нерегулярному фону, который полностью
скрывает слабые липни спектра". Было известно, что фон возникает из-за
наличия на поверхности кристалла областей неоднородности, особенно хорошо
отражающих падающее излучение. Именно это обстоятельство позволило
разработать простые методы, позволившие избавиться от фона. Прежде всего,
при сужении щели или увеличении расстояния от нее до кристалла
интенсивность фона уменьшается по сравнению с интенсивностью линейчатого
спектра. Кроме того, поворот кристалла приводит к смещению и размытию
пятен, тогда как резкость линий сохраняется неизменной, если щель и
фотопластина расположены на равных расстояниях от отражающей поверхности;
последнее условие, как мы уже отмечали, выполнялось при работе с
короткими волнами.
Таб ища 3.1
Результаты измерений Мозли для К-серий рентгеновских лучей [Phil. Mag.,
27, стр. 708, табл. I (1914)]
Э к.чент А.*108 СЧ ДТЯ а-линии Qk Атомный номер } 10s сч для 11-
линии
Алюминий 8,364 12,05 13 7,912
Кремний 7,142 13,04 14 6,729
Хлор 4,750 16,00 17 -
Калий 3 759 17,98 19 3,463
Кальций 3,368 19,00 20 3,094
Титан 2,758 20,99 22 2,524
Ванадий 2,519 21,96 23 2,297
Хром 2,301 22,98 24 2,093
Марганец 2,111 23,99 25 1,818
Железо 1,946 24,99 26 1,765
Кобальт 1,798 26,00 27 1,629
Никель 1,662 27,04 28 1,506
Медь 1,549 28,01 29 1,402
Цинк 1,445 29,01 30 1,306
Иттрий 0,838 38,1 39 -
Цирконий 0,794 39,1 40 -
Ниобий 0 750 40,2 41 -
Молибден 0,721 41,2 42 -
Рутений 0,638 43,6 44 -
Палладий 0,584 45,6 46 -
Серебро 0,560 46,6 47 -
50
В этих экспериментах были получены спектры 38 элементов, от алюминия до
золота. Из них для 15 элементов (от А1 до Y) были изучены лишь /(-серии,
для 17 элементов (от Sn до Аи) - только L-серии и лишь для
Рис. 3.4. Рентгеновские К-спектры для 10 элементов, лежащих между Са и Zn
[Phil. Mag., 26 (1913), рис XXIII]
6 элементов (Zr, Nb, Mo, Ru, Pd и Ag)- обе серии. В табл. 3.1 приведены
данные по элементам, у которых исследовались /(-серии, а на рис. 3.4
показаны спектры десяти из этих элементов, расположенные так, что "те
части фотографии, которые соответствуют одному и тому же углу отражения,
располагаются на одной вертикальной линии". Регулярность возрастания длин
волн с
51
увеличением атомного номера совершенно очевидна. Вид этой картины, по-
видимому, заставил Мозли предположить квадратичную зависимость, которой
он и следовал при вычислении величины, приведенной в третьем столбце
табл. 3.1:
здесь v - частота линии, соответствующей большей длине волны в каждом
спектре, a vo - "фундаментальная частота обычного линейчатого спектра,
получаемая из постоянной Ридберга, равной 109 720 см-1 [по данным
Мозли]... Сразу видно, что Q возрастает на одну и ту же величину при
переходе от одного элемента к другому, расположенному вслед за иим в
периодической системе. Это доказывает, что атом характеризуется некой
фундаментальной величиной, которая возрастает скачкообразно при переходе
от одного атома к другому. Этой величиной может быть только заряд
расположенного, в центре атома положительного ядра, существование
которого уже было определенно доказано. Измеряя отклонение а-частиц в
веществе, Резерфорд показал, что ядро несет положительный заряд, равный
по абсолютной величине примерно А/2 зарядам электронов, где А - атомный
вес. Баркла на основании опытов по рассеянию в веществе рентгеновских
лучей установил, что число электронов в атоме равно примерно Л/2, что для
электрически нейтрального атома приводит к тому же результату. Далее, при
переходе к следующему элементу атомный вес возрастает в среднем на 2
единицы, и это наводит на мысль, что N (заряд ядра) возрастает от атома к
атому на один заряд электрона. Таким образом, экспериментальным путем мы
приходим к тому, что N совпадает с номером клетки, занимаемой элементом в
периодической системе".
Дальнейшая работа Мозли, которая была изложена в следующей статье,
подкрепила этот вывод. На рис. 3.5 спектры элементов 1 нанесены иа
равноудаленные горизонтальные линии. Элементы расположены в порядке
1 К этому времени уже было устаноилено, что спектр /(-серии состоит из
двух линий, а L-серия содержит шесть линий, четыре из которых были
тщательно промерены.
52
Длина Волны X 10? см
10 12 10 1В 18
НВадратньй корень из частоты х 10'6
Рис. 3 5. Зависимость квадратного корня из частоты рентгеновского
излучения от положения элемента в периодической системе (для 38
элементов) [Phil. Mag., 27 (1914), стр. 709, рис 3].
возрастания их атомного веса, за исключением аргона 1 Аг, кобальта Со и
теллура Те, где этот порядок не совпадает с порядком изменения химических
свойств2. Незаполненные линии были оставлены для элементов,
располагающихся между молибденом Мо и рутением Rh, далее между неодимом
