早逝的化學之星-莫斯萊

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1887年11月23日,莫斯萊出生在英國賽特郡的維茅澤城,這是一個極為美麗幽靜的小鎮(zhèn),出過許多名人。莫斯萊的家庭是一個科學世家,他的祖父是著名的數(shù)學家和物理學家,父親是動物學家,他們都是知名教授,也是令人尊敬的英國皇家學會會員。 莫斯萊的啟蒙老師應當說是他的母親和兩個姐姐,因為他那知識豐富的祖父早已去世,父親患中風病,半身癱瘓,在莫斯萊4歲時也去世了。莫斯萊的母親和兩個姐姐給莫斯萊以很好的學前教育,在他幼小的心靈中,播下了科學的種子。 莫斯萊童年時就聰明好學,悟住過人,他有非常敏銳的瑰察力,熱愛大自然,喜歡動物,尤其喜歡鳥類。他極為耐心地觀察他家附近的小鳥,對他們的種類、生活習性、居住地等都知道得很清楚。他父親的朋友蘭開斯特是一位很有名的動物學家,對莫斯萊觀察鳥類的才能非常驚奇,稱他為“小博物學家”,曾鼓動他長大以后研究動物學,但莫斯萊后來卻成了一名化學家。 莫斯萊13歲時,以優(yōu)異成績考入了有名的伊頓中學,在中學讀書時曾因學習成績優(yōu)異,獲得過獎學金,畢業(yè)后,考入了牛津大學三一學院,并獲得了米拉德獎學金。 1909年,莫斯萊借大學放假的機會,到曼徹斯特拜訪了著名物理大師盧瑟福。盧瑟福熱情接待了他,在談話中,盧瑟福發(fā)現(xiàn),莫斯萊基礎知識豐厚,思維清晰,很有培養(yǎng)前途,因此邀他畢業(yè)后去曼徹斯特盧瑟福實驗室工作。1910年,莫斯萊畢業(yè)于牛津大學,獲碩士學位,應盧瑟福之約,到曼徹斯特大學盧瑟福實驗室工作,很快他就成了大學的講師。 在盧瑟福實驗室中,莫斯萊除完成講師的工作以外,把精力都投入科研工作中。他的工作極為出色,成就十分突出。后來,他的同事國憶他說:“他的成功是由于罕見的智力,良好的數(shù)學訓練,杰出的實驗技巧與驚人的毅力相結合。他有一種特殊的持久工作的能力,他喜歡從白天卞直工作到黑夜,尤其是問題處在關鍵階段時,他總是連續(xù)工作15個小時,通宵達旦奮戰(zhàn)在實驗室 ” 莫斯萊待人和藹有禮,特別喜歡幫助別人解決疑難問題,實驗室的同事們,都對他十分欽佩。在盧瑟福的指導下,莫斯萊開始研究元素放射性的問題,他首先研究了當時所知道的放射性元素放出 b 射線的情況,并把研究結果在英國皇家學會的會報上發(fā)表。接著,他又研究了在高真空、高電壓的情況下,放射性物質的性質。同時測定了錒的一種蛻變產(chǎn)物的壽命,他經(jīng)過精心設計和深入研究,測定出其半衰期為1/5000秒,在當時的實驗條件下,完成如此高精度的測定,實屬罕見,因此受到學術界的一致稱贊。 莫斯萊最杰出的工作是發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的定律,即莫斯萊定律。 1913年12月,莫斯萊離開了曼徹斯特,到牛津大學工作,開始研究各種元素所產(chǎn)生的特征X射線的波長。 莫斯萊經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),以不同的元素作為產(chǎn)生調(diào)射線的靶子,則各種不同元素產(chǎn)生的特征調(diào)射線的波長是不同的。莫斯萊把各種元素產(chǎn)生的特征調(diào)射線按著波長的大小加以系統(tǒng)排列,他驚奇地發(fā)現(xiàn),這種排列和元素在周期表中的順序是完全一致的,他把這個排列順序稱之為原子序數(shù),此后,他又經(jīng)過數(shù)量分析,提出了各種元素的原子序數(shù)與其所產(chǎn)生的調(diào)射線波長之間的經(jīng)驗公式: 1= l a (Z-b)2 以上公式說明,X射線的波長l,取其倒數(shù)的平方根:與原子序數(shù)Z呈直線函數(shù)關系,式中的a、b都是常數(shù)。這個公式,就是莫斯萊定律的數(shù)學形式。 把莫斯萊1913年發(fā)現(xiàn)的定律,和盧瑟福的a 粒子散射實驗相給合,人們不難得出結論:原子序數(shù)在數(shù)量上正好等于元素的核電荷數(shù),這一發(fā)現(xiàn)是建立原子模型的基礎。 1914年4月,莫斯萊把他的研究結果撰成論文,發(fā)表在《哲學雜志》上,論文指出:各種元素調(diào)射線譜中譜線的波長倒數(shù)或頻率,近似地正比于a (Z-b)2,其中a、b是常數(shù)。”Z就是原子序數(shù)。 根據(jù)莫斯萊的工作,化學家們對化學元素周期律作出了科學的解釋,引申出以下幾點給論。 1. 元素的性質不象人們以前理解的,只是原子量的周期函數(shù),而是原子序數(shù),即核電荷數(shù)的周期函數(shù)。這就解釋了,為什么在化學元素周期表中有鉀和氬、鈷和鎳、碲和碘等處,原子量大的反而排在原子量小的元素前邊的“倒置”現(xiàn)象。 2.原子的核電荷數(shù),既然和原子序數(shù)相等,整個原子又呈中性,所以原子核外必然有與原子序數(shù)數(shù)目相等的電子在運動。 3.同一元素的各原子(同位素),它對應的原子量可能不等,但核電荷數(shù)一定相等。 此后,化學元素周期律就建立在科學的基礎之上了。同時,這一發(fā)現(xiàn)還為預言新元素,填補周期表空白,提供了理論依據(jù)、莫斯萊的工作受到高度贊揚,盧瑟福指出:“莫斯萊由于一系列的完美研究贏得了榮譽,他在短短的4年研究中,取得了驚人的成就,認識他的所有人,都預言他有一個輝煌的刊學前程。毫無疑問,元素的性質決定于原子序數(shù)的結論,是一個偉大的發(fā)現(xiàn),在理論與實驗方面都具有深遠的意義,這一緒論在提高人類對原子結構的認識方面,將成為偉大的里程碑。” 1914年8月,第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。當時的英國統(tǒng)治者用堂而皇之的詞語,號召人民“保衛(wèi)祖國”、“維護文明”,莫斯萊因輕信項應征入武,當了皇家立程兵的一名中尉。盧瑟福出于惜才之心,特意給英國要人寫信,要求把莫斯萊從前線調(diào)回來,讓他從事科學工作,但沒有能成功。 1915年8月10臼,在土耳其加利波利半島登陸戰(zhàn)役中,土耳其軍隊進攻到莫斯萊所在部隊側翼的200米處。當時莫斯萊正用電話向軍隊傳達命令,一顆土耳其人的罪惡子彈,擊中了他的頭部,這位年青科學家頓時身亡,年僅27周歲。 莫斯萊不幸死亡以后,他的全部科學儀器和私人財產(chǎn),按著他預先的安排,都獻給了英國皇家學會。 一顆聰明智慧的頭腦,被戰(zhàn)爭無情地毀滅了,一顆剛剛升起的明亮的化學之星過早地隕落了、利學家們發(fā)明的槍彈和火藥殺死了、位偉大的科學家。莫斯萊的早逝,給科學界帶來極大的悲哀、特別是他的導師盧瑟福,在心靈深處,長期有一神巨大的失落感。

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