Ph 12

Technik

Das Gesetz von Moseley

Der englische Chemiker Henry Moseley (1887 - 1915) studierte bei Rutherford. Seine Untersuchung der Röntgenspektren führte zu einer genauen Bestimmung der Kernladungszahl von Elementen.
Das im Jahre 1861 von Mendeljeff aufgestellte periodische System der Elemente (PSE) hatte die relative Atommasse als Ordnungsprinzip. Dieses System war noch unvollständig und mit der Entdeckung der Isotope war klar, dass die relative Atommasse nicht das ideale Ordnungselement im PSE sein konnte. An deren Stelle trat schließlich nach den Arbeiten von Moseley die Kernladungszahl (= Ordnungszahl).

Mit einer braggschen Anordnung untersuchte Moseley das Röntgenemissionsspektrum, welches sich beim Beschuss von verschiedensten Elementen ergab. Dabei war er besonders an den charakteristischen Linien interessiert, welche dem Bremsspektrum überlagert waren.

Hinweis:
Neben den im Bild dargestellten K-Linien gibt es auch noch L-, M- usw. Linien.


In der nebenstehenden Abbildung sind die Wellenlängen der charakteristischen Linien in Abhängigkeit von der Ordnungszahl aufgetragen.

Im Vergleich zu den optischen Spektren ist die Linienzahl deutlich geringer. Außerdem sieht man, dass sich die Linien zu Serien zusammenfassen lassen, die wohl einer einfachen Gesetzmäßigkeit gehorchen.


Die Gesetzmäßigkeit trat noch deutlicher zu Tage, als Mosley die Ordnungszahl Z über der Wurzel der Frequenz der charakteristischen Strahlung auftrug.

Bei den weiteren Betrachtungen beschränken wir uns auf die Kα-Linie (ähnliche Überlegungen können natürlich auch für die anderen Linien angestellt werden).

Die Graphik zeigt, dass ein linearer Zusammenhang zwischen und der Ordnungszahl Z besteht.

Moseley gelang mit den sehr genau gemessenen Werten für die Wellenlängen der Kα-Linien der Nachweis, dass die Größe QK stets um eine Einheit kleiner ist als die Ordnungszahl Z.

Dabei gilt für QK:

Ergebnisse von Moseley
QK
Z
Aluminium
8.364
12.05
13
Silicon
7.142
13.04
14
Chlorine
4.750
16.00
17
Potassium
3.759
17.98
19
Calcium
3.368
19.00
20
Titanium
2.758
20.99
22
Vanadium
2.519
21.96
23
Chromium
2.301
22.98
24
Manganese
2.111
23.99
25
Iron
1.946
24.99
26
Cobalt
1.798
26.00
27
Nickel
1.662
27.04
28
Copper
1.549
28.01
29
Zinc
1.445
29.01
30
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

Aus der Tabelle sieht man, dass für nicht zu hohe Ordnungszahlen gilt: QK = Z - 1 (2)
Kombiniert man die Gleichungen (1) und (2), so erhält man:

Eine mögliche Deutung für das Gesetz von Moseley finden Sie beim Grundwissen.

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