早逝的化学之星莫斯莱

Henry Moseley 1887-1915


    1887年11月23日,莫斯莱出生在英国赛特郡的维茅泽城,这是一个极为美丽幽静的小镇,出过许多名人。莫斯莱的家庭是一个科学世家,他的祖父是著名的数学家和物理学家,父亲是动物学家,他们都是知名教授,也是令人尊敬的英国皇家学会会员。

    莫斯莱的启蒙老师应当说是他的母亲和两个姐姐,因为他那知识丰富的祖父早已去世,父亲患中风病,半身瘫痪,在莫斯莱4岁时也去世了。莫斯莱的母亲和两个姐姐给莫斯莱以很好的学前教育,在他幼小的心灵中,播下了科学的种子。

    莫斯莱童年时就聪明好学,悟住过人,他有非常敏锐的瑰察力,热爱大自然,喜欢动物,尤其喜欢鸟类。他极为耐心地观察他家附近的小鸟,对他们的种类、生活习性、居住地等都知道得很清楚。他父亲的朋友兰开斯特是一位很有名的动物学家,对莫斯莱观察鸟类的才能非常惊奇,称他为“小博物学家”,曾鼓动他长大以后研究动物学,但莫斯莱后来却成了一名化学家。

    莫斯莱13岁时,以优异成绩考入了有名的伊顿中学,在中学读书时曾因学习成绩优异,获得过奖学金,毕业后,考入了牛津大学三一学院,并获得了米拉德奖学金。

    1909年,莫斯莱借大学放假的机会,到曼彻斯特拜访了著名物理大师卢瑟福。卢瑟福热情接待了他,在谈话中,卢瑟福发现,莫斯莱基础知识丰厚,思维清晰,很有培养前途,因此邀他毕业后去曼彻斯特卢瑟福实验室工作。1910年,莫斯莱毕业于牛津大学,获硕士学位,应卢瑟福之约,到曼彻斯特大学卢瑟福实验室工作,很快他就成了大学的讲师。

    在卢瑟福实验室中,莫斯莱除完成讲师的工作以外,把精力都投入科研工作中。他的工作极为出色,成就十分突出。后来,他的同事国忆他说:“他的成功是由于罕见的智力,良好的数学训练,杰出的实验技巧与惊人的毅力相结合。他有一种特殊的持久工作的能力,他喜欢从白天卞直工作到黑夜,尤其是问题处在关键阶段时,他总是连续工作15个小时,通宵达旦奋战在实验室 ”

    莫斯莱待人和蔼有礼,特别喜欢帮助别人解决疑难问题,实验室的同事们,都对他十分钦佩。在卢瑟福的指导下,莫斯莱开始研究元素放射性的问题,他首先研究了当时所知道的放射性元素放出 b 射线的情况,并把研究结果在英国皇家学会的会报上发表。接着,他又研究了在高真空、高电压的情况下,放射性物质的性质。同时测定了锕的一种蜕变产物的寿命,他经过精心设计和深入研究,测定出其半衰期为1/5000秒,在当时的实验条件下,完成如此高精度的测定,实属罕见,因此受到学术界的一致称赞。

    莫斯莱最杰出的工作是发现了以他的名字命名的定律,即莫斯莱定律。

    1913年12月,莫斯莱离开了曼彻斯特,到牛津大学工作,开始研究各种元素所产生的特征X射线的波长。

    莫斯莱经研究发现,以不同的元素作为产生调射线的靶子,则各种不同元素产生的特征调射线的波长是不同的。莫斯莱把各种元素产生的特征调射线按着波长的大小加以系统排列,他惊奇地发现,这种排列和元素在周期表中的顺序是完全一致的,他把这个排列顺序称之为原子序数,此后,他又经过数量分析,提出了各种元素的原子序数与其所产生的调射线波长之间的经验公式:

       1= l a (Z-b)2

    以上公式说明,X射线的波长l,取其倒数的平方根:与原子序数Z呈直线函数关系,式中的a、b都是常数。这个公式,就是莫斯莱定律的数学形式。

   把莫斯莱1913年发现的定律,和卢瑟福的a 粒子散射实验相给合,人们不难得出结论:原子序数在数量上正好等于元素的核电荷数,这一发现是建立原子模型的基础。1914年4月,莫斯莱把他的研究结果撰成论文,发表在《哲学杂志》上,论文指出:各种元素调射线谱中谱线的波长倒数或频率,近似地正比于a (Z-b)2,其中a、b是常数。”Z就是原子序数。

    根据莫斯莱的工作,化学家们对化学元素周期律作出了科学的解释,引申出以下几点给论。

    1,元素的性质不象人们以前理解的,只是原子量的周期函数,而是原子序数,即核电荷数的周期函数。这就解释了,为什么在化学元素周期表中有钾和氩、钴和镍、碲和碘等处,原子量大的反而排在原子量小的元素前边的“倒置”现象。

    2.原子的核电荷数,既然和原子序数相等,整个原子又呈中性,所以原子核外必然有与原子序数数目相等的电子在运动。

    3.同一元素的各原子(同位素),它对应的原子量可能不等,但核电荷数一定相等。

    此后,化学元素周期律就建立在科学的基础之上了。同时,这一发现还为预言新元素,填补周期表空白,提供了理论依据、莫斯莱的工作受到高度赞扬,卢瑟福指出:“莫斯莱由于一系列的完美研究赢得了荣誉,他在短短的4年研究中,取得了惊人的成就,认识他的所有人,都预言他有一个辉煌的刊学前程。毫无疑问,元素的性质决定于原子序数的结论,是一个伟大的发现,在理论与实验方面都具有深远的意义,这一绪论在提高人类对原子结构的认识方面,将成为伟大的里程碑。”

    1914年8月,第一次世界大战爆发。当时的英国统治者用堂而皇之的词语,号召人民“保卫祖国”、“维护文明”,莫斯莱因轻信项应征入武,当了皇家立程兵的一名中尉。卢瑟福出于惜才之心,特意给英国要人写信,要求把莫斯莱从前线调回来,让他从事科学工作,但没有能成功。

    1915年8月10臼,在土耳其加利波利半岛登陆战役中,土耳其军队进攻到莫斯莱所在部队侧翼的200米处。当时莫斯莱正用电话向军队传达命令,一颗土耳其人的罪恶子弹,击中了他的头部,这位年青科学家顿时身亡,年仅27周岁。

    莫斯莱不幸死亡以后,他的全部科学仪器和私人财产,按着他预先的安排,都献给了英国皇家学会。

    一颗聪明智慧的头脑,被战争无情地毁灭了,一颗刚刚升起的明亮的化学之星过早地陨落了、利学家们发明的枪弹和火药杀死了、位伟大的科学家。莫斯莱的早逝,给科学界带来极大的悲哀、特别是他的导师卢瑟福,在心灵深处,长期有一神巨大的失落感。