Physik

Röntgenerkennung (Fortsetzung)


Der zufällige 8. November 1895

In den letzten zehn Jahren des letzten Jahrhunderts war die Erforschung der Kathodenstrahlen das am stärksten aufbrausende Thema in ganz Europa. Daher schien es naheliegend, dass der damalige Direktor des Instituts für Physik der Universität Würzburg einige der veröffentlichten Experimente wiederholen wollte. . Laut Fuchs und Romer begannen Röntgenens Experimente im Jahr 1894, aber fast alle historische Literatur erkennt, dass diese Arbeiten im Jahr 1895 begannen. Später werden wir dieses kleine Geheimnis diskutieren. Wir werden hier vorstellen, was über die Tatsachen bekannt ist, die sich an diesem Freitag, dem 8. November 1895, ereignet haben.

In der Literatur gibt es einige Kontroversen über die Entwicklung der Fakten, aber eines scheint sicher zu sein: Röntgen arbeitet seit mehr als drei Jahren nicht mehr mit Röntgenstrahlen. Darüber hinaus entdeckte er in weniger als acht Wochen praktisch alle ihre grundlegenden Eigenschaften, verfasste drei Artikel zu diesem Thema und kehrte 1897 zu seinen Lieblingsfächern zurück, wobei er auf ein Thema dieser Fruchtbarkeit verzichtete, das ihm den Nobelpreis einbrachte. Physik, nicht nur für ihn (1901), sondern auch für Lenard (1905), Thomson (1906), Laue (1914), WH Bragg und WL Bragg (1915), Barkla (1917) und Siegbahn (1924).

In einem Brief, der im Februar 1896 an seinen großen Freund Ludwig Zehnder geschickt wurde, sagt Roentgen, dass er während der Experimente niemandem außer seiner Frau von seiner Arbeit erzählte. Daher kann der einleitende Absatz dieses Artikels aus einem Bericht von Manes falsch sein; Es wurde hier als eine Kraft für den dramatischen Ausdruck verwendet. Bekannt ist, dass Röntgen am 28. Dezember 1895 dem Präsidenten der Würzburger Gesellschaft für Physik und Medizin (SFMW) ein Manuskript mit dem Titel "Über einen neuen Typ von Blitz" ("Über einen neuen Typ von Blitz") übersandte.Auf eine neue Art von Strahlen "oder auf Deutsch "Ueber eine neue art von strahlen "), was er als "vorläufige Mitteilung" ansieht. Angesichts der Tiefe und Prägnanz, mit der die Ergebnisse präsentiert werden, ist es nicht verwunderlich, dass dies das wichtigste der drei Werke von Röntgen war. Am 9. März 1896 sandte er seine zweite Mitteilung an dieselbe Gesellschaft unter demselben Titel wie die erste. In seinem Artikel schreibt Watson diese beiden Mitteilungen um. die originalversionen in deutsch und die übersetzungen in englisch. Jauncey zufolge stammt der dritte Artikel vom 10. März 1897. In der Ausgabe vom 23. Januar 1896 Natur veröffentlicht eine englische Version der ersten Mitteilung und wird sofort in reproduziert Wissenschaft, Scientific American Supplement, Zeitschrift des Franklin Institute und in der populären Zeitschrift Überprüfung der Bewertungen (ähnlich wie Reader's Digest). Das deutsche Magazin Annalen der Physikreproduziert in seiner Ausgabe vom 1. Januar 1898 die drei Artikel. Von Ende Dezember bis Anfang Januar wurden Kopien der ersten Arbeit mit einem Einhandröntgen an die führenden Wissenschaftler in Europa gesendet, die vom Durchbruch erfuhren, da die Annalen des SFMW weit verbreitet waren. begrenzt, praktisch lokal.

Röntgen erhielt zahlreiche Konferenzeinladungen, scheint aber von allen bis auf eine abgelehnt zu haben, die er am 23. Januar 1896 im SFMW vorgestellt hatte und in denen er trotz seiner anerkannten Schüchternheit äußerst erfolgreich war. Bei dieser Konferenz machte er mehrere Röntgenaufnahmen, darunter eine, die durch den großen Anatom, Professor an der Universität Würzburg, A. von Kölliker, berühmt wurde. Mit jedem Röntgenbild reagierte das Publikum mit Begeisterung und lautem Applaus.

Die ersten beiden Mitteilungen

Roentgens erste zwei Mitteilungen, die er als eine betrachtete, sind gute Beispiele für Objektivität und Prägnanz, ohne die Tiefe zu vernachlässigen, die das Thema erfordert. Es beeindruckt die Menge der in so kurzer Zeit erhaltenen Daten, vereitelt jedoch die Erwartung des Lesers, der an der Heuristik der Untersuchung und der Montage der Ausrüstung interessiert ist; Hierzu liegen keine detaillierten Informationen vor. Er berichtet, dass er eine große Ruhmkorff-Spule verwendet habe, gibt jedoch nicht an, welchen Typ von Vakuumröhre er verwendet habe. Wir werden dieses Problem später diskutieren.

Die Ergebnisse werden in 21 Themenbereichen vorgestellt, von denen viele einen einzigen Absatz enthalten, in dem Röntgen praktisch alle grundlegenden Röntgenstrahlungseigenschaften behandelt werden. Erstens können die Strahlen durch Flackern auf einem phosphoreszierenden Schirm oder durch Drucken auf eine Fotoplatte nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu Kathodenstrahlen können Röntgenstrahlen auch dann beobachtet werden, wenn sich der Bildschirm in einem Abstand von etwa zwei Metern von der Vakuumröhre befindet (Kathodenstrahlen dürfen in der Luft nicht mehr als acht Zentimeter betragen). Röntgen testet die Transparenz einer großen Menge von Materialien und stellt fest, dass zwei Eigenschaften wichtig sind: Materialdichte und -dicke; je dichter und dicker desto weniger transparent. Nach der Prüfung der Transparenz untersucht Röntgen die Brechungs- und Reflexionseffekte. Er beobachtet auch nicht, obwohl er über die Reflexion zweifelhaft war. Es versucht, Röntgenstrahlen mit Hilfe eines Magnetfelds abzulenken, aber es schlägt fehl und stellt hier einen der grundlegenden experimentellen Unterschiede zwischen Röntgenstrahlen und Kathodenstrahlen fest, da sie durch ein Magnetfeld leicht abgelenkt werden.

In Thema 12 geht er auf eines der grundlegendsten Probleme bei der Identifizierung von Röntgenstrahlen ein und kommt zu dem Schluss, dass diese Strahlen durch die Kathodenstrahlen an der Glaswand der Entladungsröhre erzeugt werden! Er berichtet dann, dass er Röntgenstrahlen beobachtet hat, die durch den Schock von Kathodenstrahlen auf einer Aluminiumplatte erzeugt wurden, und verspricht, andere Materialien zu testen. Ein Jahr später, am 17. Dezember 1896, demonstrierte der englische Physiker Sir George Stokes, dass Röntgenstrahlen durch die Verlangsamung geladener Teilchen erzeugt werden. Dieses Phänomen tritt auf, wenn beispielsweise energiereiche Elektronen in ein schweres Material eindringen! Oder in der Sprache der Zeit, wenn Kathodenstrahlen schweres Material durchdringen!

In Thema 17, das die erste Mitteilung abschließt, erörtert er die Natur von Röntgenstrahlen, die offensichtlich die Identität mit Kathodenstrahlen verwerfen. Es lässt vermuten, dass es sich aufgrund der fluoreszierenden Effekte und des Aufdrucks von Fotoplatten um ultraviolettes Licht handeln könnte. Beim Vergleich anderer Eigenschaften wird jedoch der Schluss gezogen, dass Röntgenstrahlen nicht von der gleichen Art sein können wie gewöhnliches ultraviolettes Licht. Der Artikel schließt damit, dass Röntgenstrahlen Längsschwingungen im Äther sein könnten. Bekanntlich wurde diese Hypothese von den Deutschen (Goldstein, Hertz, Lenard ua) zur Erklärung von Kathodenstrahlen herangezogen.

Zu Beginn der zweiten Mitteilung, Thema 18, untersucht Röntgen die Auswirkung von Röntgenstrahlen auf elektrifizierte Körper unter Bezugnahme auf die von Lenard veröffentlichten Ergebnisse. Es deutet sofort darauf hin, dass die Effekte, die Lenard den Kathodenstrahlen zuschrieb, tatsächlich auf die Röntgenstrahlung zurückzuführen waren, die auf dem Aluminiumfenster seiner Vakuumröhre erzeugt wurde. (Lenard hatte die Röntgenbilder vor sich und wusste es nicht!)

In den letzten Themen, 19, 20 und 21, werden praktische Fragen behandelt: Induktionsspulenbetrieb, Vakuumaufrechterhaltung und Unterschied zwischen Aluminium und Platin hinsichtlich der Intensität des erzeugten Strahls.

Was anderes als Zufall?

Um die Entdeckung von Röntgenstrahlen als Ergebnis einer geplanten wissenschaftlichen Arbeit zu verstehen, die viel mehr als ein Zufallsereignis ist, müssen die Heuristiken bekannt sein, die die Forschungsplanung geleitet haben. Leider gibt Röntgen keinen Einblick in diese Heuristik. Wie wir oben gesehen haben, beschreiben ihre Berichte die erzielten Ergebnisse objektiv, ohne viel Aufklärung oder theoretische Vermutung. Dem Historiker bleibt die Alternative, aus bekannten Tatsachen zu spekulieren, um ein plausibles rationales Schema für die große Entdeckung zu konstruieren. Zwei Zweifel wurden in der Literatur nie beantwortet:

Hatte Röntgen verschiedene Arten von Vakuumröhren verwendet? Wenn Fuchs und Romers Angaben korrekt sind, warum hat Röntgen dann Lenards Röhre durch eine herkömmliche Röhre (Hittorf oder Crookes) ersetzt?

Warum die Tube mit schwarzem Karton umwickeln?

In einem Interview mit dem Journalisten Dam im Januar 1896 berichtet Roentgen, dass er zum Zeitpunkt der Entdeckung (8. November 1895) eine Crookes-Röhre benutzte. In einem Brief an Zehnder (Februar 1896) heißt es, er habe eine 50/20-cm-Ruhmkorff-Spule mit Deprez-Schalter und ungefähr 20 Ampere Primärstrom verwendet. Das System wird über mehrere Tage mit einer Raps-Pumpe evakuiert. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Entladungselektroden ungefähr 3 cm voneinander entfernt sind. Auch hier wird der verwendete Pipe-Typ nicht angegeben. Es heißt nur, dass das Phänomen in jeder Art von Vakuumröhre beobachtet werden kann, einschließlich Glühlampen.

Dass Röntgen zufällig Röntgenstrahlen entdeckt hat, scheint kein Zweifel zu sein. Wie könnte sonst etwas so Unerwartetes entdeckt werden? Was jetzt nicht sicher ist, ist, welcher Unfall die Entdeckung verursachte und wann sie auftrat. Es ist kaum vorstellbar, dass Röntgen in der ersten Versuchsanordnung die Tube mit dem Karton umwickelte. Was erwartete er durch die schwarze Pappe zu sehen, wenn nicht Röntgenstrahlen? Wie ist es möglich, dass sich jemand in weniger als zwei Monaten so vielen fundamentalen Aspekten eines unbekannten Phänomens annähert, egal wie brillant? Wenn andererseits der "wahre" Moment der Entdeckung nicht der 8. November ist, warum lässt uns Röntgen dann glauben, dass dies das richtige Datum ist?

Unabhängig davon, ob es sich um einen Unfall handelte oder nicht, die Entdeckung hat zu Recht dazu geführt, dass Röntgen der erste Nobelpreis für Physik (1901) verliehen wurde.

Die unmittelbare Auswirkung

In Bezug auf die unmittelbare Auswirkung scheint die Entdeckung von Röntgenstrahlen ein einzigartiger Fall in der Geschichte der Wissenschaft zu sein. Die Beobachtung der Sonnenfinsternis von 1919, die sich als Teil von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erwies, ist ein Rivale des Respekts, wenn man die Auswirkungen in der Presse betrachtet, aber sie konkurriert nicht einmal leichtfertig, wenn man die Auswirkungen in der wissenschaftlichen Welt betrachtet. (Die jüngste Entdeckung der supraleitenden Keramik hat auch einen starken Einfluss auf die Presse und die wissenschaftliche Gemeinschaft gehabt, aber wir haben keine quantitativen Kenntnisse über diesen Einfluss.) Die bemerkenswerten medizinischen Anwendungen wurden sofort von Röntgen selbst bemerkt, der ein Röntgenbild seiner Hand anfertigte. Forscher auf der ganzen Welt sind gekommen, um das Experiment von Roentgen zu wiederholen, und zwar nicht nur, um neue Anwendungen zu entdecken, sondern auch, um das Phänomen zu verstehen, eine Aufgabe, die die menschliche Intelligenz seit fast drei Jahrzehnten herausfordert.

Die erste wichtige Frage betraf die Art der Strahlung. Jaunceys Umfrage ergab, dass zwischen Röntgen- und Kathodenstrahlung eine Verwechslung bestand. Die Zeitungen verwendeten diese beiden Begriffe nicht nur synonym, sondern auch einige Physiker. Die Entdeckung, dass Kathodenstrahlen Elektronen sind, wurde von Thomson zwei Jahre nach Röntgenens Entdeckung gemacht. Sogar Wissenschaftler, die Kathodenstrahlen nicht mit Röntgenstrahlen verwechselten, wussten nicht, was Röntgen entdeckt hatte. Es gab zwei Denkschulen. Einer, zu dem die Engländer Thomson und Stokes gehörten, glaubte, dass Röntgenstrahlen wie gewöhnliches Licht Transversalschwingungen im Äther darstellten. Die andere Schule, zu der der deutsche Lenard gehörte, vertrat die Auffassung, dass Röntgenstrahlen Längsschwingungen im Äther seien. Nach umfangreichen Experimenten wurde die Kontroverse zugunsten der englischen Schule entschieden.

Als Einstein 1905 die Idee des Energiephotons vorschlug, ein Konzept, das dem Licht einen Korpuskularcharakter zuordnet, war es möglich, die mit Röntgenstrahlen verbundene Wellenlänge zu berechnen, aber experimentelle Beweise für den Korpuskularcharakter kamen nur aus Braggs Arbeiten. , nach 1908. Um 1912 tauchte mehr Verwirrung auf. In diesem Jahr entdeckten Laue und ihre Schüler W. Friedrich und P. Knipping die Röntgenbeugung in Zinksulfid (ZnS) -Kristallen, ein definitives Experiment zur Feststellung des undulatorischen Charakters von Röntgenstrahlen wurde mit der Arbeit von gelöst von BroglieAus diesem Grund sind Röntgenstrahlen aus heutiger Sicht Teil des elektromagnetischen Spektrums und weisen als solche die Teilchenwellen-Dualität auf: Je nach den Umständen weisen sie korpuskulare oder wellenförmige Eigenschaften auf. Das elektromagnetische Spektrum umfasst sichtbares Licht, Radiowellen, Ultraviolett-, Infrarot- und Gammastrahlung. Was eine Strahlung grundsätzlich von einer anderen unterscheidet, ist die Wellenlänge. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, die Wellenlänge von sichtbarem Licht ist tausendmal länger als die von Röntgenstrahlen.

Zusätzlich zu diesem enormen Interesse, das in der wissenschaftlichen Gemeinschaft geweckt wurde, ist es interessant, das Interesse zu bewerten, das in der Laiengemeinschaft geweckt wurde und das maßgeblich zur Schaffung einer Folklore über das Phänomen beitrug. Schauen wir uns zur Veranschaulichung einige der farbenfrohsten Nachrichten an, die von der US-Zeitung veröffentlicht wurden. St. Louis Post-Versand. Am 11. Februar 1896 kam eine Notiz aus einer Erfindung eines Professors aus Perugia (Italien), die es dem menschlichen Auge ermöglichte, Röntgenstrahlen zu sehen, und am 13. Februar berichtete die Zeitung, dass Röntgen sein Gehirn beleuchtet hatte. und deinen Puls gesehen. Am nächsten Tag berichtete eine Geschichte über die Meinung einiger Wissenschaftler, dass Roentgens Entdeckung neue Theorien über die Erschaffung der Welt begründen könnte.

Andere extravagante Nachrichten werden in Jauceys Artikel berichtet. In einer unbekannten Zeitung warnte eine Geschichte vor der Verletzlichkeit, der jeder nach der Entdeckung von Röntgenstrahlen ausgesetzt war: Jeder, der mit einer Vakuumröhre bewaffnet war, könne einen vollständigen Blick auf das Innere eines Wohnhauses haben. Andere Nachrichten schlugen fantastische Anwendungen für Röntgenstrahlen vor, wie die Wiederbelebung von Menschen mit Stromschlag. Ein berühmter Elektrotechniker behauptete, Röntgen- oder Kathodenstrahlen seien Schallwellen, er habe die ausgestrahlten Strahlen gehört. Ein anderer Elektrotechniker machte Versuche, das menschliche Gehirn zu fotografieren, war jedoch erfolglos.

Der sensationelle Charakter, den das Thema hervorrief, motivierte das New York Times am 15. März 1896 zu warnen: "Immer wenn etwas Außergewöhnliches entdeckt wird, greifen eine Vielzahl von Schriftstellern das Thema auf und machen, ohne die wissenschaftlichen Prinzipien zu kennen, sondern angetrieben von sensationellen Tendenzen, Vermutungen, die nicht nur das Verständnis des Phänomens übertreffen, sondern auch in vielen anderen. Fälle überschreiten die Grenzen der Möglichkeiten. Dies war das Schicksal von Röntgenstrahlen. ".

Diese enorme Neugier führte dazu, dass viele Menschen ernsthafte Gesundheitsrisiken eingingen, als sie neue Röntgenanwendungen versuchten. Am 29. März 1896 erschien die Zeitung St. Louis Globe-Democrat machte die erste öffentliche Warnung vor der Gefahr von Röntgenstrahlen für die Augen. Übrigens, es gibt eine scheinbar volkstümliche Geschichte, dass ein New Yorker Schuhgeschäft einen großen Marketing-Reiz hatte, dass Maßschuhe mit Hilfe von Röntgenstrahlen getestet wurden!

Wie Röntgenstrahlen entstehen

In seinen Veröffentlichungen spezifiziert Röntgen nicht die Art der verwendeten Ausrüstung, aber es ist nicht schwer, sich die möglichen Komponenten seiner Versuchsanordnung vorzustellen: eine Gleichstrombatterie, eine Induktionsspule, eine Vakuumröhre und eine Vakuumpumpe. Inkrementiert durch fantastische technologische Entwicklungen und mit unterschiedlichen Namen, werden diese Komponenten weiterhin in der modernen wissenschaftlichen Forschung verwendet. Zu Röntgenens Zeiten waren sie unter den Namen ihrer Entdecker bekannt. Die Hauptbatterien waren daher die von Volta (erfunden im Jahr 1800) und die von Bunsen (1843). Unter den Induktionsspulen waren Ruhmkorffs (1851) die bekanntesten.

In Bezug auf die Verwendung von Vakuum wurde das erste bekannte Experiment von dem Italiener Gasparo Berti um 1640 durchgeführt. Aus diesen Experimenten wurden das Torriceli-Barometer (1644) und die erste von Guericke gebaute Vakuumpumpe durchlaufen (1650) kommen wir zu den verschiedenen Pumpen, die Ende des letzten Jahrhunderts zur Verfügung standen, darunter die Doppelkolbenpumpe Hauksbee (1709), die Geissler (1855), Toepler (1862) und Sprengel (1873) und die Fluess Oil Pump (1892). In einem Brief an Zehnder berichtet Roentgen, dass er eine Raps-Bombe verwendet habe, deren Beschreibung in der einschlägigen Literatur nicht zu finden ist.

Die Konstruktion von Vakuumröhren für die Beobachtung elektrischer Entladungen begann um 1785 mit der Arbeit von William Morgan und stimmte experimentell mit den Ergebnissen von Faraday um 1833 überein. Dies geschah jedoch erst nach der Entwicklung der Vakuumpumpen. Das Vakuum, das nach 1850 auftrat, führte zu erheblichen Impulsen bei der Erforschung elektrischer Entladungen in verdünnten Gasen. So tragen die bekanntesten Vakuumröhren die Namen der Forscher dieser Zeit. Bemerkenswert sind die Pfeifen von: Geissler, Pluecker, Hittorf, Crookes und Lenard.

Als eine historische Erholung werden wir kurze Beschreibungen der möglichen von Roentgen verwendeten Ausrüstung präsentieren.

Die Ruhmkorff-Spule arbeitet nach dem Stromwandlerprinzip und kann hohe Spannungen erzeugen. Es enthält zwei voneinander isolierte Spulen, die in einen Eisenkern gewickelt sind. Die innere (primäre) Spule besteht aus einem relativ kurzen Draht (30 bis 50 Meter), während die äußere (sekundäre) Spule aus einem sehr langen Draht besteht (Hunderte von Kilometern). Für den Betrieb des Gerätes wird eine Gleichstrombatterie (z. B. Lap-Batterie) verwendet, um die Primärspule mit einer bestimmten Spannung zu versorgen. Wenn der Strom plötzlich unterbrochen wird, wird in der Sekundärspule eine höhere Spannung induziert. Der Spannungsumwandlungsfaktor ist proportional zum Verhältnis der Drahtlängen. Die am Ende des letzten Jahrhunderts verwendeten Spulen erzeugten Spannungen von Tausenden von Volt. Eine Stromunterbrechung kann beispielsweise mit Hilfe eines Schalters durchgeführt werden, der für Morsecode-Telegrammübertragungen verwendet wird. Die Leistung dieser Spulen, gemessen an der Länge des von ihnen erzeugten Funkens, diente zur Klassifizierung der Laboratorien der damaligen Zeit. Um eine Vorstellung von der Größenordnung zu bekommen, ist die Königliche Institution von London Bewahrt eine große 280 Meilen lange Ruhmkorff-Spule in der Sekundärspule auf, die Funken erzeugen kann, die 42 Zoll lang sind.

Es scheint sicher zu sein, dass Röntgen's erste Vakuumröhre eine Lenardröhre war, aber anscheinend kaufte er andere konventionelle Kathodenstrahlröhren. Der wesentliche Unterschied zwischen der einen und der anderen Art von Röhre besteht darin, dass Lenard's ein Aluminiumfenster besitzt, mit dem sich Kathodenstrahlen von außen untersuchen lassen. Diese aus Glas gefertigten Röhren hatten nur zwei Elektroden im Inneren. Mit der zunehmenden Verwendung von Röntgenstrahlen begannen andere Röhren zu bauen. Bis 1913 war die Fokussierröhre die am häufigsten verwendete, aber bald darauf wurde die Coolidge-Röhre weithin akzeptiert, ein Modell, das noch heute verwendet wird.

Nach dem, was bekannt ist, können wir uns das folgende Verfahren von Röntgen vorstellen: Die Ruhmkorff-Spulenanschlüsse wurden mit den Vakuumröhrenelektroden verbunden; durch Manipulation wurde ein Hochspannungstelegraphenschalter zwischen den Endgeräten hergestellt; Der Schock des Kathodenstrahls (Elektronen) mit der Anode (positiven Elektrode) erzeugte Röntgenstrahlen. Im Wesentlichen ist das derzeit verwendete Verfahren dasselbe. Es werden üblicherweise zwei Arten von Röntgenstrahlen unterschieden, die bei diesem Verfahren erzeugt werden. Eines ist das kontinuierliche Spektrum, Bremsstrahlung auf Deutsch und resultiert aus der Verzögerung des Elektrons während des Eindringens der Anode. Die andere Art ist die charakteristische Röntgenstrahlung des Anodenmaterials. Somit ist jedes Röntgenspektrum die Überlagerung eines kontinuierlichen Spektrums und einer Reihe charakteristischer Anodenspektrallinien.

Röntgenstrahlen und das Periodensystem

Bis 1913 maß Moseley die Frequenzen charakteristischer Röntgenspektrallinien von etwa 40 Elementen. Aus dem Quadratwurzelfrequenzdiagramm versus Mit der Ordnungszahl Z des Elements erhielt er eine Beziehung, die als Moseleys Gesetz bekannt wurde (siehe Details im Text über elementare Röntgenkonzepte). Die unmittelbare Auswirkung dieses Ergebnisses war die Änderung des Periodensystems. Moseleys Arbeit spielte eine wichtige Rolle bei der Konsolidierung und internationalen Akzeptanz von Bohrs Modell. Tatsächlich war es die erste experimentelle Arbeit, die Bohrs Vorhersagen bestätigte. In einem Brief an Bohr vom 16. November 1913 stellt Moseley fest, dass seine Formel in einer Form geschrieben werden könnte, die mit der nach Bohrs Modell übereinstimmt.

Vor Moseleys Arbeiten wurde die Ordnungszahl mit der Position des Atoms in Mendelevs Periodensystem in Verbindung gebracht, das die Elemente nach ihrem Gewicht verteilte. Moseley zeigte zum Beispiel, dass Argon Z = 18 anstelle von Z = 19 haben sollte (gemäß Mendelevs Tabelle). Andererseits sollte Kalium Z = 19 anstelle von Z = 18 haben. Er zeigte auch, dass Kobalt Nickel vorausgehen muss, obwohl das Atomgewicht von Co höher ist als das von Ni. Mendelev zufolge entsprach die Ordnungszahl ungefähr der Hälfte des Atomgewichts. Moseley definierte das Atomgewicht als gleich der Anzahl der Elektronen im elektrisch neutralen Atom.

Wenn wir die von Moseley erhaltenen Ausdrücke mit der von Bohr abgeleiteten Balmer-Rydberg-Formel vergleichen, sehen wir, dass sie sich durch das Vorhandensein einer subtraktiven Konstante zum Wert von Z unterscheiden. Moseley erklärte, dass dies auf die Abschirmwirkung der Kernladung zurückzuführen ist. durch die intensivsten Bahnelektronen.

Das Moseleysche Gesetz präsentierte ganz andere Ergebnisse als das derzeitige wissenschaftliche Paradigma. Moseley folgerte daraus, dass es zwischen Wasserstoff und Uran genau 92 Arten von Atomen geben sollte, deren chemische Eigenschaften von Z und nicht vom Atomgewicht abhängen. Dies bedeutete, dass das Periodensystem der aufsteigenden Reihenfolge der Ordnungszahl und nicht des Atomgewichts folgen sollte. Bei Befolgung dieser Reihenfolge wurden einige Stellen in dieser Tabelle frei, was Z = 43, 61, 75, 85 und 87 entsprach. Zu diesem Zeitpunkt gab es unter Chemikern große Kontroversen über die genaue Anzahl der Seltenen Erden. Es wurde diskutiert, ob diese von Z = 58 bis Z = 71 oder bis Z = 72 reichten.

Der große Gelehrte der Seltenen Erden war Georges Urbain, und er war 1907 sogar der Entdecker von einem von ihnen, dem Lutetium (Z = 71). 1911 glaubte Urbain, eine andere Seltene Erde mit Z = 72, die er nannte, isoliert zu haben Celium. Die bisher verwendeten chemischen Analysemethoden waren jedoch kompliziert und unsicher. Als Urbain 1914 von Moseleys Methode erfuhr, übersiedelte er von Frankreich nach England und nahm Proben von Seltenen Erden, darunter eine der wahrscheinlichen Celsius. Innerhalb weniger Stunden untersuchte Moseley sie und klassifizierte sie, ohne jedoch den Spalt zu bestätigen. Moseley bemerkte, dass es sich bei seiner Probe lediglich um eine Mischung bekannter seltener Erden handelte. Urbain war von Moseleys Arbeit so beeindruckt, dass er beschloss, sie in der Chemikergemeinde bekannt zu machen. Trotz dieser Haltung glaubte Urbain weiterhin, dass das Element Z = 72 eine seltene Erde sei, und verfolgte seine Suche. Dieser Glaube wurde stark erneuert, als Alexandre Dauvillier im Mai 1922 ankündigte, durch Analyse des L-Typ-Röntgenspektrums von Proben, die die Ytterbium-Seltenerdmetalle (Z = 70) und Lutetium enthielten, Certium isoliert zu haben. Diese Nachricht war so fantastisch, dass sie Rutherford sogar beeindruckte, da er seit 1914 mit großem Interesse die Kontroverse verfolgt hatte, ob er eine seltene Erde sein sollte oder nicht, Element 72. Rutherford glaubte, diese Kontroverse sei beendet und schrieb einen Brief an Natur (17.06.1922), in dem es heißt, dass eine der freien Stellen im Moseley-Periodensystem gerade besetzt worden sei.

Dänische Physiker, basierend auf Bohrs Modell, behaupteten, dass Element 72 ein Metall sein muss, das Zirkonium ähnlich ist. Bohr selbst hatte diese Aussage zu seinem sechsten gemacht Vorlesung WolfskehlAm 21. Juni 1922 in Göttingen. Beim Lesen von Rutherfords Brief von Natur Bohr hielt seine Aussage am 17. Juli für falsch, so dass er diese Meinung in einem Brief an James Franck vom 15. Juli desselben Jahres zum Ausdruck brachte. Als Bohr jedoch hörte, dass Dirk Coster, ein Experte für Röntgenspektroskopie, mit Dauvilliers Interpretation nicht einverstanden war, lud er ihn ein, in Kopenhagen zu arbeiten, damit die drei gemeinsam mit von Hevesy ein so kontroverses Problem lösen konnten. . Coster traf im September in Kopenhagen ein und begann sofort mit der Suche nach Element 72 in Zirkonerzen. Am 11. Dezember, nur wenige Minuten vor seiner Äußerung NobelvorlesungBohr erhielt einen Anruf von Coster mit positiven Ergebnissen. Am Ende seiner "Nobelklasse" kündigte Bohr die wichtige Entdeckung an. In Band 111 von Natur (20.01.1923) In einem von Coster und von Hevesy unterzeichneten Brief erfährt die Wissenschaft von der Entdeckung von Hafnium, der Ordnungszahl 72. Der Name wurde zu Ehren Kopenhagens vergeben, was lateinisch bedeutet Hafniae. Laut Mehra und Rechenberg war diese Entdeckung der größte Triumph von Niels Bohr.

In Bezug auf die von Moseley zur Verfügung gestellten Elemente ist anzumerken, dass Element 75, das Rhenium, 1925 vom Noddack-Paar entdeckt wurde. Element 87, 1939 von Marguerite Perey entdeckt, heißt Francium und gehört zu einer natürlichen radioaktiven Familie. Die anderen Elemente (43, 61 und 85) wurden künstlich erhalten. Da ihre durchschnittliche Lebensdauer sehr kurz war, konnten diese Elemente nicht auf natürliche Weise erzeugt oder zumindest beobachtet werden.

Quelle: Seite des Instituts für Physik - UFRGS