هنري موسلي

هنري غوين جيفريز موزلي ( 23 نوفمبر 1887 - 10 أغسطس 1915) كان فيزيائيًا إنجليزيًا ، تمثلت إسهاماته في علم الفيزياء في تبرير المفهوم التجريبي والكيميائي السابق للعدد الذري استنادًا إلى القوانين الفيزيائية . وقد انبثق هذا التبرير من تطويره لقانون موزلي في أطياف الأشعة السينية . ^{[ 1 ]}

ساهم قانون موزلي في تطوير الفيزياء الذرية والنووية والكمية من خلال تقديم أول دليل تجريبي يدعم نظرية نيلز بور ، باستثناء طيف ذرة الهيدروجين الذي صُممت نظرية بور لإعادة إنتاجه. وقد حسّنت هذه النظرية نموذج إرنست رذرفورد وأنطونيوس فان دن بروك ، الذي اقترح أن الذرة تحتوي في نواتها على عدد من الشحنات النووية الموجبة يساوي عددها الذري في الجدول الدوري. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

عندما اندلعت الحرب العالمية الأولى في أوروبا الغربية ، ترك موزلي أبحاثه في جامعة أكسفورد ليتطوع في سلاح المهندسين الملكي بالجيش البريطاني . وتمّ تعيينه ضمن قوات الإمبراطورية البريطانية التي غزت منطقة غاليبولي في تركيا في أبريل 1915، بصفة ضابط اتصالات . قُتل موزلي برصاصة خلال معركة غاليبولي في 10 أغسطس 1915، عن عمر ناهز 27 عامًا. وقد تكهّن الخبراء بأنه لولا ذلك لكان موزلي قد نال جائزة نوبل في الفيزياء عام 1916. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

وُلد هنري جي جي موزلي، المعروف بين أصدقائه باسم هاري، ^{[ 6 ]} في ويموث بمقاطعة دورست عام 1887. كان والده ، هنري نوتيدج موزلي (1844-1891)، الذي توفي عندما كان موزلي صغيرًا، عالم أحياء وأستاذًا لعلم التشريح وعلم وظائف الأعضاء في جامعة أكسفورد، وكان عضوًا في بعثة تشالنجر . أما والدة موزلي فهي أمابيل جوين جيفريز، ابنة عالم الأحياء وعالم الأصداف الويلزي جون جوين جيفريز . ^{[ 7 ]} كما كانت بطلة بريطانيا في الشطرنج للسيدات عام 1913. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ أ ]}

كان موزلي طالبًا واعدًا للغاية في مدرسة سمر فيلدز (حيث سُمّيت إحدى "الفرق" الأربعة باسمه)، وحصل على منحة دراسية ملكية للالتحاق بكلية إيتون . ^{[ 10 ]} في عام 1906، فاز بجائزتي الكيمياء والفيزياء في إيتون. ^{[ 11 ]} في العام نفسه، التحق موزلي بجامعة أكسفورد كطالب جامعي في كلية ترينيتي ، حيث حصل على درجة البكالوريوس في الآداب . خلال دراسته الجامعية في أكسفورد، انضم موزلي إلى الماسونية من خلال انضمامه إلى محفل أبولو الجامعي . ^{[ 12 ]} مباشرةً بعد تخرجه من أكسفورد عام 1910، أصبح موزلي مُحاضرًا في الفيزياء بجامعة مانشستر ، وانتُخب عضوًا في جمعية مانشستر الأدبية والفلسفية في 9 مايو 1911، ^{[ 13 ]} وكان تحت إشراف إرنست رذرفورد . خلال السنة الأولى لموزلي في مانشستر، كان لديه عبء تدريسي كمساعد تدريس للخريجين ، ولكن بعد تلك السنة الأولى، نُقل من مهامه التدريسية للعمل كمساعد باحث للخريجين . رفض زمالة عرضها عليه رذرفورد، مفضلاً العودة إلى أكسفورد في نوفمبر 1913، حيث مُنح مرافق مختبرية ولكن دون أي دعم. ^{[ 14 ] : 95}

أظهر موسلي، من خلال تجاربه على طاقة جسيمات بيتا في عام 1912، أنه يمكن الحصول على جهود عالية من مصدر مشع للراديوم، وبالتالي اخترع أول بطارية ذرية ، على الرغم من أنه لم يتمكن من إنتاج 1 ميجا فولت اللازمة لإيقاف الجسيمات. ^{[ 15 ]}

في عام ١٩١٣، رصد موزلي وقاس أطياف الأشعة السينية لعناصر كيميائية مختلفة (معظمها معادن) تم تحديدها باستخدام طريقة حيود الأشعة السينية عبر البلورات . ^{[ ١٦ ]} كان هذا استخدامًا رائدًا لطريقة مطيافية الأشعة السينية في الفيزياء، حيث تم استخدام قانون براغ للحيود لتحديد أطوال موجات الأشعة السينية. اكتشف موزلي علاقة رياضية منهجية بين أطوال موجات الأشعة السينية المنبعثة والأعداد الذرية للمعادن المستخدمة كأهداف في أنابيب الأشعة السينية. عُرفت هذه العلاقة باسم قانون موزلي .

قبل اكتشاف موزلي، كان يُعتقد أن الأعداد الذرية (أو العدد العنصري) للعناصر عبارة عن أرقام تسلسلية شبه اعتباطية، تستند إلى تسلسل الكتل الذرية ، مع تعديلات طفيفة حيثما رأى الكيميائيون ذلك مناسبًا، كما فعل الكيميائي الروسي ديمتري إيفانوفيتش مندليف . عند ابتكاره للجدول الدوري للعناصر ، قام مندليف بتبديل ترتيب بعض أزواج العناصر لوضعها في مواقع أكثر ملاءمة في هذا الجدول. على سبيل المثال، تم تخصيص العددين الذريين 27 و 28 لفلزّي الكوبالت والنيكل على التوالي، بناءً على خصائصهما الكيميائية والفيزيائية المعروفة، على الرغم من تقارب كتلتيهما الذرية. في الواقع، الكتلة الذرية للكوبالت أكبر قليلًا من كتلة النيكل، لذا سيُوضع النيكل في الجدول الدوري قبل الكوبالت إذا تم ترتيبهما وفقًا للكتلة الذرية فقط. مع ذلك، أظهرت تجارب موزلي في مطيافية الأشعة السينية، انطلاقًا من خصائصها الفيزيائية، أن للكوبالت والنيكل أعدادًا ذرية مختلفة، 27 و28 على التوالي، وأن موقعهما في الجدول الدوري صحيح وفقًا لقياسات موزلي الموضوعية لأعدادهما الذرية. وبالتالي، أثبت اكتشاف موزلي أن الأعداد الذرية للعناصر ليست مجرد أرقام اعتباطية مبنية على الكيمياء وحدس الكيميائيين، بل تستند إلى أساس تجريبي متين من فيزياء أطياف الأشعة السينية.

بالإضافة إلى ذلك، أظهر موزلي وجود فجوات في تسلسل الأعداد الذرية عند الأرقام 43 و61 و72 و75. ومن المعروف الآن أن هذه الفجوات هي مواقع عنصري التكنيتيوم والبروميثيوم المشعين ، بالإضافة إلى العنصرين المستقرين النادرين نسبيًا الموجودين في الطبيعة، وهما الهافنيوم (الذي اكتُشف عام 1923) والرينيوم (الذي اكتُشف عام 1925). لم يكن معروفًا شيء عن هذه العناصر الأربعة خلال حياة موزلي، ولا حتى عن وجودها. استنادًا إلى حدس الكيميائي الخبير ديمتري مندليف، تنبأ بوجود عنصر مفقود في الجدول الدوري، والذي تبين لاحقًا أنه يشغله التكنيتيوم، كما تنبأ بوهوسلاف براونر بوجود عنصر مفقود آخر في هذا الجدول، والذي تبين لاحقًا أنه يشغله البروميثيوم. أكدت تجارب هنري موزلي هذه التوقعات، من خلال إظهار الأرقام الذرية المفقودة بالضبط، وهي 43 و61. بالإضافة إلى ذلك، تنبأ موزلي بوجود عنصرين آخرين لم يتم اكتشافهما، وهما العنصران اللذان يحملان الأرقام الذرية 72 و75، وقدم دليلاً قوياً جداً على عدم وجود فجوات أخرى في الجدول الدوري بين عنصري الألومنيوم (العدد الذري 13) والذهب (العدد الذري 79).

كان هذا السؤال الأخير، المتعلق بإمكانية وجود عناصر أخرى غير مكتشفة ("مفقودة")، معضلةً قائمةً بين الكيميائيين في العالم، لا سيما مع وجود مجموعة كبيرة من عناصر اللانثانيدات ، وهي سلسلة من العناصر الأرضية النادرة . وقد تمكن موزلي من إثبات أن هذه العناصر، أي من اللانثانوم إلى اللوتيتيوم ، يجب أن تضم 15 عنصرًا بالضبط - لا أكثر ولا أقل. كان عدد عناصر اللانثانيدات سؤالًا لم يحسمه كيميائيو أوائل القرن العشرين. فلم يكن بمقدورهم بعد إنتاج عينات نقية من جميع العناصر الأرضية النادرة، حتى في صورة أملاحها ، وفي بعض الحالات لم يتمكنوا من التمييز بين مخاليط عنصرين متجاورين من العناصر الأرضية النادرة، وبين المعادن النقية المجاورة لهما في الجدول الدوري. فعلى سبيل المثال، كان هناك ما يُسمى "عنصرًا" أُطلق عليه الاسم الكيميائي " ديديميوم ". تبين بعد سنوات أن "الديديميوم" ليس إلا مزيجًا من عنصرين حقيقيين من العناصر الأرضية النادرة، وقد أُطلق عليهما اسما النيوديميوم والبراسيوديميوم ، أي "التوأم الجديد" و"التوأم الأخضر". كما أن طريقة فصل العناصر الأرضية النادرة باستخدام التبادل الأيوني لم تكن قد اختُرعت بعد في زمن موزلي.

استطاعت طريقة موزلي في التحليل الطيفي المبكر بالأشعة السينية حلّ المشكلات الكيميائية المذكورة أعلاه بسرعة، والتي شغلت بعضها الكيميائيين لسنوات عديدة. كما تنبأ موزلي بوجود العنصر 61، وهو أحد اللانثانيدات التي لم يكن وجودها معروفًا من قبل. وبعد سنوات عديدة، تم إنتاج هذا العنصر 61 صناعيًا في المفاعلات النووية وأُطلق عليه اسم البروميثيوم. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

استخدام مطياف الأشعة السينية

تُعدّ مطيافات الأشعة السينية حجر الزاوية في علم البلورات بالأشعة السينية . كانت مطيافات الأشعة السينية، كما عرفها موزلي، تعمل على النحو التالي: استُخدم أنبوب إلكتروني ذو مصباح زجاجي ، مشابه للذي كان يحمله موزلي في الصورة المرفقة. داخل الأنبوب المفرغ من الهواء، تُطلق الإلكترونات على مادة معدنية (أي عينة من عنصر نقي في عمل موزلي)، مما يؤدي إلى تأين الإلكترونات من أغلفة الإلكترونات الداخلية للعنصر. ثمّ يرتد الإلكترونات إلى هذه الفجوات في الأغلفة الداخلية، مما يُسبب انبعاث فوتونات الأشعة السينية التي تُوجّه خارج الأنبوب على شكل نصف حزمة، عبر فتحة في درع الأشعة السينية الخارجي. بعد ذلك، تُحيد هذه الفوتونات بواسطة بلورة ملح قياسية، وتُقرأ النتائج الزاوية على شكل خطوط فوتوغرافية من خلال تعريض فيلم أشعة سينية مثبت على السطح الخارجي للأنبوب المفرغ من الهواء على مسافة معلومة. ثم سمح تطبيق قانون براغ (بعد بعض التخمينات الأولية للمسافات المتوسطة بين الذرات في البلورة المعدنية، بناءً على كثافتها) بحساب الطول الموجي للأشعة السينية المنبعثة.

شارك موزلي في تصميم وتطوير أجهزة مطيافية الأشعة السينية المبكرة، ^{[ 22 ] [ 23 ]} حيث تعلم بعض التقنيات من ويليام هنري براغ وويليام لورانس براغ في جامعة ليدز ، وطوّر تقنيات أخرى بنفسه. استُلهمت العديد من تقنيات مطيافية الأشعة السينية من الطرق المستخدمة في مطيافات ومخططات الطيف الضوئي المرئي ، وذلك باستبدال البلورات وغرف التأين والألواح الفوتوغرافية بنظائرها في مطيافية الضوء . في بعض الحالات، وجد موزلي ضرورة لتعديل أجهزته للكشف عن الأشعة السينية ذات التردد المنخفض (المنخفضة ) التي لا تخترق الهواء أو الورق، وذلك بالعمل على أجهزته داخل غرفة مفرغة من الهواء .

في وقت ما خلال النصف الأول من عام ١٩١٤، استقال موزلي من منصبه في مانشستر، عازماً على العودة إلى أكسفورد ومواصلة أبحاثه في الفيزياء هناك. إلا أن الحرب العالمية الأولى اندلعت في أغسطس من العام نفسه، فرفض موزلي عرض العمل هذا والتحق بدلاً من ذلك بسلاح المهندسين الملكي في الجيش البريطاني . حاول أهله وأصدقاؤه إقناعه بالعدول عن قراره، لكنه اعتبر ذلك واجبه. ^{[ ٢٤ ]} خدم موزلي برتبة ملازم ثان ^{[ ٢٥ ]} كضابط فني في الاتصالات خلال معركة غاليبولي في تركيا ، بدءاً من أبريل ١٩١٥، حيث قُتل برصاص قناص في ١٠ أغسطس ١٩١٥. ونظراً لعدم وجود قبر معروف له، نُقش اسمه على نصب هيليس التذكاري التابع للجنة مقابر الحرب التابعة للكومنولث . ^{[ ٢٥ ]}

لم يتجاوز عمر موسلي سبعة وعشرين عامًا عند وفاته، وكان بإمكانه، في رأي بعض العلماء، أن يُسهم إسهامًا كبيرًا في معرفة التركيب الذري لو أنه عاش. وقد صرّح نيلز بور في عام 1962 بأن عمل رذرفورد "لم يُؤخذ على محمل الجد على الإطلاق" وأن "التغيير الكبير جاء من موسلي". ^{[ 26 ]}

كتب روبرت ميليكان : "في بحثٍ سيُصنّف ضمن أروع اثني عشر بحثًا في تاريخ العلوم، من حيث الفكرة والتنفيذ والنتائج، فتح شابٌّ في السادسة والعشرين من عمره نوافذَ تُتيح لنا رؤية العالم دون الذري بدقةٍ ويقينٍ لم نكن لنحلم بهما من قبل. ولو لم تُسفر الحرب الأوروبية إلا عن إزهاق روح هذا الشاب، لكان ذلك وحده كافيًا لجعلها واحدةً من أبشع الجرائم وأكثرها استحالةً في التاريخ." ^{[ 27 ]}

كتب جورج سارتون : "لقد ترسخت شهرته بالفعل على أساس متين لدرجة أن ذكراه ستظل خالدة. إنه أحد عمالقة العلم، ورغم أنه كان سيضيف الكثير إلى معارفنا لو أُتيح له العمر، إلا أن إسهاماته التي نُسبت إليه كانت ذات أهمية جوهرية بالغة، لدرجة أن احتمال تفوقه على نفسه كان ضئيلاً للغاية. من المرجح جدًا أنه مهما طال عمره، لكان سيُذكر في المقام الأول بسبب "قانون موزلي" الذي نشره في سن السادسة والعشرين." ^{[ 28 ]}

كتب إسحاق أسيموف : "بالنظر إلى ما كان بإمكان موسلي إنجازه... لربما كانت وفاته أغلى خسارة فردية في الحرب للبشرية جمعاء." ^{[ 5 ] : 714.} اعتقد رذرفورد أن عمل موسلي كان سيؤهله لنيل جائزة نوبل . ^{[ 4 ]} قبل وفاته، رشّح سفانتي أرهينيوس موسلي لجائزة الكيمياء لعام 1915 ؛ وكانت لوائح مؤسسة نوبل آنذاك تسمح بمنح الجائزة بعد الوفاة لشخص يتوفى بعد ترشيحه، ^{[ 29 ]} لذا كان عام 1915 الفرصة الوحيدة لمنح الجائزة لموسلي. ^{[ 30 ]} مع ذلك، منحت لجنة نوبل جائزة الكيمياء لعام 1915 لريتشارد ويلستاتر . مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1917 لـ سي جي باركلا "لاكتشافه إشعاع رونتجن المميز للعناصر"، وهو عمل استند بقوة إلى عمل موسلي. ^{[ 31 ]}

نُصبت لوحات تذكارية لموزلي في مانشستر وإيتون، وحصل الفيزيائي بي إم إس بلاكيت ، الذي أصبح فيما بعد رئيسًا للجمعية الملكية، على منحة دراسية من الجمعية الملكية ، أُنشئت بموجب وصيته. ^{[ 14 ] : 126} كما سُميت ميدالية وجائزة هنري موزلي التابعة لمعهد الفيزياء تكريمًا له. ^{[ 32 ]}