[일반화학] 02. 모즐리의 법칙

모즐리의 X선 방출(X-ray emission) 실험

모즐리의 법칙(Moseley's law): 원소번호와 원소의 특정 X선 진동수 간의 관계에 대한 법칙(1913)

​

그림 1. 모즐리의 법칙: 원소번호와 X선의 진동수(ν) 제곱근은 매우 일정한 선형관계를 가지고 있다.

​

실험과정

1. 모든 원소에 넓은 파장 영역의 X선을 조사한다.

- 1차 X선으로 X선의 파장영역은 0.01~10nm이다.

2. 각 원소마다 특유한 X선 파장을 흡수해 핵 근처에 있는 전자 껍질의 전자들이 더 높은 에너지 상태가 된다.

3. 더 높은 에너지 상태로 여기된 전자들은 흡수된 X선을 방출하면서 바닥상태로 전이된다.

- 2차 X선으로 각 원소 마다 특유한 X선을 방출하게 된다.

4. 각 원소에서 방출된 2차 X선 중 가장 작은 진동수(최소진동수)의 제곱근 순으로 원소들을 배치하여 번호를 매긴다.

​

그림 2. Absorption And Emission

​

실험해석

원자핵에 있는 양성자의 수가 많을수록 전자가 흡수할 수 있는 X선 에너지가 증가하고, 이는 곧 X선 에너지의 최소진동수가 더 커짐을 의미한다. 왜냐하면 원자 내의 양전하량이 증가함에 따라 핵과 전자 껍질 사이에 있는 전자 간의 인력이 증가하는데, 전자가 여기되기 위해서는 이 늘어난 인력을 (뛰어)넘는 에너지가 필요하기 때문이다.

- 즉, 양성자수가 많은 원자일수록 전자가 흡수할 수 있는 X선 에너지의 최소 진동수가 증가하고, 따라서 여기된 전자가 바닥 상태로 전이하면서 방출하는 최소진동수의 제곱근 또한 증가한다.

​

그림 3. 모즐리의 X선방출 실험결과: √ν는 최소진동수의 제곱근, Z는 원자번호를 의미한다.

​

모즐리는 X선 방출 실험을 통해 핵의 전하량을 간접적으로 측정했다. 그리고 이는 핵의 양성자수와 밀접한 관계가 있었다.

​

그림 4. Photographic Recording of K(alpha) and K(beta) X-Ray Emission Line for A Range of Elements

​

#화학 #일반화학 #모즐리의법칙