Moseley'sche Gesetz

Moseley war der, der die bereits im Kapitel Röntgenstrahlung (Quantenphysik) angesprochene charakteritische Strahlungentdeckte. Er fand heraus, dass diese Strahlung etwas mit der Ordnungszahl, der Kernladungszahl Z, im Periodensystem der Elemente zu tun hat. 

Kurz noch einmal zum Entstehen der charakteristischen Strahlung: In einer Röntgenröhre werden Elektronen emittiert. Diese treffen auf eine Anode und dabei wird Röntgenstrahlung freigesetzt, welche nach der Drehkristtallmethode zerlegt wird. Die Intensität dieser Strahlung wird dann mit einem Zählrohr gemessen. Bei der Beobachtung der Intensität treten neben der kontinuierlichen Bremsstrahlung auch noch charakterische Strahlungen bei bestimmten Wellenlänge auf.

Erklärung: Wenn die Elektronen auf das Anodenmaterial treffen sorgen sie, zusätzlich zur Freisetzung von Röntgenstrahlung, für die Ionisierung der Atome der Anode, indem Elektronen aus der ersten Bahn herausgelöst werden und auf eine Bahn höherem Zustand (Bahn 2) gelagen. Nun haben andere Elektronen die Möglichkeit aus einem höheren Zustand auf den jetzt freigewordenen Platz auf die erste Bahn zu kommen. Nach dem Bohrschen Atommodell berechnet sich die Energie des Photons dann wie folgt:

\[\Delta E=16,6eV*(\frac{1}{1^2}-\frac{1}{2^2})*Z^2=10,2eV\]

Mit in diese Formel bringt Moseley jetzt die effektive Kernladungszahl Z*. Bekannt war bisher, dass die Kernladung in der Form Z2 mit in die Formeln eingehen sollte. Für die effektive Kernladungszahl Z* gilt: Z* = Z - 1. Moseley begründet dies damit, dass beim Sprung eines Elektrons von der zweiten Bahn (m=2) auf die erste Bahn (n = 1) die Kernladung durch das bereits vorhandene Elektron auf der ersten Bahn abgeschirmt wird - und eben genau um dieses Elektron, diese eine Kernladung, deswegen Z* = Z-1. Genauso wie zuvor geht aber auch diese Bedingung quadratisch - also (Z-1)2 - in die Energieformel ein. 

Moseley'sches Gesetz: Für die Energie einer charakteristischen Strahlung (E = h*f) eines bestimmten Elements mit der Kernladungszahl Z gilt:

\[\Delta E=h*f=13,6eV*(\frac{1}{1^2}-\frac{1}{2^2})*(Z-1)^2=10,2eV\]