Capitulo 5 - Raios-X

Os Raios X e a Tabela Periódica: A Lei de Moseley

Por volta de 1913, Moseley mediu as freqüências das linhas espectrais dos raios X característicos de cerca de 40 elementos. A partir do gráfico da raiz quadrada da freqüência versus o número atômico Z do elemento, ele obteve a seguinte relação

onde A_n e b são constantes que dependem da linha espectral.

A repercussão imediata deste resultado foi a alteração da tabela periódica. Antes do trabalho de Moseley o número atômico era associado à posição do átomo na tabela periódica de Mendelev, a qual distribuía os elementos de acordo com o seu peso.

Tabela Periódica H  Clique sobre o elemento químico e veja seus dados embaixo da tabela He  Li  Be  Sólidos Artificiais B  C  N  O  F  Ne  Na  Mg  Gases Líquidos Al  Si  P  S  Cl  Ar  K  Ca  Sc  Ti  V  Cr  Mn  Fe  Co  Ni  Cu  Zn Ga  Ge  As  Se  Br  Kr  Rb  Sr  Y  Zr  Nb  Mo  Tc  Ru  Rh  Pd  Ag  Cd In  Sn  Sb  Te  I  Xe  Cs  Ba  La  Hf  Ta  W  Re  Os  Ir  Pt  Au  Hg Tl  Pb  Bi  Po  At  Rn  Fr  Ra  Ac  Unq  Unp  Unh  Uns  Uno  Une  Uun  Uuu  Uub Uut  Uuq  Uup  Uuh  Uus  Uuo    Ce  Pr  Nd  Pm  Sm  Eu  Gd  Tb  Dy Ho  Er  Tm  Yb  Lu  Th  Pa  U  Np  Pu  Am  Cm  Bk  Cf Es  Fm  Md  No  Lr    Nome: nº Peso Configuração: Orbital: Fusão: Ebulição:

Moseley mostrou, por exemplo, que o argônio deveria ter Z=18, ao invés de Z=19 (conforme a tabela de Mendelev). Por outro lado, o potássio deveria ter Z=19, ao invés de Z=18. Ele também mostrou que o cobalto deve preceder ao níquel, apesar do peso atômico do Co ser maior do que o do Ni. De acordo com Mendelev, o número atômico era aproximadamente igual à metade do peso atômico. Moseley definiu o peso atômico como igual ao número de elétrons do átomo eletricamente neutro.

Esse trabalho de Moseley teve papel importantíssimo na consolidação e aceitação internacional do modelo de Bohr. Na verdade, foi o primeiro dos trabalhos experimentais a confirmar as predições de Bohr. Logo que tomou conhecimento do trabalho de Bohr, Moseley mostrou que sua expressão para a radiação Ka podia ser escrita da seguinte forma:

onde R é a constante de Rydberg (veja o capítulo sobre o modelo de Bohr).

Dificuldades experimentais levaram Moseley a examinar linhas mais moles, do tipo La, Ma, etc., para elementos além da prata. Para as raias La, Moseley obteve a seguinte expressão:

Comparando-se as expressões obtidas por Moseley com a fórmula de Balmer-Rydberg deduzida por Bohr, vê-se que elas diferem pela presença de uma constante subtrativa ao valor de Z. Moseley explicou-a como sendo devido ao efeito de blindagem da carga nuclear pelos elétrons orbitais mais intensos.

A lei de Moseley apresentava resultados bastante diferentes daqueles do paradigma científico vigente. Através dela Moseley deduziu que entre o hidrogênio e o urânio, deveria haver exatamente 92 tipos de átomos, cujas propriedades químicas eram governadas por Z, e não pelo peso atômico. Isto significava dizer que a tabela periódica devia seguir a ordem crescente do número atômico e não a do peso atômico. Obedecida essa seqüência, os lugares correspondentes a Z = 43, 61, 75, 85 e 87 ficaram vagos.

Em 1925, o casal Noddack descobriu o rênio, o elemento com Z=75. O elemento 87, descoberto em 1939, por Marguerite Perey, recebeu o nome de frâncio e pertence a uma família radioativa natural. Os elementos 43 (tecnécio), 61 (promécio) e 85 (astatínio) foram obtidos artificialmente. Sendo suas vidas-médias muito curtas, esses elementos não podiam ser naturalmente produzidos, ou pelo menos observados.