上節課我們就說完了原子核的發現過程，盧瑟福也因此建立了一個行星原子模型，這個模型只是初步的給人們描述了一個原子的影象，就像是八大行星繞著太陽旋轉一樣。
不過在這個模型中還存在很多的問題，還有困難，比如原子核的核電荷數是多少？原子核的組成成分是啥？原子的穩定問題以及核外電子的排布問題？
透過解決以上的問題，物理學就出現了兩個大的分支，研究原子核及其組成分成的就叫核物理，以及後來又衍生出的粒子物理，研究原子穩定性的問題，以及核外電子排布的，就是舊量子論。
舊量子論的主要內容就是玻爾的量化原子模型，這些內容在我之前的量子力學中已經講過了，那今天我們要說的核電荷數的測量，其實嚴格來說又跑題了，因為在之前的量子力學中我已經說了一遍了。
不過，我覺得在今天的這個系列中還是有必要要再說一下，因為這是盧瑟福發現原子核遺留下來的問題，好，那閒話就不多說了，開始今天的正題。
盧瑟福在發表了自己的原子模型以後，有一次在劍橋大學卡文迪許實驗室的晚宴中就遇見了尼爾斯·玻爾，玻爾這個時候還是學生，他專門從丹麥來英國的劍橋找自己的偶像湯姆遜。
但兩個人的見面並不愉快，正好這時玻爾遇見了盧瑟福，兩人就聊得挺投緣的，所以在玻爾的心裡就萌生了一個想法。那到了1912年，玻爾就離開劍橋，去曼徹斯特投奔了盧瑟福。
在盧瑟福這裡玻爾就學到了最新、最前沿的原子物理，也抓住了一個重要的研究題目，盧瑟福原子模型的穩定性問題。
在1913年玻爾就發表了三篇論文，透過量化電子軌道角動量，也就是量化了電子在核外所能佔據的軌道大小，就解釋了原子穩定性的問題。
同時也解釋了原子光譜的來歷，就是核外的電子在不同能級之間的躍遷形成，為了驗證自己的想法， 玻爾就推匯出了一個公式，透過這個公式我們就能知道，電子從第一激發態躍遷回基態的時候，所釋放的電磁波的波長，正比於核電荷數。
因此我們只需要測量電磁波的波長，就能算出核電荷數了。這個測量的工作是由盧瑟福團隊的亨利·莫斯萊完成的，玻爾他不是實驗物理學家，自己做不了實驗，在論文發表以後，同年的7月份玻爾就專門去找了莫斯萊，讓莫斯萊趕緊測，因為當時反對他的原子模型的人挺多了，主要是玻爾解釋不了為什麼電子在核外只能佔據特定的能級？所以當務之急就是用實驗證明他的理論沒有問題，那至於為什麼，以後再慢慢解釋也來得及。
亨利·莫斯萊就覺得這個題目還不錯，而且他當時正在實驗室學習如何利用晶體替代衍射光柵測量X射線的波長，因為X射線經過晶體以後會發生偏轉，這偏轉的程度就跟X射線的波長有關。
那亨利·莫斯萊的實驗是這樣的，他選用了一些中等相對質量的原子進行測量，因為這些原子核電荷數不高也不低，可以釋放出波長比較合適的X射線。
那根據玻爾的理論，只要我們用大量的能量足夠的電子去轟擊金屬原子，總有可能會發生這些金屬原子基態電子會被撞出來的可能，那基態沒有了電子，第一激發態的電子就要往回躍遷，然後釋放出一個X射線光子，攜帶兩個能級之間的能量差。
透過測量釋放出來的X射線波長，然後根據玻爾給出的公式就能算出每種元素原子的核電荷數了。
那經過莫斯萊兩個月的辛苦工作，測量的結果就在同年9月份發表了出了，這個實驗不僅驗證了玻爾的量化原子模型，還順帶測量出了原子核的電荷數，提出了原子序數的概念，理清了元素週期表中元素的排列問題。
同時莫斯萊還預言了四種沒有被發現的元素，分別是42、43、72、75，那後來這些元素都被發現了，可惜莫斯萊卻在1915年死在了一戰的戰場，不然的話，他的實驗足以讓他獲得諾貝爾獎。
現在我們看到的就是當時亨利·莫斯萊測量出來的原子核的電荷數，可以看出，從鈣到鋅，核電荷數基本上就是電子電荷的整數倍，那多出來的一點點可以解釋為實驗的誤差。
整數倍正好就說明了，原子核所攜帶的電荷正好抵消了電子的電荷，物質才表現出了電中性，這一點跟人們之前的猜測是完全一樣。
不過神奇的是，每一個元素到相鄰的下一個元素，不管他的相對原子質量增加了多少，他的核電荷數就只增加一個單位，所以莫斯萊就發現，元素原子的核電荷數正好就等於它在元素週期表中的位置序數。
這就是原子序數的概念，這對我們理解元素週期來說至關重要，有了原子序數的概念，我們就知道元素的化學性質是由核電荷數來決定了，而且核電荷數也決定了核外電子的數目。
由於以前人們並不知道元素原子的排列順序是跟核電荷數相關的，而是根據元素的相對原子質量排列的。
所以在這之前，人們發現了同位素以後，這些同位素和已知元素的化學性質相同，但是相對原子質量卻不同，當時就把元素週期表搞的混亂不堪。
那莫斯萊發現了原子序數之後，就可以理清這個問題了，同位素的核電荷數一樣，核外電子數也一樣，所以化學性質相同，區別就是相對原子質量不同，以後我們在描述元素的時候，只要說清它的相對原子質量就可以區分這些同位素了。
所以說莫斯萊的發現，獲諾獎是完全沒有問題的，他的老師盧瑟福就非常惋惜地說，是莫斯萊逐一點了元素的名，揭示了元素週期表最後的秘密。
莫斯萊的發現還解釋了1911年索迪提出的元素位移定律，說的是，當一個放射性原子釋放一個α粒子以後，這個原子就會在按相對原子質量排列的週期表中下降兩個位置；
當一個放射性原子釋放出一個β粒子的時候，它就會在按相對原子質量排列的週期表中上升一個位置。
這就是放射性元素的位移定律，但當時並不能清楚地解釋這個問題，那莫斯萊發現的原子序數和核電荷數之間的關係，就可以簡單的說清這個問題了。
α粒子帶兩個核電荷，原子失去一個α粒子就是失去了兩個核電荷，所以它就會下降兩個位置，那β粒子帶一個負電荷，原子失去一個β粒子，肯定就會多出一個正電荷，所以元素就會向上移一個位置了。
從以上的描述中就可以看出，在1913年的時候，人們已經確認了這樣一個事實，放射性衰變產生的α粒子和β粒子是核現象，這對以後人們理解原子核的組成至關重要。
好了，今天的內容就到這裡，下節課我們說中子的發現。
