在20世紀初，科學家還未知道應該如何歸納元素週期表。較舊的分類方法以遞增的原子量（atomic weight）把化學元素排列，而Dmitri Mendeleev的元素表則希望突顯元素特性的週期性，這又稱為週期定律，迫使他把原子量擱在一旁，成為次要的考慮因素 [1]。舉例說，鈷（cobalt）的原子量比鎳（nickel）大，但根據它們的化學特性，週期定律表明鈷應該排在鎳前面。這些原子量上的差別也對怎樣將新發現的元素納入既定的元素表造成困難 [2]。原子量顯然不是定義元素的恰當特性，但當時並沒有人能確定什麼才是。

Ernest Rutherford 從他的放射衰變實驗中取得靈感，相信答案可能涉及放射現象。在1910年，他把研究放射現象的工作分配了給從牛津大學來的新研究生Henry Moseley [3]，但Moseley 卻有其他想法。從十年前Wilhelm Roentgen發現X光起，Moseley一直密切留意著X光這個正在當時冒起的範疇 [4]。當一種元素被一連串電子撞擊時，會射出帶獨特能量的X光。此外，每種元素X光散射的角度都會稍稍不同，William 和 Lawrence Bragg這對父子利用了這項資訊在不久之前發明出一項量度X光波長的技術 [2]，這把極具吸引力的X光課題帶到了元素表前。

Moseley決定繼續這項研究，並有系統地量度每種元素獨有X光的波長。在1913年返回牛津大學後，他用非常簡單的裝置完成了量度。透過在真空管中移動一輛放著每種元素的小火車並使其穿過電子束，他成功使用照相底片記錄散射X光的位置 [1]。知道X光散射的角度後，他便可以計算出每種元素獨有X光的波長。Moseley發現如果把元素按元素表的順序順著數，散射X光的波長就會隨之下降；透過取波長的反平方根，兩者的關係就會變成一直線 [5]。

這被稱為摩斯利定律（Moseley’s law），Moseley還對其作出解釋。兩年前，Rutherford 提出了一個原子結構模型：在原子裡，帶負電的電子環繞著密度高而帶正電的原子核旋轉，這些電荷互相抵消 [5]。Moseley 指出原子的正電荷會隨著元素在元素表較後的位置而增加，這令較後的元素能更有效地使電子束停下，引發更多能量以較高頻率和較短波長的X光放出 [2]。由於這些正電荷不能透過化學方式被改變，又明顯地是原子的基本特性，他建議稱之為「原子序（atomic numbers）」。

這項突破性的發現使Moseley現在可以一個一個地替元素「點名」了。如果兩個元素的X光波長相差一個最小的已知值時，它們之間就可能沒有其他元素的存在。由氫（hydrogen）到鈾（uranium）剛好有92個元素，那些「失蹤」元素的蹤影現在無所遁形了。像Mendeleev之前的工作一樣，Moseley和其他科學家找出了原子序43、61、72、75、85、87和91是未被填補的空隙，它們全部都在隨後30年被填補 [4]。鈷和鎳倒序的情況亦因為鈷有著較低核電荷這一點被完美解釋，核電荷因此成為了決定元素表裡排列次序的恰當根據 [4]。

Henry Moseley 為元素的排列賦予了意義，過程中亦把排列元素週期表背後的依據釐清，使其根據遠不止是停留在Mendeleev對化學和物理性質上的觀察 [4]。如果要說一個曾經「證明」元素表的人，那就非Moseley不是了。

參考資料：

[1] Sacks, O. W. (2001). Uncle Tungsten: Memories of a Chemical Boyhood. New York, NY: Alfred A. Knopf, Inc.

[2] Asimov, I. (1970, April). The Nobel Prize that Wasn’t. The Magazine of Fantasy and Science Fiction.

[3] Roberts, J. (2020, April 7). The Dual Legacies of Henry Moseley. Distillations. Retrieved from https://www.sciencehistory.org/distillations/the-dual-legacies-of-henry-moseley.

[4] Scerri, E. (2014). Master of Missing Elements. American Scientist, 102(5), 358. doi:10.1511/2014.110.358

[5] Kean, S. (2010). The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the World from the Periodic Table of the Elements. United States: Little, Brown and Co.