הטבלה אינה משקרת

באינטואיציה גאונית ותעוזה הצליח פרופסור רוסי צעיר, דמיטרי איוונוביץ’ מנדלייב, ליצור מערכת שסיכמה את הידע הקיים ומאפשרת גם היום מבט אל העתיד

8 בפברואר 2016 – להמציא תוך כדי שינה – על הולדת רעיון הטבלה המחזורית בידי דמיטרי מנדלייב

נצחונו הגדול של מנדלייב היה בניבוי יסודות שטרם התגלו במאגרי המידע של החברה האמריקאית לכימיה, הנחשבים למקיפים ולמעודכנים ביותר, רשומים יותר מ-30 מיליון חומרים. אבל מאגר אחר, שבו עמוד אחד, טומן בחובו ידע לא רק על החומרים הקיימים, אלא גם על אלה שעוד ייווצרו: “הטבלה המחזורית של היסודות”.

הידע שבה אין-סופי: נדרשת רק מעט הבנה על אופן הארגון שלה ועל עקרונות הקישור הכימי בין אטומים – ויש בה כדי להנחות גם היום את כל מי שעוסק במדעי החומר. מדהים לגלות שהטבלה המעודכנת של שנת ,2001 אשר רשומים בה 115 יסודות – בכללם 23 מעשה ידי אדם – אינה שונה בבסיסה מזו שהגה דמיטרי איוונוביץ’ מנדלייב ב-,1869 שעה שהעולם המדעי הכיר רק 63 יסודות, ולאיש לא היה מושג על מבנה האטום. באמצעות אינטואיציה גאונית ותעוזה, הצליח פרופסור רוסי צעיר ליצור מערכת שסיכמה את הידע הקיים, קישרה בין עובדות ומאפשרת גם היום מבט אל העתיד.

סיפורו של מנדלייב התחיל בעיר טובולסק בסיביר, שם נולד ב-1834 כבן הזקונים למשפחה ברוכת ילדים (לא ברור אם היה הילד ה-14 במספר או ה-17). למורת רוחו, נאלץ הנער להתמקד ביוונית ובלטינית בבית הספר. למדע נחשף בשיעורים פרטיים אצל פעיל פוליטי שהוגלה לסיביר ונשא לאשה את אחת האחיות הבוגרות לבית מנדלייב. ככל הנראה, בנוסף לחינוך מדעי, קיבל מחונכו-גיסו גם חיזוקים לנכונותו להעז ולא להיכנע למוסכמות. אך לימים טען מנדלייב שאמו היא שתרמה יותר מכל לחינוכו ולגיבוש אישיותו.

אביו, מורה לספרות, התעוור סמוך ללידתו של צעיר ילדיו. עול פרנסת המשפחה הוטל איפוא על אמו, שהחלה להפעיל ברוב תושייה בית חרושת לזכוכית. בתוך שנה אחת מת אביו ונשרף בית החרושת של אמו, והאשה הנמרצת החליטה לעקור למוסקווה כדי לטפח את כישרונותיו הנגלים של בן זקוניה. אולם המוסדות להשכלה גבוהה בעיר הגדולה נעלו את שעריהם בתירוצים של העדר מכסת קבלה ורמה בלתי מספקת של סטודנטים מסיביר. גם בסנט פטרבורג היו השערים נעולים. כשנוכחה לדעת שאין די בכישרון, הפעילה קשרים: המנהל של המכון הפדגוגי המרכזי בסנט פטרבורג היה ידיד של בעלה המנוח, וכך התקבל מנדלייב הצעיר ללימודים.

אף שלא היתה זו אוניברסיטה כי אם מכללה למורים, קיבל מנדלייב הכשרה מדעית מצוינת בזכות חברי סגל האוניברסיטה שלימדו גם במכללה ואיפשרו לו לעסוק במחקר. לאחר שהוסמך כמורה זכה במלגת הצטיינות שאיפשרה לו להשתלם במרכזי העשייה המדעית של אותם ימים בצרפת ובגרמניה. כשחזר לרוסיה עבד בבית ספר טכני ואחר כך מונה לפרופסור לכימיה באוניברסיטת סנט פטרבורג. אז נעשה למרצה נערץ: בהופעה נלהבת ואקסצנטרית (עם רעמת שיער וזקן שטרח לספר רק פעם בשנה ומזג סוער שירש, לדבריו, מאבות אבותיו הטטארים) הציג חידושים מחזית המדע, חינך לחשיבה מדעית, וסחף אחריו רבים.

אלא שדבר מה הטריד את מנוחתו. כמורה, העדר ספר כימיה מעודכן ברוסית היה בלתי אפשרי בעיניו. הוא החליט איפוא לגשת לכתיבה, אלא שאז מצא את עצמו נאלץ להתמודד עם התוהו ובוהו ששרר בעולם הכימיה. המאה ה-19 שקקה פעילות כימית ומראשיתה ועד מחציתה הוכפל מספר היסודות המוכרים. אך הידע שהצטבר היה מגובב, ומנדלייב הגיע למסקנה שלא יוכל לכתוב ספר ראוי כל עוד לא ייצור מבנה מאורגן ליסודות השונים.

כך, משיקולים דידקטיים, ניגש למשימה מדעית שהדידה שינה מעיני רבים לפניו. נקודת המוצא של מנדלייב, כמו של קודמיו, היתה שהעולם לא יכול להיות מבוסס על אוסף מקרי של חלקיקים, וכי חיפוש חוקיות בתכונות של יסודות חייב להיות קשור לסידורם במשקל אטומי עולה.

מנדלייב נהג לשחק סוליטייר בנסיעותיו הארוכות מביתו בעיר לאחוזתו בכפר. גם למחקר שלו ניגש כאל משחק קלפים. לכל יסוד הכין כרטיס עם שמו ותכונותיו, ואת 63 הכרטיסים פרש בסדר עולה של משקלים אטומיים: מאטום המימן, שלו יוחס הערך ,1 ועד ליסוד עופרת – שהאטום שלו כבד ממימן פי .207 לאחר מכן ניסה למיין אותם על פי קווי דמיון שונים, פעם ועוד פעם.

וביום שני, 17 בפברואר ,1869 לפתע פתאום, הסתדר הכל. מנדלייב מצא שכאשר היסודות מסודרים בסדר עולה של משקלים אטומיים, תכונותיהם משתנות בהדרגה ובמחזוריות: לאחר כל כמה יסודות, שב ומופיע יסוד שתכונותיו והתנהגותו דומים ליסוד שהופיע קודם לכן. בטבלה שלו סידר מנדלייב את היסודות כך שבשורות האופקיות – “מחזורים” – השתנו התכונות בהדרגה; ואילו בטורים האנכיים – “משפחות” – ניצבו יסודות דומים.

איך הצליח מנדלייב במשימה שבה כשלו קודמיו, ומדוע מזוהה שמו עם הטבלה המחזורית בעוד שהגרמני לותר מאייר, אשר הציג טבלה דומה באותה עת, מופיע בהיסטוריה כנספח לסיפורו?
התשובה מורכבת. כשם שקשה להרכיב פאזל כשחסרים חלקים, קשה היה לגלות תבנית כשמספר היסודות המוכרים היה קטן, וחלק מהנתונים מוטעים. כך, למשל, על פי המשקלים האטומיים הידועים אז, היסוד בור, ,B היא אמור להופיע לפני בריליום, ,Be אך התכונות הכימיות הצביעו על סדר הפוך. חדור באמונה במחזוריות ובמשפחתיות, החליט מנדלייב שיש טעות במשקלים ומיקם את היסודות בסדר שנראה לו נכון. ניסויים שנעשו אחר כך הוכיחו כי צדק.

ניצחונו הגדול היה בניבוי יסודות שטרם התגלו. בשביל אלה השאיר מנדלייב משבצות ריקות עם סימני שאלה וניבא את תכונותיהם. נכונות נבואותיו אושרה בראשונה עם גילוי היסוד גליום ב-.1875 בדיווח הראשון על הגליום נמצאה אי התאמה במשקל הסגולי שלו, והיו מי שניצלו זאת להעלאת ספקות באשר לרעיונותיו של מנדלייב. אך הוא דבק בשלו, הודיע שהמדידות מוטעות – ושוב צדק.

מנדלייב חש את החוקיות אף כי לא יכול להסביר אותה. ההסבר הגיע לאחר מותו, כאשר פוענח מבנה האטום. התברר שהמחזוריות בתכונות הכימיות לא תלויה במשקלים אלא במספרים האטומיים, כלומר במספר הפרוטונים המצויים בגרעין האטום. למזלו של מנדלייב, למעט מקרים יחידים, ככל שגדל המספר גדל גם המשקל. אך היה לו הרבה יותר ממזל: הוא חזה את התמונה הגדולה, הלך לאורה ולא נתן לחריגות להסיח את דעתו. מדענים אחרים שניסו לארגן את היסודות חששו משבירת מסגרת כשיסוד לא התאים למקומו, לא עסקו בניבוי יסודות ולא נלחמו על רעיונותיהם כפי שעשה מנדלייב. מסיבה זו, שמו של מנדלייב – ולא שם אחר – הוא שמזוהה עד היום עם הטבלה.

מנדלייב היה איש עקרונות, ולא רק בתחום עיסוקו. הוא תמך בהתארגנות פוליטית של סטודנטים והתפטר לאות מחאה על שהשלטונות דחו עצומה שהגיש למען יותר חופש בתחומי האוניברסיטה. הוא לא חזר בו ועבר לעבוד כמנהל מכון התקנים הרוסי. למרות תרומותיו האחרות למדע, ובכללן פיתוח תעשיות הנפט של רוסיה, מעולם לא נבחר לאקדמיה הרוסית למדעים.

ואולם, אף שהיה מסוכסך עם הממסד נטה לו הצאר חסד. בהיותו בן 48 התאהב בסטודנטית צעירה והתחתן אתה בטרם הוסדרו גירושיו מאשתו הראשונה. השמועות מספרות כי אציל רוסי שנקלע למצב דומה של ביגמיה וננזף על ידי הצאר, התלונן: “למה למנדלייב מותר ולי אסור?” תגובתו של הצאר היתה “למנדלייב אולי יש שתי נשים, אבל לי יש רק מנדלייב אחד”.

חלוקת פרסי נובל החלה בשנת .1901 מועמדותו של מנדלייב הוגשה בשנים 1905 ו-,1906 אך הוא לא זכה בפרס. העובדה שפעל ברוסיה, הרחק ממרכזי המדע המובילים, לא הועילה, וכמוה העובדה שעד למותו, ב-,1907 לא נמצא הסבר להתנהגות המחזורית. האם אופיו והתנהגותו הבלתי ממוסדת הם שמנעו ממנו את הפרס, או שמא נכשל עולם המדע בהערכת חזון ויצירתיות?

* הד”ר חנה ארזי היא מנהלת חמד”ע, המרכז לחינוך מדעי בתל אביב

לאתר חמד”ע

עוד בנושא באתר הידען – נכון לפברואר 2016

• להמציא תוך כדי שינה – על הולדת רעיון הטבלה המחזורית בידי דמיטרי מנדלייב
• הושלמה השורה השביעית בטבלה המחזורית של היסודות
• בקיעים בטבלה המחזורית
• נצחונה של הכימיה