להמציא תוך כדי שינה – כך הגה דמיטרי מנדלייב את רעיון הטבלה המחזורית

שאיפתו של מנדלייב הובילה אותו לגלות את החוקים המחזוריים והוא יצר את הטבלה המחזורית – אחד הסמלים האייקוניים ביותר במדע – כמעט כל אחד מזהה אותה מיד. מעט מאוד יצירות מדעיות זוכות להכרה כזו. בהשתמשו בטבלה המחזורית חזה מנדלייב את קיומם ותכונותיהם של יסודות כימיים חדשים. כאשר התגלו יסודות אלה הובטח מקומו בהסטוריה של המדע.

דימיטרי איבנוביץ מנדלייב (1834-1907)

דימיטרי מנדלייב היה להוט על כימיה. חלומו הגדול ביותר היה למצוא דרך טובה יותר לארגן את התחום.

דימיטרי איבנוביץ’ מנדלייב נולד ב-8 בפברואר 1834 ב-ורחין ארמזיאני במחוז סיביר ברוסיה. משפחתו היתה גדולה באופן יוצא דופן. היו לו 16 אחים ואחיות, אף כי המספר המדוייק אינו ידוע.

אביו היה מורה, בוגר המכון להכשרת מורים בסנקט פטרסבורג. כאשר אביו התעוור פתחה אימו מחדש בית חרושת לזכוכית שפתחה המשפחה ונסגר. אביו מת כאשר מנדלייב היה בן 13 והמפעל לזכוכית נשרף כאשר היה בן 15.

בגיל 16 עבר מנדלייב עם משפתו לסנקט פטרסבורג שהיתה אז בירתה של רוסיה. הוא התקבל לאתו מוסד בו למד אביו והוכשר כמורה. בגיל 20 הראה מנדלייב את ההבטחה הטמונה בו כאשר פרסם מאמרי מחקר מקוריים. הוא סבל משחפת ולעיתים קרובות עבד ממיטתו. הוא סיים את בית הספר למורים כסטודנט מצטיין למרות העובדה שהמזג הבלתי נשלט שלו גרם לו להיות לא פופולרי בקרב מוריו ועמיתיו הסטודנטים.

בשנת 1855 בגיל 21 התקבל מנדלייב לעבודה כמורה למדעים בסימפרופול בחצי האי קרים אך חזר במהרה לסנקט פטרסבורג, שם החל ללמוד לימודי תואר שני בכימיה באוניברסיטת סנקט פטרסבורג. הוא קיבל את התואר כבר ב-1856.

כימיה

מנדלייב שהוכשר הן כמורה והן ככימאי אקדמי בילה את מרבית זמנו בשתי המקצועות לפני שניתנה לו מלגה שאיפשרה לו לבצע מחקרים בכימיה במערב אירופה. הוא בילה את 1859 ומרבית 1860 בהיילדברג שבגרמניה שם התמזל מזלו לעבוד לזמן קצר עם רוברט בונזן באוניברסיטת היילדברג. בשנת 1860 גילו בונזן ועמיתו גוסטב קירכהוף את היסוד צזיום באמצעות שימוש בספקטרוסקופ כימי – שיטה שהם פיתחו בעצמם ושבונזן הציג אותה גם בפני מנדלייב. ב-1860 גם השתתף מנדלייב בכינוס הבינלאומי הראשון שלו בתחום הכימיה בקארלסרוהה, גרמניה. מרבית הדיונים בכנס עסקו בצורך לבצע סטנדרטיזציה בכימיה. כינוס זה שיחק תפקיד מפתח בפיתוח הטבלה המחזורית של היסודות. הטבלה התבססה על משקל אטומי והוא היה עד להסכמה להגיע לשיטה סטנדרטית לקביעת משקלים אלו. בכינוס זה הוא גם למד על חוק אבוגדרו שגרס כי “כל הגזים באותו נפח, טמפרטורה ולחץ מכילים את אותו מספר מולקולות”.

עם שובו לסנקט פטרסבורג ב-1861 ללמד במכון הטכנולוגי, הפך מנדלייב נלהב אף יותר ממדע הכימיה. הוא גם חשש שהכימיה ברוסיה משתרכת מאחורי הרמה המדעית שחווה בגרמניה. הוא האמין ששיפור ספרי הלימוד לכימיה בשפה הרוסית הוא הכרחי והוא היה נחוש לעשות משהו בנדון. הוא עבד כמו שד. בתוך 61 יום שפך הצעיר בן ה-27 את כל הידע שלו בכימיה בספר לימוד בן 500 עמודים – “כימיה אורגנית”. ספר זה זכה בפרס דומידוב והציב את מנדלייב בחזית תחום החינוך הכימי ברוסיה.

מנדלייב היה מורה ומרצה כריזמטי ומילא מספר תפקידים אקדמיים עד שבשנת 1867 – כשהוא בסך הכל בן 33 הוא זכה בתפקיד ראש הקטדרה לכימיה כללית באוניברסיטת סנקט פטרסבורג.

במעמד יוקרתי זה הוא החליט לדחוף קדימה ולשפר את הכימיה ברוסיה. הםא פרסם את עקרונות הכימיה ב-1869. לא רק שספר הלימוד הזה הפך פופולרי ברוסיה, הוא היה פופולרי במקומות אחרים בעולם כשתורגם לאנגלית צרפתית וגרמנית.

הטבלה המחזורית

באותה תקופה הכימהי היתה עבודת טלאים של תצפיות ותגליות.  מנדלייב היה בטוח שישנם עקרונות בסיסיים יותר. רעיון זה נשאר ברקע כאשר החל ב-1869 לכתוב את הכרך השני של ספרו עקרונות הכימיה.

בלב הכימיה היו היסודות. “מה הם יכולים לחשוף בפנינו אם נמצא דרכים לארגן אותם באורח הגיוני”? שאל.

הוא כתב את שמותיהם של 65 היסודות הידועים באותה תקופה על כרטיסים, כמו קלפי משחק – יסוד אחד בכל קלף. לאחר מכן הוא כתב את התכונות הבסיסיות של כל יסוד באותו הכרטיס, לרבות משקלו האטומי. הוא ראה כי המשקל האטומי היה חשוב משום שהוא השפיע על התנהגות היסודות שנראתה כחוזרת על עצמה כאשר המשקל האטומי עלה – אך הוא לא ראה עדיין את התבנית.

הוא היה משוכנע שגילה משהו משמעתי. הוא הזיז את הכרטיסים ממקום למקום ושינה את הסדר עד שלבסוף נרדם על שולחן העבודה.  כאשר התעורר הוא גילה כי תת ההכרה עשתה את העבודה עבורו. כעת הוא ידע מהי התבנית שיסודות עקבו אחריה. מאוחר יותר כתב: “בחלומי ראיתי טבלה שבה כל היסודות נופלים למקום המיועד להם. כשהתעוררתי כתבתי זאת מייד על נייר.”

נדרשו לו שבועות אחדים לפרסם את היחס בין המשקלים האטומיים של יסודות לבין תכונות החומר. הטבלה המחזורית כבר שוחררה לעולם המדעי.

מדוע הייתה הטבלה המחזורית של מנדלייב מוצלחת?

כמו תגליות רבות במדע, יש זמן שבו רעיון הופך בשל לגילוי, וזה היה המקרה של הטבלה המחזורית בשנת 1869. לוותר מאייר, למשל, הציע טבלה מחזורית מחוספסת בשנת 1864. ב-1868 המציא כימי אחר טבלה שהיתה דומה מאוד לזו של מנדלייב, אך הוא לא פרסם אותה עד 1870.

ג’ון ניולנדס פרסם טבלה מחזורית בשנת 1865. ניולנדס זיהה את ההתנהגות המחזורית של היסודות וכתב: “כל יסוד נתון יגלה התנהגות דומה ליסוד השמיני בעקבותיו באותה בטבלה” גם ניולנדס חזה את קיומו של יסוד חדש (גרמניום) המבוסס על פער בטבלה שלו. לרוע מזלו של ניולנדס, התעלמו מעבודתו.

הסיבה מנדלייב הפך למנהיג של הקבוצה הייתה כנראה בגלל שהוא לא רק הראה כיצד היסודות יכולים להיות מאורגנים אלא אף חזה התנהגות של יסודות שטרם התגלו. הוא טען כי הסיבה לכך שחלק מהיסודות שהתנהגותם לא עולה בקנה אחד עם תחזיותיו היתה כי המשקלים האטומיים שלהם נמדדו באופן שגוי. מנדלייב חזה קיומם של שמונה יסודות חדשים וניבא את מאפייניהם. מסתבר שכאשר כימאים בדקו את המשקלים האטומיים הסתבר שהמדידות הקודמות היו שגויות ומנדלייב צדק. כעת החלו כימאים בכל העולם להתשתמש בטבלה.

ככל שהתגלו יסודות חדשים המתאימים לניבוי שלו עלה מוניטין התהילה המדעית של מנדלייב. בשנת 1905, נתנה לו החברה המלכותית הבריטית את אות הכבוד הגבוה ביותר שלה, מדליית קופלי, ובאותה שנה הוא נבחר לאקדמיה השוודית המלכותית למדעים.

היסוד ה-101 נקרא מנדלביום לכבודו.

עוד בנושא באתר הידען:

• הושלמה השורה השביעית בטבלה המחזורית של היסודות
• בקיעים בטבלה המחזורית
• הטבלה אינה משקרת
• נצחונה של הכימיה