מארי קירי, ויקפדיה

עשו היסטוריה וכמעט נשכחו: הנשים מאחורי הטבלה המחזורית

הן גילו יסודות חדשים ופענחו תהליכים בסיסיים בגרעין האטום – אך לא תמיד זכו להכרה הראויה להן. כמה וכמה מדעניות מילאו תפקיד מרכזי בפענוח סודות החומר

כאשר דמיטרי מנדלייב פרסם את הטבלה המחזורית של היסודות לפני 150 שנה, הוא סידר בה את 63 היסודות הכימיים שהיו ידועים בתקופתו והשאיר משבצות ריקות עבור יסודות שהיו אמורים לפי הערכתו להתגלות בעתיד. כיום יש בטבלה 118 יסודות, כמעט כפליים מאלה שמנדלייב הכיר. תהליך מילוי המשבצות הריקות בטבלה המחזורית היה כרוך בעבודה מאומצת של מדענים רבים וגם מדעניות רבות. לא פעם, הסיפור שמאחורי גילויו של יסוד חדש מרתק לא פחות מהתגלית המדעית עצמה.

זהו סיפורן של כמה מהנשים שמאחורי הטבלה המחזורית – אלה שגילו יסודות חדשים או תרמו תובנות משמעותיות בפיזיקה הגרעינית. דומה שלמרות תרומתן המשמעותית של מדעניות רבות, פעמים רבות המשבצת שלהן נותרה רחוקה מאור הזרקורים.

 
 
 
 
 
 

מארי קירי: רדיואקטיביות ופרסי נובל

בשנת 1891 נסעה מריה סקולדובסקה מפולין לפריז כדי ללמוד מתמטיקה ופיזיקה באוניברסיטת סורבון. היא הצטיינה בלימודיה, ובסיומם המשיכה לדוקטורט במעבדת המחקר של פייר קירי (Curie), ובהמשך התחתנה עמו ואימצה את שם משפחתו.

במסגרת עבודת הדוקטורט חקרה קירי סוג חדש ולא מוכר של קרינה שפלטו מלחי אורניום. את הקרינה הזאת גילה בשנת 1896 הפיזיקאי הצרפתי אנרי בקרל (Becquerel), אך לא הבין את טיבה. לאחר מחקר מאומץ הבינה קירי כי הקרינה הזאת היא תכונה של האורניום עצמו ואינה נובעת מתנאי הסביבה. מכאן היא הסיקה שמדובר בקרינה שנפלטת מאטומי האורניום באופן ספונטני. לכן היא כינתה אותה "רדיואקטיבית", כלומר "קורנת באופן פעיל". על הגילוי הזה זכתה קירי בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1903, במשותף עם בקרל ובעלה פייר.

בשנת 1898 הבחינה קירי שעפרות אורניום מסוימות פלטו קרינה חזקה יותר מהאורניום עצמו. מכאן היא הסיקה שכנראה יש בהן יסוד נוסף, בעל רדיואקטיביות גבוהה יותר. במאמצים ניכרים בודדו לבסוף בני הזוג קירי שני יסודות חדשים: פולניום (מספר אטומי 84) שהיא קראה לו על שם מולדתה פולין, ורדיום (88). על כך זכתה קירי בפרס נובל לכימיה בשנת 1911 (פייר נהרג בתאונה ב-1906), ועד היום היא האדם היחיד שזכה בפרסי נובל בשני תחומים מדעיים שונים.

 מארי קירי
 

מארי קירי ( ויקיפדיה)

 

סטפני הורוביץ: איזוטופים ראשונים

מילוי החורים בטבלה המחזורית היה משאת נפשם של מדענים רבים. אולם בימי מנדלייב עדיין לא היו מוכרים רבים מחוקי הפיזיקה הגרעינית הידועים לנו כיום. הבנה טובה יותר של הפיזיקה הגרעינית הייתה תנאי הכרחי לגילוי יסודות נוספים.

תופעה מעניינת שהמרוץ אחרי יסודות חדשים יצרה הייתה הגילוי של יסודות "עודפים", עקב תכונה בלתי צפויה של האטום. זה קרה מפני שהגרעין של כל אטום מורכב מפרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי וניטרונים חסרי מטען. האלקטרונים שמקיפים את הגרעין הם חלקיקים בעלי מטען חשמלי שלילי, ומסה נמוכה משמעותית מהפרוטונים והניטרונים. הזהות של כל יסוד נקבעת לפי המספר האטומי שלו, כלומר כמה פרוטונים יש לו בגרעין. למימן, למשל, מספר אטומי 1 כי יש לו פרוטון יחיד, להליום יש שני פרוטונים בגרעין (מספר אטומי 2) ולאורניום יש 92 פרוטונים בגרעין.

אחת הדרכים להוכיח שחומר הוא יסוד חדש היא להראות שהמשקל שלו שונה מכל יסוד מוכר אחר. משקל היסוד נקבע על ידי מספר הפרוטונים והניטרונים בגרעינו, כיוון שמשקל האלקטרונים זעיר ביחס אליהם. עד לראשית העשור השני של המאה הקודמת חשבו המדענים בטעות שיסודות שמשקלם שונה הם בהכרח יסודות שונים. אולם בשנת 1913 המצב השתנה, כשפרדריק סודי (Soddy) הציג את המושג  "איזוטופ" (."אותו מקום" ביוונית), שמתאר יסודות זהים, שנמצאים באותו מקום בטבלה המחזורית (כלומר בעלי אותו מספר של פרוטונים), אך משקלם האטומי שונה מפני שיש להם מספר שונה של ניטרונים.

הרעיון של סודי היה אמור לנקות את הטבלה המחזורית מ"יסודות" מיותרים שלא היו אלא איזוטופים של יסודות מוכרים, אך חסרו לו הוכחות. אישוש מדעי  לרעיון של סודי לא היה בנמצא. כאן הגיעה הכימאית היהודייה-פולנייה סטפני הורוביץ (Horovitz) שהתקבלה באותה שנה למכון לחקר הרדיום בווינה, בהדרכתו של הכימאי האוסטרי אוטו הוניגשמיד (Hönigschmid). במסגרת עבודתה היא שקלה אטומי עופרת (מספר אטומי 82) משני מקורות שונים ומצאה כי בעוד אטום עופרת "רגיל" שוקל 207.19 יחידות משקל אטומיות, אטום עופרת ממכרה מסוים שקל רק 206.736 יחידות משקל אטומיות. ההבדל הזה נחשב משמעותי מספיק כדי להוכיח את קיומם של איזוטופים שונים לאותו יסוד.

עדות למאמץ הרב שהשקיעו הורוביץ והוניגשמיד נמצא במכתב שכתב האחרון לכימאית הנודעת ליזה מייטנר (שנדון בה מיד): "גברת הורוביץ ואנוכי עבדנו עבודת פרך. ביום ראשון, שהיה ממש נאה, נשארנו במעבדה עד 18:00".

למרות תרומתה הקריטית לגילוי איזוטופים, הורוביץ לא המשיכה לעסוק במדע באופן מקצועי. מתכתובת בין מכריה עולה כי לאחר מלחמת העולם הראשונה היא עברה לוורשה. בזמן הכיבוש הנאצי היא נשלחה כנראה למחנה ההשמדה טרבלינקה ונספתה שם.

 סטפני הורביץ
 

סטפני הורביץ ( ויקיפדיה)

ליזֶה מייטנר: מארי קירי הגרמניה

אחת המשבצות שנותרה ריקה לאחר עבודתה של קירי נמצאה רק שלושה מקומות ימינה בטבלה המחזורית מהרדיום. המאמץ למציאת היסוד החסר היה קשה, והראשונה שהצליחה להוכיח את זהותו של יסוד מספר 91 הייתה הכימאית היהודייה-אוסטרית ליזה מייטנר (Meitner).

בשנת 1907, לאחר שסיימה דוקטורט באוסטריה, עברה מייטנר לברלין, שהייתה בימים ההם המקום שאליו עלו לרגל כל המדענים העוסקים בפיזיקה גרעינית. בברלין היא פגשה בין השאר את מקס פלנק (Planck) ואלברט איינשטיין, שהכתיר אותה לימים כ"מארי קירי שלנו".

בנוסף החלה מייטנר החלה לעבוד בשיתוף פעולה פורה ומאוד לא שוויוני עם הכימאי אוטו האן. תחילה עבדה אצלו במרתף ללא תשלום. כשהאן קוּדם למכון הקיסר וילהלם לכימיה בברלין, קודמה גם היא למעמד של עמיתה במכון המחקר, עדיין ללא תשלום.

מכיוון שידעו כי יסודות רבים נוצרים כתוצאה מדעיכה רדיואקטיבית של יסודות כבדים יותר, החלו מייטנר והאן לחפש בשנת 1917 אחר היסוד שהוא ה"אמא" של אקטיניום (89), כלומר יסוד שדעיכה רדיואקטיבית שלו מובילה ליצירת אקטיניום. עבודתם הובילה לגילויו של יסוד מספר 91 – פרוטקטוניום.

בנוסף, מייטנר הייתה גם הראשונה שהבינה לעומק איך מתרחש ביקוע גרעיני: תהליך שבו גרעין של אטום מתפרק לחלקים קטנים יותר תוך שחרור עצום של אנרגיה. מייטנר המשיכה לעבוד עם האן בהתכתבות גם אחרי שברחה לשבדיה ב-1938 עקב עליית הנאצים לשלטון והחלת חוקי הגזע בגרמניה. היא סייעה לו להבין את תוצאות ניסוייו, אך תרומתה החשובה לא קיבלה כל אזכור במאמריו הראשונים על הביקוע הגרעיני, אף שהיא הייתה זו שהבינה את משמעות הניסויים ופיתחה את התיאוריה שמאחורי הביקוע הגרעיני. המחקר של של מייטנר והאן סלל את הדרך לפיתוחה של פצצת האטום ולשימוש בגרעין כמקור אנרגיה. בשנת 1944 קיבל האן פרס נובל בכימיה על גילוי תהליך הביקוע הגרעיני, אך הוא לא הזכיר את תרומתה החשובה של מייטנר לתגלית. לימים זכתה מייטנר לכבוד נעלה אף יותר: יסוד מספר 109 בטבלה המחזורית נקרא על שמה - מייטנריום (Mt), האישה היחידה חוץ ממארי קירי שזכתה להנצחה כזו. 

 ליזה מייטנר
 

ליזה מייטנר ( ויקיפדיה)

מילה לסיום

קירי, הורוביץ ומייטנר הן רק אחדות מהנשים שתרמו תרומה משמעותית להבנת היסודות המרכיבים את העולם. בנוסף להן נוכל לציין את מרגריט פריי (Perey) שגילתה בשנת 1939 את הפרנציום – היסוד הטבעי האחרון שהתגלה; הרייט ברוקס (Brooks) שהייתה שותפה לגילוי הגז ראדון בשנת 1901; ואידה נודאק (Noddack) שגילתה בשנת 1925 את היסוד רניום (מספר אטומי 75). כמו מדעניות רבות אחרות, הן תרמו תרומה משמעותית להבנת היסודות שמרכיבים את העולם שלנו. אך למרבה הצער, לא תמיד זכו להכר הראויה להן.


הכתבה פורסמה לראשונה באתר מכון דוידסון למדע

לרגל שבוע המדע, מכון דוידסון לחינוך מדעי מזמין את הקהל הרחב בין התאריכים 10-14.3.19 לאירועים מדעיים יוצאי דופן שיעסקו בעשיית "סדר מתוך הכאוס". המשתתפים יקבלו הצצה לסודות המדעיים המסבירים את הקשר המפתיע שבין הסדר לבלגן, כדרך חשיפתם לעולם המדע בדרכים יצירתיות ומרתקות באמצעות: סדנאות לילדים, סטנד-אפ, מוזיקה, אמנות, תחרות כישרונות, הרצאות על האנשים מאחורי התגליות הגדולות, הופעות מדעיות ועוד. לפרטים נוספים: https://davidson.weizmann.ac.il/programs