החוקר שחישמל את הכימיה

בשנת 1864 פרסם הסופר הצרפתי ז'ול ורן, מחלוצי המדע הבדיוני, את ספרו "מסע אל בטן האדמה". גיבורו של הספר הוא גיאולוג המוביל מסע חקר אל עומק האדמה, והמספר, אחיינו, מציג את דודו בפרק הראשון כאחת הדמויות המובילות במדע של זמנו. "שמו יצא לפניו באולמות האוניברסיטה ואגודות המדעים הלאומיות. מסיה המפרי דֵייוִוי, מסיה דה הוֹמְבּוֹלְדְט והקפטנים פרנקלין וסַבִּין מעולם לא החמיצו הזדמנות לבקר אצלו" (תרגום: עמנואל פינטו).

העובדה שז'ול ורן, חובב החידושים המדעיים, בחר להציג את המפרי דייווי כדוגמה למדען בעל שם ממחישה את רום מעמדו של דייווי בקהילה המדעית של תקופתו. העובדה שהוא עשה זאת בספר שראה אור 35 שנים אחרי מותו של דייווי ממחישה את עומק החותם שהוא הותיר במדע של המאה ה-19, ועוד שנים רבות לאחר מכן.

רוקח בדרך

המפרי דֵייוִוי (Davy) נולד ב-17 בדצמבר 1778 בעיירה פנזנס שבחצי האי קורנוול, בקצה הדרום מערבי של האי בריטי. הוא היה הבכור מחמשת ילדיהם של בני זוג מהמעמד הבינוני-נמוך. אביו היה בעל משק שעסק גם בגילוף עץ ואמו ניהלה חנות כובעים, אך שניהם לא ראו ברכה כלכלית בעמלם, והמפרי הילד נשלח להתגורר אצל סבו החורג – רופא שאימץ את אמו כשהתייתמה בילדותה.

כשהיה המפרי בן 16 מת אביו, והוא שמע בעצת הסב המאמץ שהמליץ לו לשמש שוליה בבית מרקחת מקומי כדי לסלול את דרכו להיות רוקח, או להמשיך ללימודי רפואה. בבית המרקחת נשבה דֵייוִוי הצעיר בקסמי הכימיה, והחל ללמד עצמו כל מה שהיה יכול, כולל קריאת ספרו של הכימאי הצרפתי הנודע אנטואן לַבוּאָזְיֶה על יסודות הכימיה. באותה תקופה גם התיידד עם הכימאי גרגורי ואט, בנו של המהנדס והממציא הנודע ג'יימס ואט (Watt), שבא לקורנוול להתאושש ממחלת השחפת ושכר חדר אצל אמו של דֵייוִוי.

בהשפעת החומר שלמד ושיחותיו עם ואט החל דֵייווִי לעשות ניסויים משלו, ופיתח תיאוריה על חום ואור. הוא שלח את המאמר לרופא והכימאי תומס בֶּדוֹז (Beddoes) מבריסטול. בדוז התרשם מכישוריו של המדען הצעיר, והזמין אותו לשמש עוזרו במכון שהקים זה עתה לחקר הפוטנציאל הרפואי של גזים.

צחוק ורצינות

עוד לפני גיל 20, ובלי שום השכלה רשמית, החל דֵייווִי לעבוד ב"מכון הפנאומטי", שם החליט לבדוק על עצמו כיצד משפיעה תחמוצת חנקן (N₂O) על גוף האדם. הוא גילה עד מהרה את ההשפעה המשכרת של הגז, שקיבל את הכינוי "גז צחוק". הגז המערפל את החושים הפך לשעשוע של החברה הגבוהה, ושמו של דייווי הפך מוכר יותר.

כשסבל מכאב שיניים גילה דֵייווִי שהגז גם מפחית את תחושת הכאב, ואף הציע שימוש בתחמוצת החנקן להפחתת כאב בניתוחים, אבל חלפו כמעט 50 שנה בטרם הפך רופא השיניים האמריקאי הוראס ולס (Wells) לחלוץ ההרדמה הרפואית.

דייווי עשה ניסויים נוספים בשאיפת גזים שונים, תוך סיכון לא מבוטל. שאיפת גז של חומצה חנקתית (HNO₃) גרמה נזק ניכר לדרכי הנשימה שלו, וניסוי בגז אחר – תערובת של מימן ופחמן חמצני (CO) – כמעט גבה את חייו. למזלו הוא איבד את הכרתו לפני שהספיק לשאוף גז רב, ואחר כך שב לאיתנו.

ב-1800 פרסם ספר עב כרס המסכם את מחקריו בנושא הגזים. במקביל, הוא החל לעבוד על מחקרים ראשונים בנושא החשמל. דייווי שחזר את עבודתו של ווֹלְטָה שייצר באותה תקופה את הסוללה הראשונה, וביצע ניסויים שהמחישו את הקשר בין כימיה לחשמל.

הגז והצחוק. קריקטורה של דייווי (מחזיק מפוח) בהרצאה על גזים במכון המלכותי | מקור: Science Photo Library

המכון הנכון

ב-1799 נוסד בלונדון המכון המלכותי, מוסד שתפקידו גם לעסוק במחקר וגם להנחיל לציבור הרחב את הידע המדעי. הפרופסור הראשון שנבחר לנהל את המכון היה תומס גַארְנֶט (Garnett). דייווי, ששמו כבר הלך לפניו ככוכב עולה בשמי הכימיה וגם כמרצה טוב, הוזמן ב-1801 לשמש מרצה-עוזר, וכן לנהל את המעבדה הכימית ולסייע בעריכת כתב העת של המכון.

באביב 1801 פתח דייווי את סדרת ההרצאות הראשונה שלו במכון. הסדרה עסקה באלקטרוכימיה, ובהרצאות הציג דייווי בליווי הדגמות את החידושים האחרונים בתחום, בכלל זה עבודותיו שלו. הוא היה מרצה מרתק וכריזמטי, והרצאותיו משכו קהל רב, כולל לא מעט מעריצות צעירות.

לאחר הסדרה המוצלחת על חשמל וכימיה העביר דייווי סדרת הרצאות נוספת על הקשר בין כימיה לחקלאות, שגם היא זכתה להצלחה עצומה. ב-1802 התפטר גארנט מניהול המכון בשל בריאות רופפת ודייווי מונה להחליפו, אף שהיה בן 23 בלבד וחסר כל השכלה פורמלית מעבר לבית ספר יסודי.

יסודות החשמל

במעבדת המחקר במכון הרכיב דייווי "ערימה וולטאית", שהייתה למעשה סוללה פשוטה – לוחיות של אבץ וכסף או נחושת, המופרדות בבד ספוג בחומצה. התגובה הכימית עם החומצה גורמת לכך שבאבץ נותרים אלקטרונים חופשיים, בעוד בנחושת או בכסף חסרים אלקטרונים. כלומר, נוצר מתח חשמלי בין שתי המתכות, ואם מחברים אותן בחוט מוליך, האלקטרונים עוברים בו ויוצרים זרם חשמלי.

דייווי בדק את השפעתו של הזרם החשמלי על חומרים שונים, בעיקר על מלחים, משום שתמיסות מלח מתפרקות בהשפעת זרם חשמלי לאטומים הטעונים המרכיבים אותן. תהליך הפירוק באמצעות זרם חשמלי מכונה אלקטרוליזה, והוא איפשר לדייווי לגלות יסודות חדשים, שלא היו מוכרים למדע בזמנו.

ב-1807 העביר דייווי זרם חשמלי בתמיסה של סודה קאוסטית, NaOH, הצליח לפרק אותה למרכיביה ולבודד את המתכת התורמת את היון החיובי לתמיסה. מאוחר יותר קיבלה המתכת את השם "נתרן" (Natrium, ובאנגלית: Sodium). באופן דומה הוא הצליח לבודד אשלגן מחומר בשם פוטאש (Potash, כיום אנו יודעים שזהו אשלגן הידרוקסי – KOH).

בשנים הבאות המשיך דייווי את ניסויי האלקטרוליזה ושכלל אותם, וגילה עוד שורה ארוכה של יסודות: בריום (Ba), סידן (Ca), סטרונציום (Sr), מגנזיום (Mg) ובורון (B). כבר ב-1774 גילה הכימאי השוודי קרל שלה (Scheele) את חומצת הכלור, אך כמו רבים אחרים הוא סבר שהיא מבוססת בעיקר על חמצן. דייווי הצליח להוכיח כי אף על פי שמדובר בחומר חומצי, הוא אינו מכיל חמצן, וכך הביא לשינוי ההגדרה של חומצה שהייתה מקובלת בימיו. לאחר מכן הוא הצליח לבודד את הכלור, הוכיח שזה יסוד חדש למדע ונתן לו את שמו הנגזר מהמילה היוונית "כלורוס" – ירוק צהבהב – על שם צבע התמיסה.

הערימה הוולטאית במכון המלכותי הורכבה מ-200 קבוצות של לוחות מתכת, והיתה החזקה בעולם | מקור: Science Photo Library

השוליה והקוסם

ב-1812 נפגע דייווי מפיצוץ במעבדה בעת ניסויים בחנקן תלת-כלורי (NCl₃), חומר נפיץ ומסוכן. הפציעה לא הייתה בלתי הפיכה, אבל הגבילה לכמה חודשים את תפקודו. לתקופה זו הוא שכר את שירותיו של כימאי צעיר, שגם הוא הגיע מבית עני ולמד בעצמו את כל מה שידע. שמו היה מייקל פאראדיי (Faraday), והוא נחשב כיום לאחד המדענים הגדולים בהיסטוריה.

פאראדיי, שעבד אז כשוליה של כורך ספרים, לא רק האזין בשקיקה לסדרת הרצאות של דייווי: הוא גם סיכם אותן בכתב, כרך את סיכומיו ושלח אותם למדען הנערץ. דייווי זיהה את הכישרון, וכשנפצע הציע לו לשמש מעין עוזר אישי. כשהחלים די הצורך, השאיר את פאראדיי במכון כעובד מעבדה, חנך אותו בעבודה ובהמשך גם מינה אותו למחליפו בראש המכון המלכותי.

לצד השיאים בעבודתו המקצועית, 1812 הייתה גם שנה סוערת בחייו האישיים. הוא קיבל תואר אבירות והפך ל"סר המפרי", ונשא לאישה את ג'יין אפריס (Apreece), אלמנה שירשה הון רב מבעלה המנוח. ב-1813 יצא למסע של כמה חודשים באירופה עם רעייתו הטרייה ועם פאראדיי, ששימש גם עוזר מדעי וגם מעין משרת אישי לבני הזוג. מטרתו העיקרית של הסיור היה קבלת פרס יוקרתי מקיסר צרפת נפוליון בונפרט על עבודתו המדעית – הישג מרשים במיוחד בהתחשב בעובדה שאנגליה וצרפת היו בעיצומה של מלחמה ביניהן.

הפנס שהציל חיים

כשחזר דייווי לאנגליה ב-1815, הוא התבקש לרתום את כישוריו וידיעותיו בכימיה לפתרון בעיה מעשית. איגוד של כורי פחם פנה אליו בבקשה לפתח מנורה בטיחותית שתמנע פיצוצים במכרות. כורי פחם נתקלים לעיתים בכיסים של גז מתאן (CH₄). כשהגז פוגש חמצן בנוכחות הלהבה במנורות השמן של הכורים, הוא מתלקח במהירות ויוצר פיצוץ עז וקטלני.

לאחר שבחן דייווי את הבעיה, הוא פיתח מנורה שהלהבה בה מוקפת ברשת ברזל צפופה. החורים ברשת גדולים מספיק כדי לאפשר אספקה של חמצן, וכמובן מאפשרים גם לאור להתפזר סביב, אך הם קטנים מספיק בכדי למנוע מהלהבה להתפשט מחוץ לרשת.

אף על פי שכמה חוקרים אחרים פיתחו מנורות בטיחות המבוססות על עקרון דומה, התכנון של דייווי (ויש הטוענים שגם של פאראדיי) היה כנראה מוצלח יותר, וגם פרסומו הרב ודאי לא הזיק. המנורה שפיתח הפכה נפוצה מאוד במכרות, והצילה את חייהם של כורים רבים. בזכות התכנון שלה, הלהבה במנורה לא יכלה להתפשט מחוץ לרשת, אך גדילתה הפתאומית שימשה מעין מנגנון התרעה על נוכחות של גז דליק. כמו כן, בגלל הרשת הלהבה הייתה רגישה יותר לירידה בריכוז החמצן באוויר, לכן המנורה גם שימשה גלאי יעיל לנוכחות גזי חנק כמו פחמן דו חמצני (CO₂) עוד בטרם ריכוז החמצן ירד לרמה קטלנית.

אור בטיחותי. ציור של דייווי מדגים לעובדים במכרה פחם את המנורה שפיתח | מקור: Science Photo Library

הקרב על הספינות

בשנים הבאות נהנה דייווי ממעמד רם במיוחד בקהילה המדעית. ב-1820 הוא נבחר לנשיא החברה המלכותית, שהייתה אז הגוף המדעי החשוב ביותר בבריטניה וכנראה בעולם כולו. הוא זכה בעוד פרסים ואותות הוקרה, ונהנה מהרווחה הכלכלית שסיפקו לו הצלחתו המקצועית ונישואיו.

אף על פי כן, הוא לא זנח את העבודה המדעית והמשיך להתמודד עם אתגרים מחקריים. בין השאר הוא התבקש לסייע בפתרון בעיית הפפירוסים מהרקולנום: מגילות מפוחמות שנתגלו בחפירות העיירה הרומית הסמוכה לפומפיי, שחרבה גם היא בהתפרצות הר הגעש וזוב בשנת 79 לספירה. ארכיאולוגים ביקשו לפרוש בזהירות את המגילות כדי לנסות לפענח את תוכנן, בלי שייהרסו. דייווי רשם הצלחה חלקית בעזרת שימוש בגז כלור, אך הודיע כי הוא זונח את הנושא משום שמנהלי המוזיאון בנפולי מפריעים לעבודתו במקום לסייע.

ב-1822 פנה הצי הבריטי לדייווי בבקשה שיסייע להם לפתור בעיה קשה אחרת. מאז אמצע המאה ה-18 ציפה הצי את החלק החיצוני של הספינות ביריעות נחושת, כדי להגן על קורות העץ מפני צדפות חסרות קונכיה שהתחפרו בעץ, ניזונו ממנו ובסופו של דבר פירקו את הספינה. ואולם, מי הים המלוחים איכלו בהדרגה את לוחות הנחושת, והצי ביקש למצוא פתרון כימי שיגן עליהם. דייווי ופאראדיי עשו ניסויים במבדוק של הצי בפורטסמות', והציעו להוסיף לציפוי פיסות ברזל או אבץ, וליצור הגנה קתודית – האבץ והברזל יתחמצנו במים במקום הנחושת, ויגנו עליה.

השיטה הזו מכונה כיום "אנודות הקרבה", משום ש"מקריבים" מתכות אחרות כדי להגן על מתכת יקרה יותר, וצריך להחליפן מדי פעם. השיטה שפיתח דייווי נמצאת עדיין בשימוש בהגנה על מנועים של כלי שיט ועל צינורות תת ימיים או תת-קרקעיים. עם זאת, המיזם שלו להגן על ספינות הצי נכשל בזמנו. הסיבה הייתה שלוחות האבץ יצרו סביבה עשירה בחומרי מזון צמוד לגוף הספינה, מה שגרם לחלזונות ואצות להיצמד בהמוניהם אל לוחות הנחושת, עד כדי פגיעה בתפקוד של הספינה. ב-1825 החליט הצי לוותר על השימוש באנודות ההקרבה (שיטה המכונה גם "הגנה קתודית"), וגאוותו המקצועית של דייווי נפגעה קשות.

המסע האחרון

דייווי לא היה אדם קל. עמיתיו ומתחריו תיארו אותו לא פעם כמי שמתעניין במדע רק כדי להשיג תהילה אישית, ובמקרים רבים פועל משיקולי קנאה קטנוניים. כנשיא החברה המלכותית הוא הצליח להסתכסך עם מדענים רבים, והכישלון בנושא מיגון הספינות העכיר עוד את יחסיו עם רבים מעמיתיו. בנוסף סבל דייווי מבעיות בריאות, חלקן ככל הנראה בשל החשיפה הממושכת לגזים רעילים במעבדתו.

בעקבות הידרדרות בריאותו פרש דייווי ב-1825 מניהול המכון המלכותי, והעביר רשמית את השרביט לפאראדיי. ב-1827 יצא לצרפת ולאיטליה, שם האקלים היה לו נוח יותר. בצעירותו נהג דייווי לכתוב שירה, וכעת שב לתחביבו וכתב ספר בשם "תנחומים במסעות" (Consolations in Travel), הכולל שירים והגיגים על מדע ופילוסופיה. הספר ראה אור רק לאחר מותו, אבל הצליח מאוד והמשיך להימכר גם עשרות שנים לאחר מכן.

בפברואר 1829 לקה דייווי באירוע מוחי, כמה שבועות אחרי יום הולדתו ה-50. הוא התקשה להתאושש ומת ב-29 במאי בחדרו במלון בז'נבה, ולבקשתו גם נקבר בעיר.

למרות שחייו היו קצרים, דייווי חי בדיוק בתקופה של המעבר ממדע חובבני, שכל אחד יכול ללמוד באופן עצמאי ולעסוק בו בביתו, לתחום מקצועי הדורש הכשרה מסודרת. הוא עצמו גילם חלק מהשינוי הזה, משום שהתחיל כחובב אך כאיש המכון המלכותי היה אחד המדענים הראשונים שעסקו בכך במשרה מלאה.

תרומתו של דייווי לא הייתה רק במדע עצמו, אלא גם בהבנת החשיבות של הנחלתו לציבור הרחב, באמצעות ההרצאות הפופולריות הרבות שלו. הצלחתו העצומה בשני התחומים הפכה אותו לא רק לאחד המדענים המפורסמים והידועים במאה ה-19, אלא לגם לחלוץ ששמו ממשיך ללכת לפניו אפילו במאה ה-21.