בצד אחד הכימאים, שמיהרו לאשר לפני שנתיים את ארבעת היסודות החדשים בטבלה המחזורית. בצד השני הפיזיקאים, שהתגליות לא יכלו להיעשות ולהיבדק בלעדיהם. ובין לבין מחלוקת שקשה להפריד בה בין מדע ליוקרה

בשנת 2016 הכריז רשמית האיגוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) על גילוים של ארבעה יסודות כימיים חדשים, שמספריהם האטומיים 113, 115, 117 ו-118. היסודות האלה משלימים את השורה השביעית והאחרונה עד כה בטבלה המחזורית, אם כי אין סיבה להאמין שהם האחרונים. את השמות לכל יסוד בחר הצוות שגילה אותו – ניהוניום, מוסקוביום, טנסין ואוגנסון בהתאמה. אולם מאחורי החגיגות נמצאת מחלוקת סוערת שמשלבת ויכוח מדעי עם מלחמות יוקרה ומעמד.

מאז שדמיטרי מנדלייב הגה את רעיון הטבלה המחזורית, היא העניקה למדענים דרך חדשה להתווכח על השאלה עתיקת היומין – כמה יסודות קיימים בעולם החומרים ומהם בדיוק. בטבלה המקורית היו חורים, וגדולתו של מנדלייב הייתה בכך שהוא לא התייחס אליהם כטעויות אלא כניבויים, וחזה על פי החוקיות שבטבלה את התכונות של היסודות החסרים. כשהיסודות האלה התגלו לבסוף התברר כי תכונותיהם התאימו כמעט במדויק לתחזיותיו. בעקבות זאת התקבלה הטבלה המחזורית על דעת הקהילה המדעית כולה.

מנדלייב סידר את הטבלה שלו לפי משקלי היסודות השונים ותכונותיהם הכימיות, והיום אנחנו יודעים שהמיקום בטבלה מתאים למספר האטומי שלהם: כמה פרוטונים יש בגרעין של כל יסוד. בימיו של מנדלייב, ה"חורים" נמצאו במרכז הטבלה המחזורית, והתאימו ליסודות שהיו בעלי מספר אטומי גדול מיסודות מוכרים מסוימים וקטן מאחרים. לכן היה סביר לשער שהם מייצגים יסודות שקיימים בטבע אך עדיין לא זוהו. אולם בטבע אין כמעט יסודות מעל למספר האטומי 92 – היסוד אורניום, כך שקשה לקבוע עד לאן נמשכת הטבלה. הדבר הניע מדענים בעשורים האחרונים לנסות לייצר במעבדה אטומים של יסודות כבדים יותר, והאחרון שהתגלה עד כה הוא היסוד אוגנסון, שמספרו האטומי הוא 118. נעשו בשנים האחרונות כמה ניסיונות לסנתז יסודות כבדים יותר, אך עד כה ללא הצלחה.

הכימיה של הפיזיקאים

אולם מתברר שהמצב אינו פשוט כל כך. האחריות על ההכרה ביסודות חדשים, מתן השמות עבורם, בדיקת הראיות וכדומה הייתה נתונה מאז ומתמיד בידי כימאים – הם היו אלה שבודדו את היסודות בטבע ובדקו את תכונותיהם. אולם היסודות הכבדים החדשים אינם קיימים בטבע, ומעל לפרמיום, היסוד ה-100, גם אי אפשר לייצר אלא אטומים בודדים שלהם, שכן הם רדיואקטיביים מאוד ומתפרקים במהירות – חלקם תוך פחות מאלפית השנייה.

כיוון שכך, זיהוים חייב להיעשות בשיטות עקיפות, ולא בשיטות הכימיות הרגילות שבאמצעותן מדענים גילו, בודדו וחקרו יסודות בעבר, שיטות שהתבססו על התכונות המקרוסקופיות של אטומים רבים של החומר. לפיכך פיזיקאי הגרעין הפכו להיות מעורבים יותר ויותר בתהליך, ונעזרו במאיצי חלקיקים לייצור היסודות החדשים.

מצב העניינים הזה עורר ויכוח – האם IUPAC הוא עדיין הגוף המוסמך לבדוק את הטענות על גילוי יסודות חדשים, לאשש אותם ולהכריז על הגילוי, או שמא הסמכות צריכה לעבור לידי האיגוד הבינלאומי המקביל לפיזיקה טהורה ויישומית (IUPAP). הוויכוח התעורר ביתר שאת לאחרונה, כשצצו יותר ויותר קולות שטענו כי ההכרזה על גילוי ארבעת היסודות האחרונים הייתה חפוזה מדי.

במיוחד הוטל ספק בשאלה אם כל שלבי התהליך לאישור התגלית נעשו כראוי, כשעיקר המחלוקת נגע ליסודות 115 ו-117, מוסקוביום וטנסין. רוב מהמתנגדים לא פקפקו בכך שהיסודות אכן התגלו, אך סברו ההכרזה הייתה מוקדמת מדי, בלי שהראיות נבדקו במלואן. הרי במדע אין מקום לאמונה, אלא רק להוכחות!

עם זאת, רוב המחלוקת נוגעת לנושא הסמכות. כלומר מדובר בוויכוח בירוקרטי על יוקרה ומעמד, ולא סביר שאף אחד מהארגונים (IUPAC או IUPAP) יחזור בו מהתגלית.


ארבעה יסודות כימיים חדשים, שמספריהם האטומיים 113, 115, 117 ו-118. תמונה: Science Phot Library

מי יכריע?

כבר ב-1999 החליטו שני האיגודים על הקמת פאנל העבודה המשותפת (JWP), שהוא פאנל מומחים שאמור להכריע בנושא של גילוי יסודות חדשים. הפאנל מורכב ומתפרק שוב ושוב מאז הקמתו, כדי לבחון טענות לתגליות כאלה. הוא הורכב בפעם האחרונה בשנת 2012 מצוות שכלל פרופסור לכימיה גרעינית שעמד בראשו וארבעה פיזיקאים. ארבע שנים לאחר מכן הוא התפזר ב-2016 לאחר שאישר את ההכרזה על גילוי היסודות.

בדצמבר 2015 אישר הפאנל את הגילוי והעביר את ההחלטה לאיגוד הכימאים. ה-IUPAC פרסם את ההחלטה כמעט מיד, בלי שטרחו להודיע על כך לאיגוד הפיזיקאים ואפילו לא לוועדה המבצעת של ארגון הכימאים עצמו, שהייתה אמורה לבחון את מסקנות הפאנל. הוועדה אישרה את הדו"ח רק חודש לאחר מכן.

בעקבות זאת ניצתו מחדש המתחים בין שני האיגודים. הפיזיקאים טענו שהכימאים ניסו "לחטוף" את התגלית, ושרק לפיזיקאים יש יכולת לאשר תגליות כאלה. כמו כן הועלו ספקות בנוגע לאחת מטכניקות הזיהוי העקיפות שבהן נעשה שימוש, אך אחד מחברי הפאנל טען שהספקות אינם משמעותיים מספיק כדי לערער על החלטת הפאנל. הוא קבע עוד שלא הייתה טכניקה חלופית שבה יכלו להשתמש ושלא סביר להניח שפאנל המומחים שגה כשאישר את התגלית.

המקטרגים טענו גם שחברי הפאנל אינם מומחים מספיק בסינתזת יסודות כבדים ושבדו"ח שהציגו נפלו טעויות. בהצבעה של 50 פיזיקאי גרעין בנושא בכנס בשנת 2016 קיבלו רק מעטים מהם את המסקנות של חברי הפאנל כמספקות מבחינה מדעית.

למרות המחלוקת, את ההכרזה על שמות היסודות החדשים ביצעו שני האיגודים יחד. ראש ה-IUPAP ציין שהוא החליט לעשות זאת לאחר שנועץ עם כימאים ופיזיקאים ונוכח שרובם הגדול סבור שגם אם אכן יש טעויות בדו"ח, מסקנותיו הסופיות תקפות כנראה. בכיר באיגוד הכימיה ציין כי ההכרזה המהירה נועדה למנוע הדלפות ובוצעה לבקשת המעבדות המגלות, שרצו לפרסם את אישור הממצאים מוקדם ככל האפשר. עוד קודם לכן, סיפר, הוא עבר על ממצאי הפאנל, וידא שעברו ביקורת עמיתים ואישר אותם לפני פרסום הדוח הסופי. עם זאת, מדענים אחרים העלו ספקות בנוגע לטיב ביקורת העמיתים שנערכה ובנוגע לאובייקטיביות שלה.

פיזיקאים לא מעטים הסתייגו בגלוי מהתפקיד השולי שמילא איגודם בהכרזה. כדי לשכך את חששותיהם נקבע במאי השנה הליך חדש לאישור הקביעה של גילוי של יסודות חדשים. מעתה, הוחלט, נשיאי שני האיגודים – הכימאים והפיזיקאים – יעברו על הדו"ח של הפאנל ויפרסמו בעקבותיו את המלצותיהם במשותף.

לצורך זה, איגוד הפיזיקאים IUPAP יקיים הליך ביקורת עמיתים לממצאי הפאנל, שיהיה נפרד לחלוטין מזה של IUPAC ומזה של כתב העת "כימיה טהורה ויישומית" שמפרסם את המאמר. עם זאת, פיזיקאים מסוימים עדיין חוששים מהישנות של אירועים דומים בעתיד, כך שנותר רק לחכות ולראות לאן תתגלגל המחלוקת.

 

7 תגובות

  • אלכס

    קרא את הספר הכפית הנעלמת

    קרא את הספר הכפית הנעלמת
    ספר חובה על הטבלה המחזורית
    מומלץ בחום

  • עופר

    עוד שאלה קטנה בנושא

    אורי תודה רבה על התשובה המפורטת לשאלה שהטרידה אותי הרבה זמן .. הדבר השני שרציתי להבין הוא מדוע היסודות האחרונים בטבלה שהם מעשי ידי אדם ולא מופיעים בטבע עדין מקבלים את ה"תואר" יסוד ומופיעים בטבלה המחזורית?

  • עופר

    אני רק שאלה

    האם קיימים שימושים פיזיים ליסודות מעבר ליסוד 92 או שהם רק קיימים במעבדות ומטרתם היחידה היא פשוט ההכרזה שהם נמצאו?

  • אורי טייכמן

    כן, מעט:

    כן, ישנם. בוא נעבור עליהם: (שימושים מחוץ למעבדה, שאינם לצורך ניסויים למדידת תכונותיהם של היסודות הללו או הכנת יסודות כבדים אחרים מהם).
    השימוש העיקרי, בהפרש ניכר מהאחרים (מבחינת הכמות), הוא בפלוטוניום, יסוד 94, כחומר הפעיל בכלי נשק גרעינייים וכדלק במפר מועט יחסית של כורים גרעיניים (יש בעולם מאות טונות שלו בסך הכל, לפחות). (זה האיזוטופ פלוטוניום-239). כמו כן, פלוטוניום-238 דועך רדיואקטיבית מהר למדי (מחצית חיים של כ-87 שנה), ולכן פולט חום רב בדעיכה שלו, והוא מקור אנרגיה המשמש בסוללות שנועדו לפעול למשך שנים ארוכות מאוד ללא החלפה (היום בעיקר בחלליות ולוויינים- למשל, הסוללות של הוויאג'ר ששוגרו בתחילת שנות השבעים עדיין פועלות חלקית!), אבל גם בקוצבי לב (היום הוחלפו בסוללות ליתיום). ישנם כמה עשרות קילוגרמים של פלוטוניום-238.
    אמריציום (יסוד 95) משמש בעיקר בגלאי עשן- באחד הסוגים של גלאי עשן נדרש ליינן את האוויר, ולשם כך החומר האידיאלי הוא חומר רדיואקטיבי שדועך בעזרת פליטת אלפא, עם מחצית חיים לא ארוכה מדי. האיזוטופ אמריציום-241 הוא המועדף לכך. (הכמות בכל גלאי היא פחות ממיקרוגרם, ולא חוקי, לפחות בארה"ב, לפרק ולהוציא אותו). זה גם היסוד היחיד מל אורניום שנמצא ממש בסביבה אזרחית (אלו יכולים להיות גם גלאי עשן ביתיים) ולא במעבדה או בתעשייה.
    לקליפורניום (יסוד 98) ישנו איזוטופ שפולט כמויות רבות מאוד של ניוטרונים בדעיכתו (קליפורניום-252), וכתוצאה מכך יש לו שימושים מעטים למדי ומאוד נישתיים בתעשייה.
    לקוריום (96), ברקליום (97) ונפטוניום (93) יש הרבה פחות שימוש בהשוואה לאלו- לקוריום כמעט ואין, לברקליום אין כלל, והשימוש העיקרי של נפטוניום הוא כחומר מוצא להכנת פלוטוניום-238 השימושי שהוזכר לעיל.
    ליסודות 99 (איינשטייניום) ומעלה אין בכלל שימוש מחוץ למעבדה. מיסוד 101 (מנדלביום) ואילך ניתן לייצר כמויות קטנות ביותר, בעוד שעד יסוד 100 ניתן עדיין לייצר כמויות מאקרוסקופיות (ננו-גרמים, מיקרו-גרמים או מילי-גרמים)- אפילו ננוגרם של יסוד 100 (פרמיום) מכיל יותר מטריליון (אלף מיליארד) אטומים.
    יסודות 101 ומעלה הינם מלאכותיים לגמרי, לא מופיעים בטבע וקיימים במעבדות בלבד. עד יסוד 100 הם נוצרים (בכמויות זעירות) בסופרנובות, בכורים גרעיניים ובפצצות גרעיניות.

  • עופר

    עוד שאלה קטנה בנושא

    אורי תודה רבה על התשובה המפורטת לשאלה שהטרידה אותי כבר הרבה זמן.. אם תוכל בבקשה להסביר לי עוד דבר אחד בנושא, מדוע היסודות האחרונים שהם מעשי ידי אדם ולא באמת נמצאים בטבע עדין מקבלים את השם "יסוד" ונמצאים בטבלה המחזורית למרות שאינם כאלה?

  • אורי טייכמן

    כי הם באמת יסודות, לפי ההגדרה.

    יסוד נקבע לפי סוג האטומים- כמות הפרוטונים בגרעין האטום היא המספר האטומי והיא קובעת את היסוד. אמנם עבור יסודות כבדים במיוחד אין אטום יציב או שזמן מחצית החיים לפירוק שלו קצר, והם לא קיימים בטבע כלל, אבל הם עדיין אטומים מסוג אחר ולפי ההגדרה מוגדרים כיסודות. ההגדרה של יסוד בתור היחידה הבסיסית ביותר שמרכיבה את העולם שלנו ולא ניתן לפרקה היא נחלת העבר, היום כאמור סוג האטומים הוא הרלוונטי.
    היסודות מעל 100 אגב לא קיימים בטבע כי בתהליך העיקרי הרלוונטי לייצור יסודות כבדים לא ניתן לקבל אותם, לא כי הם שונים באיזו שהיא צורה מהותית, רק פחות יציבים. (כל היסודות עד אז נוצרים בסופרנובה, כור גרעיני או פיצוץ גרעיני ע"י בליעת ניוטרונים, ויצירת איזוטופ כבד של יסוד X שידעך בהתפרקות בטא ליסוד X+1, אבל לפרמיום (יסוד 100) אין איזוטופ שדועך בטא, ולכן לא ניתן לקבל מ-100 את 101 והתהליך נעצר). כהערת אגב- היסודות בין פולוניום לתוריום בטבלה המחזורית (84-89) הם נדירים מאוד בטבע, ובמיוחד פרנציום ואסטטין בקושי קיימים, כי אין להם אף איזוטופ יציב מעל כמה שעות (במקרה של אסטטין; אבל הכי יציב בטבע הוא בעל מחצית חיים של רק 56 שניות) או כ-20 דקות במקרה של פרנציום. למעשה, מנדלביום (יסוד 101) יציב יותר (במובן של "זמן מחצית חיים ארוך יותר לאיזטופ היציב ביותר") מפרנציום, ומכל איזטופי האסטטין בטבע. האם נובע מכך שהוא פחות יסוד מהם, למרות שהם כבדים מאורניום והוא לא? התשובה היא שלא, שניהם יסודות באותה המידה. חלק מהם נוצרים בטבע בכמויות זעירות ביותר באופן טבעי וחלק לא. מבחינת היותם יסודות נפרדים ואטומים השונים מכל האחרים הקיימים (במספר הייחודי להם של פרוטונים שנמצא בגרעיניהם) הם מוגדרים כיסודות בדיוק באותה המידה. שמחתי לעזור :-)

  • עופר

    אחלה הסבר תודה