תחייתה של האלכימיה?

ההיסטוריה מספרת שבשלהי העת העתיקה ולאורך ימי הביניים פרח באירופה ובעולם המוסלמי תחום מחקר ששילב בתוכו יסודות מדעיים עם אמונות הבל חסרות בסיס שהיום נראות לכל היותר ביטוי של משאלות ליבם של העוסקים בו – האלכימיה. היה זה מעין שילוב של כימיה, פיזיקה, רפואה, מיסטיקה ודת, והאלכימאים התמקדו בדרך כלל בשתי מטרות עיקרית: למצוא שיקוי או אמצעי אחר שיעניק חיי אלמוות, ולהמיר מתכות זולות ופשוטות לזהב. שתי המטרות גם יחד היו אמורות להתגשם עבור מי שיניח את ידו על אבן החכמים.

במשך מאות שנים נחשבה האלכימיה תחום מחקר לגיטימי, וגם מדענים מובילים כמו רוברט בויל ואפילו אייזק ניוטון לא הדירו את רגליהם ממנה. אך אף על פי שכל מאמציהם כשלו, והיום אנו רואים בהם פסאודו-מדע, ניסיונותיהם לשלוט במבנה החומר הניחו את היסודות להתפתחות תחום מדעי חשוב ואמיתי: הכימיה המודרנית.

מבנה האטום ותכונות החומר

אחד מהגילויים הראשונים שסללו את הדרך להתפתחות הכימיה המודרנית היה הבנת מבנה האטום והגדרת היסודות הכימיים. כיום אנו יודעים שכל אטום מורכב מגרעין קטן שמכיל פרוטונים ונייטרונים, וסביבו חגים אלקטרונים זעירים. מספר הפרוטונים בגרעין, שנקרא גם “מספר אטומי”, הוא זה שקובע באיזה יסוד מדובר. לכל יסוד יכולים להיות כמה איזוטופים, כלומר צורות שונות של אותו יסוד שנבדלות זו מזו במספר הנייטרונים, אך מספר הפרוטונים בהן זהה.

איזוטופים נבדלים זה מזה במספר הנייטרונים שיש בהם ובמסה הכוללת של הגרעין, וזה מוביל לשוני בתכונות הגרעיניות שלהם, כמו יציבות האטום והרדיואקטיביות שלו. עם זאת, הם שומרים על אותן תכונות כימיות, מכיוון שיש להם אותו מספר של אלקטרונים, ואלקטרונים הם אלה שיוצרים את הקשרים הכימיים. מכיוון שלא כל האיזוטופים של יסוד מסוים יציבים, יש יסודות שקל למצוא בטבע כמה וכמה איזוטופים שלהם, בשעה שלאחרים יש רק איזוטופ אחד.

שלא כמו האלכימאים, שניסו לשווא להפוך מתכות זולות כמו עופרת לזהב, בלי להבין את ההבדלים המהותיים בין היסודות, המדע המודרני מאפשר לבצע שינוי כזה בזכות ההבנה העמוקה של מבנה האטום. כיום אנו יכולים להפוך יסוד אחד לאחר בעזרת תהליכים גרעיניים של היתוך או ביקוע שמשנים את מספר הפרוטונים בגרעין. למשל כשיורים נייטרון על גרעין של אטום אורניום, האטום עשוי להתבקע לשני גרעינים קלים יותר – זה בדיוק התהליך שמאפשר את פעולתה של פצצת אטום (פצצת ביקוע) ושעומד בבסיס פעולתם של כורים גרעיניים. בתנאים אחרים אפשר לחבר שני איזוטופים של מימן ולהפוך אותם לגרעין אחד של היסוד הליום – תהליך שמתבצע באופן טבעי בשמש שלנו.

זהב לשבריר שנייה

ואכן בעשורים האחרונים ניסו חוקרים למצוא דרכים לייצר זהב מלאכותי. כבר בשנות השמונים של המאה הקודמת הצליחו ליצור כמה אלפי איזוטופים לא יציבים של אטומי זהב מהיסוד ביסמוט. לביסמוט יש 83 פרוטונים ואילו לזהב יש 79 פרוטונים, כך שכדי להפוך ביסמוט לזהב יש לבקע אותו ולהוציא ממנו ארבעה פרוטונים. כדי לעשות את זה השתמשו החוקרים במאיץ חלקיקים – מכשיר שמאפשר להאיץ חלקיקים זה אל זה ולמדוד את תוצרי ההתנגשות ביניהם. במקרה הזה שיגרו החוקרים אטומים של ניאון ופחמן אל רדיד של ביסמוט והובילו לביקועו וליצירת כמות זעירה של אטומי זהב.

במאמר שהתפרסם לאחרונה הצליחו החוקרים ליצור זהב על ידי שיגור של אטומי עופרת, בעלי 82 פרוטונים, זה לעבר זה במאיץ החלקיקים CERN בשווייץ. האטומים לא התנגשו ישירות זה בזה, אך תנועתם המהירה במרחק זעיר זה מזה יצרה שדה אלקטרומגנטי חזק שהוביל לפירוקם.

החוקרים מדדו חלקיקים שנפלטו מגרעיני העופרת וזיהו אטומים שבהם שלושה פרוטונים השתחררו מגרעיני העופרת, דבר שמעיד על היווצרות של אטום זהב בעל 79 פרוטונים. במהלך סדרת הניסויים שלהם, שנערכו בשנים 2018-2015, נוצרו בסך הכול כ-28 פיקוגרם (טריליוניות הגרם) זהב, כמות קטנה מאוד. אם לא די בזה, רוב אטומי הזהב שנוצרו היו איזוטופים לא יציבים ולכן התפרקו כמעט מיד, בתוך חלקיק שנייה. כך שאנחנו עדיין רחוקים מאוד מייצור מסחרי של זהב מעופרת.

אבן החכמים של המאה ה-21?

חברת הזנק אמריקאית פרסמה לאחרונה הצעה שאמורה לדעתם לייצר זהב יציב, בכמות משמעותית ובעלות סבירה. לפי הצעתם ייצור הזהב יתאפשר על ידי שיגור של נייטרונים עתירי אנרגיה לעבר איזוטופ כספית 198, שבו 80 פרוטונים ו-118 נייטרונים. בעקבות המפגש יש סבירות גבוהה שנייטרון אחד ייפלט מהכספית וייווצר איזוטופ כספית 197, שיש בו רק 117 נייטרונים. האיזוטופ שנוצר אינו יציב ובתור ימים ספורים הוא אמור להתפרק ולהפוך באופן טבעי לאיזוטופ היציב היחיד של זהב, זהב 197.

למרות ההבטחה הגדולה הטמונה בשיטה, כדי לייצר באמצעותה זהב נחוץ זרם נייטרונים חזק במיוחד. החוקרים מציעים להשתמש לשם כך בכור היתוך – מתקן שמדמה את תהליך ההיתוך הגרעיני המתרחש בליבת השמש, ושפולט נייטרונים רבי אנרגיה. עם זאת, נכון לעכשיו אין בידינו כור שמייצר זרם נייטרונים חזק דיו להמרה יעילה של הכספית, ופיתוחו הוא אתגר טכנולוגי ומדעי. בעיה נוספת היא שכספית 198 הוא איזוטופ נדיר למדי ולא זול. כמו כן, הזהב שייווצר כך עלול להכיל שאריות של איזוטופים רדיואקטיביים, כך שתידרש תקופת המתנה ממושכת לפני שהזהב ייחשב יציב ובטוח לשימוש.

אם כן, חלומם עתיק היומין של האלכימאים להפוך מתכות זולות לזהב מתקרב בצעדים איטיים להיות רעיון מדעי בר-ביצוע. אף שהדרך לשם עוד ארוכה, האתגר ממחיש את הדמיון הרב שבני אדם משקיעים במציאת דרכים לשנות את מבנה החומר. ומי יודע? אולי בעתיד נוכל לענוד תכשיטי זהב סינתטי שיוצרו במעבדה.