האם אפשר להפוך עופרת לזהב?
דורות של אלכימאים שאפו ליצור זהב ממתכות זולות יותר. המדע המודרני הראה שכל מה שצריך לשם כך הוא פיצוץ של כוכב, או לפחות מאיץ חלקיקים
המיתולוגיה היוונית מגוללת את סיפורו של המלך מידאס, שקיבל את היכולת להפוך כל מה שנגע בו לזהב. "מגע מידאס" היה לביטוי באנגלית, המציין כישרון יוצא דופן להרוויח כסף בכל הרפתקה עסקית או רדיפת בצע; וסיפורו של המלך הוא עדות היסטורית לאובססיה של האנושות למתכת המיוחדת הזאת. הזהב שימש במשך אלפי שנים סמל לעושר וכבסיס לכלכלה ולמסחר העולמיים, ועורר את סקרנותם ואת חמדנותם של אנשי מדע ורוח, שעמלו במשך השנים להפוך את מגע מידאס למציאות ולהמיר חומרים אחרים, שנחשבו נחותים יותר, לזהב. הניסיונות האלה, המשתייכים לתחומה של האלכימיה, כשלו; אך האם הידע והטכנולוגיה הקיימים כיום עשויים להביא להתממשותו של החלום העתיק הזה?
עוד כתבות מאתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
הנורה שתרגיע את השלפוחית הרגיזה
ממתכות "חולות" לזהב
האלכימיה היא תחום מחקר קדם-מדעי, שהיה נפוץ עד ימי הביניים ואשר עסק בטבעם של חומרים ובתגובות ביניהם. האלכימיה שילבה בתוכה תפיסות פילוסופיות, כגון תפיסתו של הפילוסוף היווני אריסטו, שטען כי כל חומר בטבע שואף להגיע לשלמות; והחומר המושלם ביותר בעיני האלכימאים היה הזהב. מלבד צבעו הייחודי, הזהב מתאפיין גם בעמידות יוצאת דופן לחומרים ולסביבות שונות, וקל לרתכו ולעצב אותו. אלכימאים סברו, בדומה לאריסטו, שמתכות אחרות, כגון עופרת וברזל, הן נחותות ואף "חולות". הם האמינו שניתן לרפאן ולהמירן לזהב הנכסף בתהליך שכונה טרנסמוטציה.
ניסוייהם של האלכימאים התבססו על התפיסה שלפיה כל חומר בטבע בנוי משילוב של ארבעה יסודות בסיסיים - אוויר, מים, אש ואדמה - ושמניפולציה של המרכיבים האלה תוכל ליצור חומרים חדשים. בארצות ערב אף נפוצה התיאוריה כי כל מתכת מורכבת מגופרית, מכספית וממלח ביחסי כמויות שונים. אך הניסיונות השונים לייצר זהב בהתאם לתפיסות האלו הצליחו להפיק רק חומרים שדמו לזהב בצבעם ובצורתם, אך לא היו זהב אמיתי.
הגביע הקדוש של האלכימיה היה חומר אגדי בשם "אבן החכמים", המסוגל להפוך כל חומר לזהב. אך אבן החכמים לא התגלתה מעולם, וכל מאמציהם של האלכימאים לייצר זהב עלו בתוהו. לימים התברר כי האלכימיה הייתה שגויה מיסודה, והיא פינתה את מקומה למדע הכימיה.
חיבור וחיסור של פרוטונים
עם התפתחות המדע, גילו מדענים כי כל החומרים בטבע מורכבים מאבני בניין הנקראות אטומים, וכי האטומים מורכבים משלושה רכיבים עיקריים: פרוטונים וניטרונים הנמצאים בגרעין האטום, ואלקטרונים הנעים מסביב לגרעין. היסודות הכימיים מוגדרים על פי מספר הפרוטונים בגרעיני האטומים שלהם. זהו ה"מספר האטומי", הכתוב מעל לסמלו של כל יסוד בטבלה המחזורית.
לדוגמה, כל אטום שגרעינו מכיל פרוטון יחיד יהיה אטום מימן, וכל אטום שבגרעינו 79 פרוטונים יהיה אטום זהב. מידע זה לא עמד לרשותם של האלכימאים, אך כיום אנו יכולים להסיק ממנו שטרנסמוטציה היא אכן אפשרית, וכי אם נוסיף פרוטונים לגרעיני אטומים, או נחסיר מהם פרוטונים, נוכל לקבל יסודות אחרים.
כורי ההיתוך של הטבלה המחזורית
תהליכי היתוך גרעיניים דורשים כמויות אדירות של אנרגיה. אנרגיה בכמות כזו אפשר למצוא, למשל, בליבותיהם של כוכבים. בסביבות אלו טרנסמוטציה מתרחשת כל העת, כאשר יסודות קלים כדוגמת מימן והליום מותכים והופכים ליסודות כבדים יותר, בדרך כלל עד ברזל, שמספרו האטומי הוא 26. היווצרות יסודות כבדים יותר מברזל דורשת אנרגיה רבה עוד יותר, המשתחררת רק באירועים נדירים של סופרנובה, "מוות" של כוכב, המלווה בפיצוץ ובקרינה עזה. יסודות אלו נמצאים על פני כדור הארץ משום ששרידי סופרנובות נחתו על פניו במשך מיליארדי שנים.
היווצרות יסודות מתרחשת גם על כדור הארץ, בתהליכים של דעיכה רדיואקטיבית. תהליכים אלה פועלים בכיוון ההפוך, כלומר - התפרקות של יסודות כבדים ליסודות קלים יותר. גרעיניהם של אטומים מסוימים הם רדיואקטיביים ובלתי יציבים, תכונה הקשורה בדרך כלל למספר הניטרונים שלהם. אטום רדיואקטיבי מתייצב רק לאחר פליטת קרינה אנרגטית, המלווה לעתים בפליטת פרוטון מהגרעין. דעיכה רדיואקטיבית כזו יוצרת, למשל, את היסוד ארגון באטמוספרה של כדור הארץ, בפליטה של פרוטון מאטום אשלגן רדיואקטיבי. דעיכה רדיואקטיבית משמשת להפקת אנרגיה בכורים אטומיים, שבהם אורניום רדיואקטיבי מתפרק ליסודות קלים יותר כגון קסנון וסטרונציום.
פיזיקה היא האלכימיה החדשה
קשה לשלוט בתוצאותיהם של תהליכים רדיואקטיביים כאלו, אך התפתחות הטכנולוגיה והמצאתם של מאיצי חלקיקים העניקו לאנושות בפעם הראשונה את היכולת לבצע טרנסמוטציה מלאכותית. באמצעות יצירת אלומה של ניטרונים המואצים למהירות הקרובה למהירות האור והקרנתה על דף מתכת, אפשר לקרוע פרוטונים מאטומי המתכת ולהמירם לאטומים של יסוד אחר. חזונם העתיק של האלכימאים קם לתחייה בשנות הארבעים של המאה ה-20, כאשר חוקרים השתמשו בשיטה זו לראשונה כדי לייצר אטומי זהב מכספית, שהאטומים שלה מכילים פרוטון אחד יותר מן האטומים של זהב. באופן דומה, בשנת 1980, יצרו חוקרים אחרים זהב מהמתכת ביסמוט, בעלת ארבעה פרוטונים יותר מאשר זהב.
אמנם, ההצלחה הזאת הייתה עקרונית יותר מאשר מעשית, משום שכמות הזהב שנוצרה בניסויים אלו הייתה זעירה. נוסף על כך, הזהב שנוצר היה ברובו רדיואקטיבי, כלומר מסוכן לאדם. בטבע, אטום זהב מכיל, נוסף על 79 הפרוטונים שלו, גם 118 ניטרונים המייצבים את הגרעין שלו. במאיץ החלקיקים, לעומת זאת, נוצרו אטומי זהב בעלי עודף ניטרונים, שדעכו באופן רדיואקטיבי במשך ימים אחדים, והפכו לאטומים של יסודות אחרים. בשנות השמונים, עלות השימוש במאיץ חלקיקים הייתה כ-5,000 דולרים לשעה, ולדבריו של אחד ממנהלי המחקר, דייוויד מוריסיי, החוקרים השתמשו במכשיר יום שלם כדי לייצר כמות קטנטנה של זהב. בעוד מחיר גרם אחד של זהב, נכון לחודש פברואר 2019, הוא כ-42 דולרים בלבד.
פרדריק סודי, רדיוכימאי אנגלי ידוע מתחילת המאה ה-20, שיער כי ייצור מלאכותי של זהב לא יהיה כדאי לשם הזהב עצמו: "אם האדם ישיג שליטה זו על הטבע, סביר להניח שהדבר האחרון שהוא ירצה לעשות הוא להמיר עופרת או כספית לזהב רק כדי להשיג זהב". במילים אחרות, טרנסמוטציה לזהב היא תהליך שאינו כדאי כלכלית, ובטכנולוגיות הקיימות היום הוא אינו מאפשר את החזרת ההשקעה בו. בינתיים, כדאי שנסתדר עם המשאבים שהטבע מציע לנו, לפחות עד שטכנולוגיות עתידיות אולי יאפשרו אחרת.
אוהד זיס, דוקטורנט במכון ויצמן למדע וכתב באתר מכון דוידסון
לפנייה לכתב/ת 
