בשנים הראשונות של המאה העשרים, תופעת הרדיואקטיביות עדיין עוררה יותר שאלות מתשובות. מחקריהם פורצי הדרך של מארי קירי ובעלה פייר הראו כי יסודות מסוימים, כמו רדיום, פולטים קרינה חזקה. אבל איך הם עושים את זה?
ב-1901 גילה הכימאי הבריטי פרדריק סודי (Soddy), שעבר בקנדה עם ארנסט רתרפורד, כי בתהליך הרדיואקטיבי אטום כבד מתפרק והופך לאטום אחר. כשהמשיך לחקור את התופעה גילה סודי את החוקיות של ההתפרקות הזו, הקרויה כיום על שמו ועל שם קזימיר פאיאנס (Fajans) מפולין שגילה אותה במקביל. באחד המסלולים שהוא גילה, אורניום (היסוד ה-92 בטבלה המחזורית) מתפרק תחילה לתוריום (90), שבתורו מתפרק לרדיום (88), ובהמשך לראדון (86), פולוניום (84) ועופרת (82). התפרקות כזו, כפי שהראה רתרפורד, נגרמת מפליטה של גרעין הליום מתוך גרעין האטום המקורי, כלומר שני פרוטונים ושני נייטרונים.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
בעקבות הספרים הירוקים
הורים משקיענים - צאצאים חכמים?
ללבוש את האולטרסאונד
לפי המסלול הזה חישבו סודי ועמיתיו כי המשקל האטומי של העופרת אמור להיות 206 יחידות. החישוב הזה לא תאם את המציאות, שכן המשקל המוכר של עופרת הוא 207.19 יחידות, כלומר, משקלם של 207.19 פרוטונים או נייטרונים. מכיוון שבגרעין של אטום עופרת תמיד יש 82 פרוטונים, כמספרו האטומי, הרי שאם התחזיות לגבי המשקל נכונות, תהיה זו הוכחה ראשונה לקיומם של איזוטופים – צורות של אותו יסוד הנבדלות רק במשקל האטומי, משום שיש להן מספר שונה של נייטרונים בגרעין.
כדי לבדוק את התיאוריה נדרש מהמדענים לבודד מספיק עופרת טהורה מתוך עפרות אורניום ואז למדוד בקפידה רבה את משקלה האטומי - שתיהן משימות לא פשוטות בכלים המדעיים שעמדו לרשותם לפני יותר ממאה שנה.
4 צפייה בגלריה
ליסוד עופרת יש 82 פרוטונים, אבל מספר משתנה של נייטרונים, שיוצר איזוטופים שונים
(צילום: shutterstock)
המומחה המוביל בעולם לכימיה אנליטית ולקביעת משקל אטומי היה תאודור ריצ'רדס (Richards) מאוניברסיטת הרווארד בארצות הברית, חתן פרס נובל בכימיה לשנת 1914 על עבודתו בתחום. המומחה המוביל באירופה היה אוטו הוניגשמיד (Hönigschmid), תלמידו של ריצ'רדס, שקיבל משרת מחקר באוניברסיטת פראג ובמכון הרדיום בווינה. נוסף על מומחיותו של הוניגשמיד, למכון האוסטרי היה עוד יתרון: גישה נוחה לעפרות רדיואקטיביות של אורניום ותוריום ממכרות בגבול צ'כיה. לכן ביקשו סודי ופאיאנס מהוניגשמיד לנסות לקבוע את המשקל האטומי של העופרת בעפרות הרדיואקטיביות.
עבודה מפרכת
סטפני (או סטפניה) הורוביץ (Horovitz) נולדה בוורשה ב-17 באפריל 1887. אביה לאופולד היה צייר מצליח שהתמחה בציור דיוקנאות בסגנון הבארוק. לא ידוע במה עסקה אמה, רוזה לבית לונדון. כשהייתה סטפני בת שלוש עברה המשפחה לווינה. ב-1907 החלה הורוביץ ללמוד כימיה באוניברסיטת וינה וב-1914 סיימה לימודי דוקטורט בתחום.
במהלך לימודי הדוקטורט הכירה הורוביץ את ליזה מייטנר (Meitner), שתמלא לימים תפקיד מרכזי בביקוע האטום, ואף תזכה ליסוד כימי על שמה. כמו הורוביץ, גם מייטנר הייתה יהודייה, ואף על פי שבהמשך המירה את דתה, הנאצים רדפו אותה והיא נאלצה להימלט מברלין לסטוקהולם.
מייטנר הייתה מיודדת עם הוניגשמיד, וכשהוא סיפר לה שהוא מחפש חוקר צעיר לקביעת המשקל האטומי של עופרת, היא המליצה על הורוביץ. כך התקבלה הורוביץ לעבודה בסוף 1913, עוד לפני שסיימה רשמית את הדוקטורט. המעבדה קיבלה עשרות קילוגרמים של עפרות אורניום. בשלב הראשון בודדו מהם את הרדיום, ושלחו אותו למעבדות במדינות אחרות, בהן אלה של רתרפורד ושל מארי קירי. מהחומר שנותר עמלה הורוביץ על הפקת העופרת. המלאכה הייתה קשה ומתישה – גם פיזית. כעבור כמה חודשים דיווח הונגשמיד במכתב למייטנר, "העלמה הורוביץ ואני עבדנו כמו פועלים שחורים. זה יום ראשון, מזג האוויר נפלא, ואנו עדיין יושבים במעבדה אחרי שש בערב".
הסיבה לעבודה המפרכת הייתה שרשרת התהליכים האינסופית שנדרשו לבידוד עופרת טהורה ככל האפשר: התהליך כלל בין השאר תגובה של העופרת עם כלור לייצור כלוריד, שטיפות, סינונים, המסה בחומצה גופרתית, גיבוש, שוב שטיפות וסינונים, המסה בחומצה חנקתית, גיבוש, המסה וגיבוש חמש פעמים נוספות, המסה בחומצת מלח, ושוב סדרת שלבים של המסה וגיבוש, ואז עוד תשעה שלבי המסה וגיבוש לקבלת עופרת כלורית (PbCl2) נקייה מספיק למדידת המשקל האטומי.
העבודה הקשה נשאה פרי בסופו של דבר. הורוביץ מצאה כי משקלה האטומי של העופרת מעפרות האורניום היה 206.736 יחידות – אומנם לא 206 כמו שחזה סודי, אבל רחוק מספיק מהמשקל האטומי המוכר של עופרת, 207.19, כדי להצביע על קיומם של איזוטופים. כלומר, העופרת שבודדה הורוביץ הכילה שיעור מסוים של עופרת 206, שבגרעינה 124 נייטרונים ו-82 פרוטונים, אבל גם עופרת כבדה יותר, כמו עופרת 208, ואולי איזוטופים נוספים.
כיום אנו יודעים שיותר ממחצית העופרת בטבע היא עופרת 208, ובערך רבע מהאטומים הם עופרת 206, אבל יש גם לא מעט עופרת 207 ו-204. השיעור של כל איזוטופ בדגימה מסוימת קובע את המשקל האטומי הכללי של העופרת בדגימה.
הוניגשמיד והורוביץ פרסמו את ממצאיהם במאמר משותף ב-1914, שעורר הדים רבים בקהילה המדעית, משום שסיפק את הממצאים הראשונים המאמתים את קיומם של איזוטופים, כפי שחזה סודי. בסקירה שפורסמה ב-1968 נבחר המאמר הזה לאחד המאמרים החשובים בכימיה במחצית הראשונה של המאה העשרים. בהמשך הם יישמו את השיטה בדגימות נוספות של עפרות אורניום שקיבלו ממכרות באפריקה ובנורבגיה, והגיעו למשקל אטומי של 206.046 – קרוב מאוד לתחזית של סודי, בהתחשב במגבלות של שיטות המדידה.
במקביל לעבודה המוצלחת עם העופרת פנו הוניגשמיד והורוביץ לפרויקט נוסף – מדידת המשקל האטומי של היסוד החדש למדע איוניום (Ionium), שהתגלה ב-1907. כאן המדידות הקפדניות של הורוביץ העלו ממצא מפתיע: היא גילתה שאיוניום כלל אינו יסוד, אלא איזוטופ של היסוד תוריום, שמספרו בטבלה המחזורית הוא 90. התגלית הזאת, שפורסמה במאמר משותף ב-1916, לא רק עזרה לכימאים לעשות סדר בטבלה המחזורית, אלא גם סיפקה ראיה נוספת לקיומם של איזוטופים ביסודות נוספים. כיום אנו יודעים שליסודות רבים יש איזוטופים, וחשיבותם למדע עצומה.
כמה שנים מאוחר יותר, ב-1921, הוענק לסודי פרס נובל בכימיה "על תרומתו להבנת הכימיה של חומרים רדיואקטיביים ומחקריו בנוגע למקור ולטבע של איזוטופים". בהרצאת הנובל שלו הוא לא שכח לציין את חשיבות עבודתם של הוניגשמיד והורוביץ לתחום.
מכימיה לפסיכולוגיה
אחרי מלחמת העולם הראשונה החליט הוניגשמיד לעזוב את וינה לטובת משרה יוקרתית שהוצעה לו באוניברסיטת מינכן. כך הסתיים שיתוף הפעולה הפורה שלו עם הורוביץ, אם כי לא ברור מדוע דרכיהם נפרדו. ייתכן שהוא לא היה יכול להציע לה משרה משום שאוניברסיטת מינכן כנראה סירבה להעסיק אז נשים, אפשר שהוא לא רצה להמשיך לעבוד איתה, ויכול להיות שהיא זו שהחליטה לא להמשיך איתו. על פי כמה דיווחים, עניינים משפחתיים מנעו ממנה להמשיך בקריירה המדעית. כנראה הכוונה היא למותם של שני הוריה בתקופת המלחמה.
ייתכן גם שהורוביץ בחרה מרצונה להתנתק מעולם הכימיה. לאחר הפרידה היא נמשכה יותר ויותר לתחום הפסיכולוגיה, ומצאה עבודה כיועצת חינוכית. בהמשך ייסדה עם שותפתה, הפסיכולוגית האוסטרית אליס פרידמן (Friedmann), מעון טיפולי לילדים, שהעניק לחוסים בו טיפול נפשי בסביבה מוגנת. המעון פעל עד 1934, ואז נסגר בהוראת הממשל האוסטרי הפשיסטי.
מעשיה של הורוביץ בהמשך חייה אפופים חוסר ודאות, והמידע עליהם דל מאוד. ככל הידוע, ב-1937, כשהייתה בת 50, עזבה את וינה ועברה לגור עם אחותה הנשואה סופיה בוורשה, או בקרבתה. ב-1939 כבשה גרמניה הנאצית את פולין, ובשנה שלאחר מכן נכלאו יהודי ורשה בגטו, עם רבבות יהודים נוספים שגורשו לשם ממקומות אחרים. החיים בגטו היו קשים מנשוא, אך האחיות שרדו כנראה את הרעב הכבד, את המחלות ואת התעמרות הנאצים ביהודים. ב-1942, כשהחל גירוש היהודים מהגטו, התייצבו האחיות כנדרש ברחבת השילוחים, אומשלגפלץ, כנראה מתוך חשש לסכן אחרים אם ינסו להתחמק. לפי דף העד שמילא הנכד של אחותה, השתיים נשלחו למחנה ההשמדה טרבלינקה, ונרצחו שם בתאי הגזים.
הוניגשמיד עצמו המשיך לעבוד במינכן על מדידת המשקל האטומי של יסודות, וזיהוי איזוטופים נוספים. הוא המשיך לפרסם מאמרים בנושא עד 1941. לא ברור במה עסקה עבודתו המדעית בהמשך המלחמה. אין כמעט ספק שהוא ידע על מותה של הורוביץ. קזימיר פאיאנס הפולני כתב לכימאית עמיתה כי שמע מידיד משותף בוורשה שהורוביץ חזרה לעיר כדי להיות עם אחותה, וששתיהן נרצחו בידי הנאצים, כך שנראה כי הקהילה המדעית שהכירה את הורוביץ ידעה מה עלה בגורלה. ייתכן שזו אחת הסיבות לכך שקצת אחרי המלחמה, באוקטובר 1945, הוניגשמיד שם קץ לחייו, יחד עם אשתו.
כשנה לאחר מותו פרסם כתב העת המדעי Nature הספד ארוך לזכר הוניגשמיד, שבו פורטו תרומותיו החשובות למדע. במאמר לא הוזכרו כלל הורוביץ ועבודתה. אף שהוניגשמיד עצמו הקפיד לתת לה קרדיט בעבודתם המשותפת ושמותיהם הופיעו זה לצד זה במאמרים שפרסמו. קיפוח ואפליה של נשים מדעניות היו נפוצים מאוד בימים ההם, ודאי של נשים בעמדות זוטרות, ותרומתה נמחקה כלא הייתה. רק בשנים האחרונות הופיעו לבסוף פרסומים אחדים שעושים צדק עם זכרה של הכימאית היהודייה, שעבודתה המוקדמת עמדה בחזית המחקר העולמית.
סטפני הורוביץ הייתה אחת מכ-900 אלף יהודים שנרצחו בטרבלינקה. מול הזוועה הזו, ההכרה המאוחרת בחשיבות עבודתה של החוקרת שהוכיחה את קיומם של איזוטופים, היא ניצחון קטן של האנושיות על הרוע.
איתי נבו, העורך הראשי של אתר מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
