היום לפני: הקרב על החמצן

ב-1 בנובמבר 1772 הפקיד אנטואן לבואזיה מעטפה חתומה במזכירות האקדמיה הצרפתית למדעים. המעטפה הכילה תיעוד של ניסוי שהביא לתהליך דרמטי שהסתיים בגילוי החמצן ובמותה של תיאורית הפלוגיסטון.

כיום זה נראה לנו מובן מאליו. ברור לנו שיש חמצן, ושבלעדיו לא נוכל לחיות. אבל במאה ה-18 האמינו המדענים בקיומו של ה"פלוגיסטון" – מרכיב שקיים לכאורה בחומרים כמו פחם או מתכת. הם האמינו כי בתהליך הבעירה, הפלוגיסטון יוצא מהחומרים האלה ומתקבל חומר שאינו דליק.

תאוריית הפלוגיסטון היתה מקובלת באותה עת כבר כמאה שנים, וחוקרים רבים ערכו ניסויים והסבירו את תוצאותיהם על פיה. הם הראו למשל שאם מחממים מתכת (למשל ברזל) בנוכחות אוויר היא הופכת לחומר אחר, והסבירו זאת בכך שהחימום גורם לפלוגיסטון לצאת ולכן גם משנה את החומר. גם התהליך ההפוך, שהיה חשוב ביותר בכלכלה של אותם הימים – של הפקת מתכות מסלעים בעזרת חימום – הוסבר בכך שחומרים בסלע סופגים פלוגיסטון והופכים למתכת.

יסודות חדשים

לבואזיה היה איש רב פעלים שחי בתקופת המהפכה הצרפתית. המדען, שעסק במקביל במחקר מדעי ובפעילות ממשלתית, היה ידוע כאדם קפדן במיוחד והמציא שיטות עבודה מדויקות שאפשרו לו לערוך ניסויים ולמדוד את תוצאותיהם כפי שאף אחד לפניו לא הצליח. הוא שאל למשל אם אוויר הוא חומר טהור, וכדי לענות על השאלה חזר על ניסוי שעליו שמע מחברו ג'וזף פריסטלי, לא לפני ששכלל את מערכת הניסוי כך שהצליח לבצע מדידות מדויקות ביותר של החומרים המגיבים והנוצרים.

בניסוי הוא הרתיח כספית במשך 12 ימים בכלי גדול מלא בכ-800 סמ"ק אוויר. במהלך הניסוי נוצרה על פני הכספית שכבה של מוצק אדום ונפח האוויר ירד בכ-120 סמ"ק. בניגוד לאוויר, הגז שנותר גרם לנרות לכבות ולבעלי חיים להיחנק, ולכן לבואזיה כינה אותו Nitrogen – חנקן.

כשלבואזיה חימם את המוצק האדום התקבלו כ-120 סמ"ק גז. בניגוד לחנקן, הגז שהתקבל גרם לנרות לבעור חזק יותר מאשר באוויר רגיל ובעלי חיים יכלו לנשום אותו. לבואזיה כינה אותו Oxygen – חמצן, והסיק שהאוויר אינו חומר טהור אלא תערובת של גזים.

כיום אנו יודעים שהאוויר הוא תערובת המכילה 78 אחוז חנקן, 21 אחוז חמצן וכמויות קטנות של גזים נוספים. מרשים עד כמה הנתונים שלבואזיה אסף, בשיטות של המאה ה-18, היו קרובים לערכים האלה. פריסטלי לא אהב את תשומת הלב הרבה שלבואזיה זכה לה בעקבות תגליותיו וטען שהרעיון נגנב ממנו.

שיטות מדויקות ויסודיות שהפריכו תיאוריות מיושנות. לבואזיה מייצר מים במעבדה | מקור: Science Photo Library

טבע המים

לבואזיה תכנן וביצע גם סדרת ניסויים שנועדה לבחון אם מים הם יסוד או תרכובת. הוא הזרים קיטור (אדי מים – במצב צבירה גזי) על גבי ברזל וקיבל 85 אחוז מהמשקל חמצן ו-15 אחוז מימן. בנוסף מצא כי תגובה בין 85 חלקים של חמצן ל-15 חלקים של מימן נותנת 100 חלקים של מים. התוצאות הראו חד-משמעית שמים אינם יסוד אלא תרכובת של חמצן ומימן, כפי שאנו יודעים היטב כיום.

רוב בני דורו של לבואזיה, ובהם פריסטלי והנרי קוונדיש (Cavendish) ,האמינו בתיאוריית הפלוגיסטון עד יום מותם. התנגדותם לתאוריית החמצן של לבואזיה לא נבעה מעקשות או מאטימות – הם היו מדענים נבונים. הבעיה הייתה נעוצה בעובדה שלבואזיה אמנם הראה מה הגיב וכמה, אבל התיאוריה שלו לא הסבירה מדוע חומרים מסוימים מגיבים ואחרים לא. שאלות רבות נותרו ללא מענה. למשל, אם בעירה היא בסך הכל תגובה עם חמצן, והחמצן נמצא באוויר אז למה לא הכל בוער כל הזמן?

התיאוריה של לבואזיה היתה כמותית, בעוד קבנדיש ופריסטלי הורגלו לחשוב באופן איכותי ולחפש הסבר לכל תופעה. לאחר שהושגה הבנה עמוקה יותר של האנרגיות המעורבות בתהליכים כימיים נמצאה גם תשובה לשאלת הלמה והמאבק המדעי בין תיאוריית הפלוגיסטון והחמצן הוכרע לטובת החמצן.

מדען עד הסוף המר

סופו של לבואזיה היה דרמטי לא פחות מתרומתו למדע. למרות תמיכתו ברעיונות המהפכה הצרפתית ותרומתו לפיתוח אבק השריפה שהעניק למהפכנים נצחנות רבים, הוא הוצא להורג בשנת 1794, חמש שנים לאחר שפרסם את ספרו "מסה על יסודות הכימיה", שהניח את היסודות למחקר הכימי. האגדה מספרת שאפילו ברגעיו האחרונים הוא ערך ניסוי, כשביקש מעוזרו לספור כמה פעמים ימצמץ בעיניו לאחר שראשו ייכרת בגליוטינה. כשנתיים לאחר הוצאתו להורג זיכתה אותו ממשלת המהפכה בדיעבד, ואנדרטאות רבות הוקמו לזכרו.

לבואזיה נחשב לאבי הכימיה המודרנית, כיוון שהוא פיתח שיטות וכלים לניסויים ומדידות של תגובות בין חומרים וגילה יסודות רבים. בנוסף הוא התווה את חוק שימור החומר, הקובע שחומרים אינם נעלמים ואינם נוצרים יש מאין, וגם הצליח להוכיח את נכונותו בסדרה של ניסויים כמותיים מדויקים. לא פחות חשוב מכל אלה, הוא שינה את דרך החשיבה של הכימאים. בזכותו, כאשר הם מסתכלים על תגובה מסוימת הם לא חושבים על רעיונות ומושגים המתרוצצים בכלי, אלא על אטומים שמתחברים ונפרדים.