Skip to main content
תערוכות

ולטר הרמן נרנסט

Walther Hermann Nernst - נולד: 1864; נפטר: 1941 (גרמני)

תגובת שרשרת

ישנן תגובות רבות שהמשך קיומן תלוי במשהו שנוצר בהן. סוג ידוע של תגובות כאלה הוא תגובת שרשרת. הידועה מכולם היא תגובת השרשרת הגרעינית, שבה גורמים נויטרונים את שבירתם ("ביקועם") של אטומי אורניום או פלוטוניום, וכך - את שחרורם של נויטרונים נוספים, וכן הלאה. בתחילת דרכו המדעית ולטר נרנסט, הכימאי הגרמני המפורסם, לא ידע כמובן דבר על גרעינים שכן אלה טרם התגלו, אבל הוא היה זה שגלה את העיקרון של תגובות שרשרת. בשעתו היה ידוע שתערובת גאזית של מימן וכלור מתפוצצת כשהיא נחשפת לאור, אבל התהליך לא הובן. גאזי מימן והכלור בנויים בדרך כלל ממולקולות בנות שני אטומים. המולקולות האלה יציבות למדי, ואינן פעילות. אור יכול "לפרק" את מולקולת הכלור לשני אטומים (רדיקלים חופשיים). האטומים הנפרדים פעילים ותוקפניים מאד. כל אחד מהם "מתרוצץ" עד שהוא פוגש מולקולת מימן, ואז תוקף אותה וחוטף את אחד מאטומי המימן, כדי ליצור איתו מולקולה יציבה של מימן כלורי. אטום המימן הנותר הוא עכשיו פעיל מאד, וגם הוא בתורו תוקף. הפעם הנתקפת היא מולקולת כלור. אחד מאטומי הכלור במולקולה נחטף ליצירת מולקולה נוספת של מימן כלורי וכן הלאה. תגובות כאלה, שראשיתן תלויה באור נקראות תגובות פוטו-כימית, והן נפוצות מאד בעולם הכימיה. בדרך כלל הן פולטות חום רב (מאד אכזותרמיות) ואף מתפתחות במהירות גבוהה בגלל תוקפנות האטומים הבודדים (רדיקלים חופשיים) המעורבים בהן. מכיוון שהן מתרחשות בתוך תערובת גאזים האלה מתחממים ומתפשטים במהירות רבה. בתנאים כאלה יש סיכוי גבוה להתפוצצות.

הכימיה בשירות האנושות בעת העתיקה

על פי המיתולוגיה היוונית, האש באה לעולם כשפרומתיאוס גנב אותה משמים. ואכן, אפשר לייחס את גילוי האש ל"שמים", מפני שסביר להניח שהאדם הקדמון הבחין לראשונה בתועלת הגלומה באש כשברק הצית אש ביער או בסבך השיחים והעשב. הצעד הראשון לקראת הבנת טבעה האמיתי של האש היה התפיסה שהאש היא תוצאה של תגובה כימית בין פחמן, עץ או פחם - עם החמצן שבאוויר. תוך כדי תגובה, משתחררת הרבה אנרגיה בצורת חום, שבמקרה זה מתבטא כאש. תגובה זו היא תהליך שריפה, אבל מדוע אין התהליך הזה מתרחש באופן ספונטני? מדוע חתיכת עץ לא מתחילה לבעור מעצמה ברגע שהיא צומחת כשהיא מוקפת אוויר?
כי כדי לגרום לאטומי החמצן והפחמן להגיב זה עם זה צריך לנתק קשרים כימיים בתוך מולקולת החמצן ובתוך חומרי הבעירה שבפחם ובעץ . הניתוק הזה דורש אנרגיה אותה מספקת האש. כלומר, האש איננה רק תוצר של תגובת השרפה אלא גם הגורם האחראי להמשך קיומה.

תהליך הבעירה לא כלול בדרך כלל ב"תגובות שרשרת" אך מתאימים להגדרה של "תגובה שהמשך קיומה תלוי במשהו שנוצר בה" אלא שכאן ה"משהו" הזה הוא חום ולא חומר.

פיצוצים "כבולים"

מנוע ה"בעירה הפנימית", המניע כמעט את כל כלי הרכב והמשאיות שלנו, הומצא בסוף המאה שעברה. במנוע הזה, תערובות גאזיות של דלק וחמצן מתפוצצות, האנרגיה של ההתפוצצות מחממת את הגזים הנוצרים וגורמת להתפשטותן. התפשטות זו מניעה את הבוכנות. למנועים מסוג זה יש ניצולת. כלומר רק חלק מאנרגית החום מתורגם לתנועה מכנית. החלק היחסי הזה, הניצולת, הוא בשיעור של 20-30 אחוז. עד נרנסט אי אפשר היה לחשב את הניצולת המקסימלית התיאורטית של מנוע כזה. נרנסט פיתח תיאוריה המבוססת על זיקות בין האטומים. התיאוריה הזאת כה חשובה עד שזכתה לכינוי "החוק השלישי של התרמודינמיקה" ונחשבה - עד היום היא נחשבת - לבעלת חשיבות מדעית ותעשייתית עצומה.

אותות עצביים

נרנסט תרם רבות לכימיה הפיסיקלית - הבנת העקרונות הכימיים במונחים של החוקים הפיסיקליים שבבסיסם. תרומה אחת שלו הונצחה בשם "משוואת נרנסט". המשוואה הזאת חשובה במיוחד להבנת הדרך שבה פועלים העצבים בגופנו. "חוטי החשמל" הנושאים את הפולסים האלה, סיבי העצב, אינם עשויים מתכת (בכלל נדמה שהאבולוציה מעולם לא גילתה כיצד ליצור חוטי מתכת), הם בנויים כחוטים המוקפים במעטפות, מלאות תמיסה מימית של יונים (קבוצות אטומים או אטומים טעונים חשמלית). תמיסה הזו שנקראת אלקטרוליט מוליכה חשמל: היונים זורמים דרך נקבוביות בקרומיות היוצרות את דפנות המעטפות, והזרימה הזאת היא שמקיימת את מעבר הפולסים החשמליים. בכך היא שונה מזרימת החשמל בהתקנים של תקשורת טכנולוגית, בהם האנרגיה החשמלית עוברת ע"י זרימת אלקטרונים לאורך תליים מתכתיים. משוואת נרנסט מתארת את המאזן שבין שני גורמים הקובעים את זרימת היונים לאורך הממברנה: בין נטיית היונים לזרום מצד הממברנה שיש בו ריכוז גדול יותר אל הצד שיש בו ריכוז נמוך יותר (הלחץ האוסמוטי), לבין הנטייה הנובעת מהפרש הפוטנציאל החשמלי בין הצד האחד לצד האחר שלה לצידה האחר. המשוואה הזאת כל כך מרכזית בהבנת פעולות העצב, שהנוירוביולוג גורדון שפרד (G. Shepherd) כתב עליה בספרו: "אם אתה מתכונן ללמוד רק משוואה אחת מתחום הנוירוביולוגיה, משוואת נרנסט היא זו שעליך ללמוד, מפני שהיא אבן-יסוד בהבנת טבעם של פוטנציאלים חשמליים בכל התאים, כמו גם בפעילות החשמלית של הנוירונים."

גיבור לאומי

נרנסט זכה לכבוד גדול בחייו, ובין היתר הוכתר כחתן פרס נובל לשנת 1920. רק בתחום אחד נחל כישלון: הוא לא היה ממציא דגול. אף אחת מהמצאותיו לא נשאה פרי, אף כי אחת מהן, הפסנתר החשמלי, פשוט הקדימה את זמנה: הוא המיר את לוח התהודה של הפסנתר במגברים של רדיו, אבל התוצאה לא נעמה לאוזניהם של המוסיקאים... נרנסט שכל את שני בניו במלחמת העולם הראשונה, והפך למעין גיבור לאומי. אבל השקפותיו הפציפיסטיות לא נשאו חן בעיני הנאצים, וכשאלה עלו לשלטון, בשנת 1933, הוא פרש ועבר לאחוזתו הכפרית, ושוב לא לקח חלק בחיים האקדמיים או האזרחיים. הוא מת בשנת 1941.

נוצר בתאריך: 07/09/08
עודכן בתאריך: 06/04/11