אחד הסמלים המזוהים ביותר עם עולם הכימיה הוא הבקבוק החרוטי בעל התחתית השטוחה והצוואר הצר. מי שהתנסו בעבודה במעבדה בכימיה, אולי שמעו שקוראים לו בקבוק ארלנמאייר. עם זאת, אפילו כימאים ותיקים ומנוסים לא בהכרח מכירים או זוכרים את פועלו של המדען שהבקבוק קרוי על שמו, אף על פי שהיה דמות מפתח בכימיה של המאה ה-19. יום הולדתו העגול הוא הזדמנות טובה לעשות צדק עם זכרו.
6 צפייה בגלריה
נע בין עולם התעשייה לאקדמיה, בעיצומה של מהפכה בכימיה. אמיל ארלנמאייר
( מקור: Chemie in unserer Zeit)
רפואה, רוקחות וכימיה
ריכרד אוגוסט קרל אמיל ארלנמאייר (Erlenmeyer) נולד ב-28 ביוני 1825 בכפר וֶהֶן, שכיום נטמע בתוך העיירה טאונושטיין הסמוכה לווייסבאדן שבגרמניה. אביו היה כומר פרוטסטנטי ואמו הייתה בתו של איש עסקים מצליח. הוריו ייעדו אותו לכמורה, אבל ארלנמאייר העדיף ללמוד רפואה באוניברסיטת גיסן. הרצאות ששמע שם מפי הכימאי הידוע יוסטוס פון ליביג (von Liebig) דרבנו אותו לחשב מסלול מחדש ולפנות ללימודי כימיה.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
מיהו הגזע הראשון
את הגשם תן רק בעיתו
לילה לבן: כשהשינה בורחת
בלחצם של הוריו, שחששו לפרנסתו, הסכים ארלנמאייר לשלב את הכימיה עם רפואה ולמד רוקחות. בתום לימודי התואר הוא פתח בית מרקחת בעיירה הקטנה קצנלנבוגן, וכעבור שנה סגר אותו והקים במקומו בית מרקחת בווייסבאדן. אבל עבודת הרוקחות שעממה אותו, והוא השתוקק לחזור לעולמות המחקר. במקביל לעבודתו בבית המרקחת הוא השלים דוקטורט בכימיה באוניברסיטת גיסן ב-1850. חמש שנים לאחר מכן סגר את בית המרקחת ועבר להיידלברג כדי לנסות להשתלב באקדמיה או בתעשייה הכימית.
בהיידלברג הוא עבד במעבדתו של רוברט בונזן (Bunsen), שם המוכר כיום לכל סטודנט לכימיה בזכות מַבְעֵר המעבדה שפיתח. מחקרו עסק בפיתוח דשנים סינתטיים על בסיס זרחן. ב-1857 הוסמך ארלנמאייר לפְּריבַֿט-דוֹצֶנט, דרגה שמאפשרת לו ללמד באקדמיה. הוא גם ניצל את התקופה כדי לצאת לכמה מסעות באירופה, שבמהלכם פגש מדענים מובילים בבריטניה ובצרפת.
6 צפייה בגלריה
הפך לאחד הסמלים החזותיים המזוהים ביותר עם כימיה ועם מדע בכלל. בקבוקי ארלנמאייר
(צילום: biDaala studio, Shutterstock)
הבקבוק המושלם
בשנותיו הראשונות כחוקר עצמאי עבד ארלנמאייר במעבדה פרטית שהקים בבית שכור. הוא גם לימד במעבדה דומה שהקים עמיתו וחברו, אוגוסט קקולה (Kekulé). אחד הפיתוחים הראשונים שפרסם כחוקר עצמאי היה שיטה לייצור של ברזל כלוריד (FeCl3), חומר שהיה חשוב בייצור מסחרי של הפיגמנט (צִבְעָן) "כחול פרוסי" (Prussian Blue), שהיה בעצמו מרכיב חשוב בצבעים אחרים ובדיו, בתכשירי כביסה ובמוצרים רבים נוספים.
הוא גם שימש יועץ לתהליכים כימיים במפעל של אחד מחבריו, שניסה לייצר את הפיגמנט בכמות תעשייתית. בהמשך ייעץ לחברות נוספות בתעשייה הכימית. הוא אף שקל להיכנס בעצמו לעסקי הכימיה, אך חזר בו בעצת חבר אחר, שסיפר לו שמדובר בעבודה שמשעבדת את העוסקים בה, והמליץ לו לבחור באקדמיה.
מחקרים נוספים שלו בשנים ההן עסקו בתכולת הזרחן של לוחות בדיל וברזל, מתוך מטרה לפתח שיטה למיחזור מתכות; בתהליכי הפירוק של חלבונים; ובשיטות לייצור מולקולות של טרטראט – חומרים שיש להם שימושים רבים בתעשיות המזון והתרופות – ברמת ניקיון גבוהה עבור בתי מרקחת. כמו כן הוא פרסם מחקרים במינרלוגיה ופיתח כלי מעבדה חדשים. הוא המציא מעמד שימושי למבחנות והציג את בקבוק המעבדה שנקרא לימים על שמו.
לבקבוק ארלנמאייר יש יתרונות רבים: הצוואר הצר מאפשר לסגור אותו במכסה זכוכית או לפקוק אותו בפקק אטום, למשל משעם, או בפקק שצינור עובר דרכו כדי להזרים לתוכו חומר או לאסוף תוצרי תגובה. המבנה החרוטי מאפשר לערבב חומרים בקלות בלי לשפוך או להתיז החוצה את תכולת המכל, והתחתית השטוחה מאפשרת להניח את הבקבוק בצורה יציבה ונוחה על כל משטח עבודה, בלי צורך במעמד מתאים, ואף לחמם בקלות את תכולתו. העיצוב שלו הפך איקוני, וזהו אחד הסמלים המזוהים ביותר עם מעבדה כימית, גם בתרבות הפופולרית.
פיתוח נוסף של ארלמנאייר, שנמצא עד היום בשימוש במעבדות הוא "פד אסבסט", רשת עם שכבות אסבסט שמניחים מעל מבער המעבדה, ועליה מעמידים את מכל הזכוכית עם החומר לחימום. האסבסט מבטיח פיזור אחיד של החום, ומונע מכלי הזכוכית להתנפץ בגלל החום הנקודתי של להבת המבער – תופעה שהייתה נפוצה לפני שפותחה זכוכית עמידה לטמפרטורות גבוהות.
ממעשה לתיאוריה
תקופת התבגרותו המקצועית של ארלנמאייר, באמצע המאה ה-19, הייתה תקופה של מהפכה בכימיה, שהתחוללה בעיקר בצרפת ובגרמניה, שתי המדינות המובילות בתחום. חוקרי הדור הצעיר דחקו הצידה שיטות מחקר ועבודה שנראו להם מיושנות, וקידמו תפיסה הוליסטית, שגרסה כי כדי להבין תהליכים כימיים ותגובות כימיות צריך להכיר היטב את תכונות החומרים שמעורבים בהם, ולא להסתפק רק בניסוי וטעייה. המהפכה הזו כללה גם האחדה של שיטות הסימון והכתיבה הנהוגות בכימיה, ושל המידות והמשקלים שבהם השתמשו החוקרים בתחום.
אותה מהפכה גם הולידה שני תחומים חדשים, או לפחות התרחשה במקביל להולדתם. אחד הוא הכימיה האורגנית, שבמרכזה נמצאות תרכובות הפחמן. התברר כי לחומרים האלה יש חשיבות עצומה בתעשייה, ברפואה, בחקלאות ובתחומים נוספים, עד כדי כך שהמחקר העוסק בהם ופיתוח שיטות לייצרם הפכו לדיסציפלינה נפרדת בתוך הכימיה. התחום השני הוא הכימיה התיאורטית, שאינה מבוססת בהכרח על ניסויי מעבדה, ועוסקת בהבנה של תהליכים כימיים, בחיזוי, בפיתוח ובתכנון של תהליכים כאלה, על סמך הבנה מעמיקה של חומרים ותכונותיהם.
אלרנמאייר היה בעין הסערה של המהפכה. הוא התחנך על ברכיהם של חוקרים מהדור הישן, אבל עד מהרה היה לאחר המובילים של השינוי, לצד מדענים כמו קקולה ואלכסנדר בוטלרוב (Butlerov) הרוסי, שהיה מחלוצי התיאוריה של המבנה הכימי של מולקולות.
ארלנמאייר עסק גם בכימיה תיאורטית ובניסיון לפענח תהליכים. ב-1862 הוא היה הראשון שהגה את הרעיון המהפכני האומר כי אטומי פחמן יכולים להיקשר זה לזה לא רק בקשר רגיל, אלא גם בקשר כפול או אפילו משולש, ושהקשרים האלה חזקים יותר כימית מקשרים רגילים ודרושה אנרגיה רבה יותר לפירוקם. בוטלרוב, מצידו, הציע את התיאור הסכמטי הראשון לקשרים כאלה, ברישומי המבנים הכימיים שלו.
6 צפייה בגלריה
הותיר חותם עמוק בעולם הכימיה. ארלנמאייר, יושב במרכז, עם חברים ועמיתים באירוע ליום הולדתו ה-70 בביתו באשפנבורג. שני מימין בנו, הכימאי אמיל ארנלמאייר הבן
( מקור: ויקיפדיה, נחלת הכלל)
כיום אנו יודעים שהקשרים האלה נובעים מחלוקת זוגות של אלקטרונים בין האטומים, כך שבקשר יחיד האטומים חולקים או משתפים ביניהם זוג אחד של אלקטרונים, בקשר כפול הם חולקים שני זוגות ובקשר משולש – שלושה. אבל האלקטרון יתגלה רק ב-1897, ומבנה האטום יפוענח קרוב לעשרים שנה לאחר מכן. הצלחתו של ארלנמאייר להגיע לתובנות האלה בלי לדעת כמעט דבר על מבנה האטום – אפילו עצם קיומם של אטומים עדיין היה בסימן שאלה בימיו – רק מעצימה את גודל ההישג האינטלקטואלי שלו.
הקשר ההדוק שלו עם בוטלרוב גם עודד סטודנטים רוסים לא מעטים ללמוד אצל ארלמנאייר. חלקם צמחו בהמשך הקריירה שלהם והיו לכמה מהדמויות החשובות של הכימיה האורגנית, למשל ולדימיר מרקובניקוב (Markovnikov) ואלכסנדר בורודין (Borodin), שהתפרסם לא רק ככימאי אלא גם כמלחין.
חוקים אלכוהוליים
ב-1863, כשכבר היה בן 38, וחוקר בעל שם בזכות עצמו, סוף סוף מצא ארלנמאייר את דרכו אל הממסד האקדמי והתמנה לפרופסור באוניברסיטת היידלברג. חמש שנים לאחר מכן קודם למשרת פרופסור בכיר ומנהל המעבדות במכון הטכנולוגי של מינכן.
מחקריו באקדמיה עסקו בעיקר בכימיה תיאורטית. אחת מתגליותיו החשובות הייתה פענוח המבנה המולקולרי של נפלתן (המוכר גם כנפטלין), שבין השאר שימש במשך השנים חומר הדברה חשוב ונפוץ. ארלנמאייר גילה כי הוא מורכב משתי טבעות צמודות של אטומי פחמן, התגלית הגיעה זמן קצר אחרי שעמיתו קקולה גילה לראשונה את המבנה הייחודי של טבעת בֶּנְזֶן, המורכבת משישה אטומי פחמן – שהיא אחד המבנים החשובים בכימיה אורגנית.
רוב מחקריו עסקו בכימיה תיאורטית של אלכוהולים. האלכוהול שאנו שותים, אֶתָנוֹל (CH3CH2OH) הוא אחת הדוגמאות הפשוטות ביותר לכוהל – או אלכוהול – קבוצה גדולה מאוד של מולקולות אורגניות שיש בהן אטום חמצן שקשור לאטום מימן (OH). לכוהלים יש שימושים רבים מאוד, ואלרנמאייר גילה וניסח את אחת התופעות החשובות בכימיה שלהם: הוא מצא כי מולקולות המכונות אֶנוֹלים, שבהן קבוצת ה-OH קשורה לאטום פחמן, שבה בעת קשור לפחמן אחר בקשר כפול, נוטות להפוך לקֶטוֹנים – מולקולות שבהן החמצן נפרד מהמימן ויוצר קשר כפול עם אטום הפחמן.
6 צפייה בגלריה
העמיד יורשים בעולם הכימיה. אמיל ארלנמאייר (יושב במרכז) עם רעייתו אוגוסטה וכמה מצאצאיהם באירוע לכבוד יום הולדתו ה-70, ב-1895
( מקור: ויקיפדיה, נחלת הכלל)
ליתר דיוק, שתי הצורות נמצאות בשיווי משקל כימי, כלומר אנולים הופכים לקטונים או לקבוצה דומה בשם אלדהידים, ואילו קטונים הופכים לאנולים. ההרכב הכימי של המולקולה נשמר בתהליך, אך בזכות שינוי הקשרים והמבנה של המולקולה נוצר חומר חדש. שתי מולקולות כאלה, ששונות זו מזו במבנה ובמאפיינים שלהן אך זהות בהרכב הכימי נקראות איזומרים. וכשהשינוי הוא במקומו של אטום מימן אחד בלבד, כמו במקרה שלנו, הן נקראות טַאוּטוֹמֶרִים. התופעה שארלנמאייר גילה נקראת לפיכך טאוטומריית קטו-אנול, אם כי כימאים רבים מכירים אותה בשם “כלל ארלנמאייר”.
לצד העבודה התיאורטית עסק ארלנמאייר גם בכימיה יישומית. הוא פיתח שיטות לייצור של חומרים רבים, ובהם חומצה גְלִיקוֹלִית, חומצה פִּירוּבִית וקָרְבּוֹסְטִירִיל. כמו כן הוא הגה שיטה להבין תהליכי פירוק של חלבונים באמצעות קביעת היחסים הכמותיים בין שתיים מהחומצות האמיניות שמרכיבות את החלבונים, לֵאוּצִין וטִירוֹזִין. ההישגים האלה הפכו אותו לאחת הדמויות הבולטות והחשובות בכימיה האורגנית של אמצע המאה ה-19.
לדורות הבאים
ב-1883 פרש ארלנמאייר מההוראה באקדמיה וצמצם את עבודתו, בין השאר עקב הידרדרות במצבו הבריאותי. עם זאת, שנה לאחר מכן הוא נבחר לקדנציה של שנה כנשיא החברה הגרמנית לכימיה, אות למעמדו הרם בתחום. לאחר שסיים את תפקידו – המשיך לעבוד בהיקף מצומצם, ובין השאר ייעץ למעבדות אקדמיות או מסחריות. הוא עבר להתגורר בפרנקפורט וב-1893 עבר לעיירה הסמוכה אשפנבורג, שם עבד במחקר עצמאי בחסות בעלה של ביתו מריה, הבוטנאי הרמן דינגלר (Dingler). נכדו הוגו דינגלר היה פיזיקאי ופילוסוף אנטישמי ולימים חבר באס-אס ובארגונים נאציים נוספים בגרמניה.
לארלנמאייר ולאשתו אוגוסטה הייתה בת נוספת, פאולה, ובן ששמו אמיל, כמו אביו. גם אמיל הבן עסק בכימיה, ואף פיתח שיטה לייצור חומצות אמיניות המכונה “סינתזת ארלמנאייר”. גם נכדו הנס ארלנמאייר היה כימאי. הוא עבד בשווייץ, ובניגוד לבן דודו האנטישמי פעל לסייע למדענים שנמלטו מגרמניה במלחמת העולם השנייה ולפניה.
אמיל ארלנמאייר הלך לעולמו באשפנבורג ב-1909, בגיל 83. הוא הותיר אחריו מורשת מפוארת של תרומות חלוציות רבות לכימיה התיאורטית ולכימיה האורגנית – חשובות לא פחות מהבקבוק המפורסם שנושא את שמו.
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
