נובל על קוואזי קריסטל

נובל על קוואזי קריסטל  \  אהוד קלפון

 

פרס נובל לכימיה של השנה, הוענק השבוע (2011. 12. 10), לפרופ' דן שכטמן מהטכניון בחיפה, על גילוי קוואזי קריסטל –  "דמוי גביש". המונח קוואזי – Quazi  פירושו דומה, כלומר דומה בחלק מתכונותיו למקור, אך לא בכולן. מכאן שהגביש שהתגלה על ידי דן שכטמן נקרא קוואזי קריסטל – Quazi Cristal . בשמונה באפריל 1982 כאשר הוא צפה במיקרוסקופ אלקטרוני בתערובת מותכת, של אלומיניום ומנגן, שהתקררה מהר, הוא גילה צורה גבישית מוזרה חסרת סימטריה, המנוגדת לחוקי הגבישים בטבע. שנתיים מאוחר יותר, הוא פרסם על כך מאמר, שהתקבל בספקנות רבה על ידי חוקרים אחרים, שטענו שלא יתכן בטבע קיום של גביש חסר מחזוריות. 

לכולם היה ברור שגביש (קריסטל) הוא צורה של חומר מוצק וסימטרי, בעל מבנה בסיסי החוזר על עצמו, והאטומים המרכיבים אותו מסודרים במבנה קבוע, המשוכפל באותה צורה. למשל אטומים מסודרים בצורה חוזרת של קובייה הם בעלי סימטריה מרובעת, אטומים מסודרים בצורה חוזרת של משולש הם בעלי  סימטריה משולשת. סידור זה דומה לריצוף אחיד ושלם בעזרת אריחים מרובעים, משולשים או משושים היוצרים משטח רציף ללא מרווחים. לעומת זאת, אי אפשר לרצף בעזרת אריחים מחומשים, או חסרי סימטריה, מבלי שיישארו מרווחים ביניהם. בקוואזי קריסטלים, שאינם סימטריים מטבעם, הטבע דאג למלא את המרווחים באטומים דבוקים, כך שנוצר פסיפס שלם שלא היה ידוע קודם לכן (חוץ מאשר בציורים אמנותיים). פרופ' דן שכטמן נשאר נאמן למה שראה במיקרוסקופ האלקטרוני ולתוצאות המחקר המדעי שערך, על אף שדעות עמיתיו היו מנוגדות לדעתו ולממצאיו.

בחקר הגבישים וסידור האטומים המרכיבים אותם נעזרים בקרני רנטגן, ולצורך צפייה במבניהם נעזרים במיקרוסקופ אלקטרוני. זה כולל גם את קוואזי -קריסטלים (דמויי גבישים). פרופ' עדה יונת ממכון ויצמן, נעזרה אף היא בקרני רנטגן כדי לגלות את מבנה הריבוזום, שבו נוצרים חלבונים בתא, ועל כך היא זכתה בפרס נובל בכימיה. בשנים האחרונות זכו ארבעה חוקרים ישראלים בפרס נובל לכימיה, כי על פי דעת מלומדים, בישראל עוסקים בצורה נרחבת בחקר מדעי הכימיה והביוכימיה, והתעשיות הכימיות מהוות מרכיב חשוב בכלכלת המדינה.
הגילוי של דן שכטמן, ערער את הידוע על המבנה האטומי של החומר, שהוביל לחשיבה חדשה בכימיה, שגם שינתה את הגדרתו של גביש. התגלית הוכיחה שיש עוד עיקרון של מארז אטומים ומולקולות, שלא היה מוכר קודם לכן. מאז שדן  שכטמן גילה את "דמוי הגביש" חסר הסימטריה, התגלו רבים אחרים במעבדות, וגם בצורה טבעית בנהר קטירקה במזרח רוסיה.
חוקרי מינראלים טוענים שקוואזי קריסטלים יכולים להיווצר בטבע, בתנאים גיאולוגיים מתאימים. דמויי גבישים אלה, הם מוליכי חום גרועים, כך שאפשר להשתמש בהם כחומרים מבודדים. הם גם מוסיפים קשיחות לפלדה, אפשר לבנות מהם מכשירים רפואיים מתאימים, מחבתות לא דביקות לבישול ולטיגון, ופוטנציאל רב טמון בהם לעתיד. המבנה הקריסטלי – גבישי, זוהי צורת ההתגבשות החיצונית של המינרל, המעידה על הסידור הפנימי של האטומים.
לקריסטל ולמינרל יש מבנה אטומי פנימי מסודר ומוגדר, אך רק לקריסטל יש מבנה חיצוני מוגדר. קריסטל המתקרר ומתגבש מהר ממדיו קטנים ואם הוא מתגבש לאט ממדיו גדולים. יש קריסטלים בצורת קובייה (פיריט), בצורת מנסרה (וולפנייט), בצורת משושה (קוורץ) בצורת מעוין (סלסטיט) ועוד. לקריסטלים יש שימושים רבים, כגון גבישי קוורץ בשעוני קוורץ, גבישי גלינה במכשירי רנטגן, רדיו וטלוויזיה ועוד. מיני קריסטלים משמשים את האדם ליופי, כגון אמתיסט, אקוומרין, קוורץ, קלצית, ציטרין, קרנלין, אמרלד, גרנט, רובי, ספיר, מלכית, ויהלום, ולעוד מגוון שימושים אחרים.               
Comments