Биография. Вант-Гофф —первый Нобелевский лауреат по химии Скорость химической реакции

Наш нынешний герой - весьма необычный человек (впрочем, бывают ли обычные нобелевские лауреаты). Он с детства был увлечен химией и добился своего, за короткую жизнь успев создать задел минимум на три Нобелевских премии, в разных ее областях. При этом активно пользовался своим авторитетом для того, чтобы его коллеги тоже не остались без премии. Итак, встречайте: Якоб Хендрик Вант-Гофф .

Формулировка нобелевского комитета: «В знак признания огромной важности открытия законов химической динамики и осмотического давления в растворах» (in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the laws of chemical dynamics and osmotic pressure in solutions).

В биографии первого нобелевского лауреата по химии, Якоба Хенрика Вант-Гоффа, есть одна деталь, свойственная юности многих ученых, - конфликт с родителями. Папа хочет, чтобы сын получил денежную профессию, сын (третий из семи детей) обожает поэзию, философию и химию. В случае Якоба Хендрика Вант-Гоффа-старшего такая жесткость была странной: он сам был не только врачом, но и выдающимся любителем и знатоком Шекспира. Но ни увлечения философией, ни многочисленные химические опыты дома, ни кумир Байрон, на которого Вант-Гофф буквально молился, не помогли, и по велению отца Якоб Хендрик Вант-Гофф-младший отправился изучать инженерное дело.

В принципе, сейчас, конечно, выбранное отцом образовательное учреждение было бы очень престижно: политехническая школа в Делфте превратилась в мощный Делфтский технический университет, опытом которого, например, активно пользуется наш МФТИ. Но тогда это было больше похоже на ПТУ.

Вант-Гофф поступил в 1869 году. На то, чтобы пройти все курсы и сдать экзамен, у него было три года. Вант-Гофф справился за два, сдав восьмого июля экзамен и получив специальность - сюрприз! - химического технолога. Видимо, здесь родители и сдались, и, поработав чуток на сахарном заводе, Вант-Гофф отправился в университет. Он поступил в Лейден, на естественно-математический факультет, но весьма быстро понял, что математика (чистая), при всей его любви к вычислениям, «не его», а химия «не отпускает».

И наш герой отправился учиться химии в Бонн, причем под руководством не абы кого, а самого Фридриха Кекуле (для тех, кто забыл школьную программу, напомним, что химики шестидесятых вообще очень любили спать и видеть научные сны. Менделеев увидел в 1869 году свой периодический закон, а Кекуле увидел танцующих обезьян, которые привели его в 1865 году к правильной формуле бензола в виде шестиугольника).

Для нас важно то, что Кекуле был автор самого понятия и термина «валентность», а также автором определения углерода как четырехвалентного элемента. То есть с самого начала своего пути в профессиональной химии Вант-Гофф оказался в эпицентре зарождающейся органической химии, которая уже имела большое количество накопившихся проблем, требующих решения.

Фридрих Август Кекуле, 1890-е

Wikmedia Commons

Уже в начале XIX века удивительный ученый, физик, географ, геодезист, астроном, воздухоплаватель Жан-Батист Био удивился тому, что растворы некоторых веществ могут вращать плоскость поляризации проходящего через них поляризованного света. Причем совершенно одинаковые по составу вещества могут различаться: одни вращали эту плоскость влево, другие - вправо. Почти полвека спустя, в 1848 году, другой великий француз, Луи Пастер, предположил, что молекулы таких веществ представляют собой зеркальные отражения друг друга.

И вот через два года после начала своей научной и учебной карьеры в химии Вант-Гофф публикует статью под названием «Попытка распространить в [трехмерное] пространство существующие структурные химические формулы. С примечанием об отношении между оптической активностью и химическим устройством органических соединений». На 11 страничках Вант-Гофф публикует гениальную догадку: атом углерода представляет собой тетраэдр. Сам атом находится в центре этой объемной фигуры, а четыре связи (помните постулат Кекуле), которые он образует, направлены к его вершинам. Таким образом, если у углерода есть четыре разных заместителя, то зеркальное отражение такой молекулы будет другой молекулой, отражения будут несовместимы в пространстве, как перчатка на правую и левую руки.

Wikimedia Commons

Так началась научная биография Вант-Гоффа. Тем не менее просто не было. Приходилось зарабатывать репетиторством, давать частные уроки и искать себе место в академических учреждениях. В 1876 году оно нашлось. Сначала им стала Королевская ветеринарная (!) школа в Утрехте, затем - наконец-то - Вант-Гофф стал профессором Университета Амстердама.

Что же касается теории… Теория Вант-Гоффа (и примкнувшего к нему товарища по Парижскому университету Жозефа Ашиля Ле Беля) была принята, как водится, в штыки. Даже «сооткрыватель» четырехвалентного углерода (вместе с Кекуле), Герман Кольбе, назвал работу «фантастической чепухой, напрочь лишенной какого бы то ни было фактического основания и совершенно непонятной серьезному исследователю».

Можно привести еще более едкую цитату из Кольбе: «Доктор Вант-Гофф из Ветеринарной школы в Утрехте, видимо, не испытывает симпатии к точному химическому исследованию. Он рассматривает его скорее как оседлание Пегаса (видимо, заимствовано из ветеринарной школы) и объявляет в своем труде, как, подобно его смелому полету на вершину химического Парнаса, атомы явились ему, расположенные в космическом пространстве».

Кто оказался прав, может судить любой человек, добравшийся в школьном курсе химии до органики. А Вант-Гоффу пришлось ждать шесть лет: в 1880 году его теорию признали очень влиятельные ученые, Иоганн Вислиценус и Виктор Мейер. И именно с этого началась современная стереохимия (в итоге работы в этом направлении принесли «Нобеля» Владимиру Прелогу в 1978 году).

Виктор Мейер, ок. 1880 года

Wikimedia Commons

Но в это время Вант-Гофф уже ушел из органики и занялся тем, куда серьезные ученые, в общем, пока что не совались, в изучение скорости химических реакций.

Прекрасный дар экспериментатора и увлечение математикой позволили ему привнести законы термодинамики в химию. Сначала появляется правило Вант-Гоффа (при повышении температуры на 10 градусов, скорость реакции увеличивается в 2-4 раза), а затем и более сложные уравнения химической кинетики. Кстати, единственный наш «Нобель» по химии - это продолжение трудов Вант-Гоффа. Николай Николаевич Семенов свою монографию «Цепные реакции» посвятил именно «памяти Сванте Аррениуса и Якоба Вант-Гоффа».

Сванте Аррениус

Wikipedia Commons

В 1884 году вышел его труд Études de Dynamique chimique (Опыты химической динамики). Затем он изучал разбавленные растворы и тем самым заложил основы будущей теории электролитической диссоциации Сванте Аррениуса (позже они станут работать вместе, и Аррениус станет третьим нобелевским лауреатом по химии), параллельно тщательно изучив такое важное для физики (и биологии) явление, как осмотическое давление. Работ было много, и именно поэтому пришлось уехать из Амстердама: преподавать и заниматься административной работой Вант-Гоффу не хотелось.

С 1896 года он жил в Берлине, и снова поменял область работы, приблизившись уже к геологии. Он изучал океанические отложения в Штатфурте. Опять же, так пишется в академических книжках. Но это одно из крупнейших калийных месторождений мира, которое обеспечивало калием всю керамическую, мыловаренную, оптическую промышленность Германии и калийными удобрениями - ее сельское хозяйство. А от изучения палеозойских пород Вант-Гофф снова перешел в новую область - в биохимию. Он был одним из первых химиков, занявшихся изучением ферментов и кинетики их работы.

Наступил XX век, и нобелевский комитет начал делать свой первый выбор. Номинаций на первую премию по химии было 20. 11 из них - Вант-Гоффа. Поэтому выбор победителя так же, как и в номинации по физике, был очевиден. Правда, из «неудачников» 1901 года и Эмиль Фишер, и Сванте Аррениус, и Анри Муассан тоже в последующие пять лет успели получить свои премии. Сам же Вант-Гофф 16 раз предлагал свои кандидатуры нобелевскому комитету, и не только по химии. И очень часто - удачно. Аррениус, Рэлей, Рамзай, Макс Планк, Ленард - все они были номинированы Вант-Гоффом (правда, не все получили премию с его номинации). Жаль, что ни в 1905, ни в 1906 году комитет не послушал первого лауреата и не присудил премии Дмитрию Менделееву. Это было бы достойным завершением жизни Вант-Гоффа, скончавшегося в 1911 году от туберкулеза. Увы, другой нобелевский лауреат, Зельман Ваксман, тогда только год как уехал из Одессы и жил на ферме у сестер. В 1911 году эффективного средства борьбы с чахоткой еще не существовало.

Химик Якоб Хендрик Вант-Гофф был из числа тех ученых, для которых наука была настоящей страстью и смыслом жизни. Еще в раннем детстве ощутив свое истинное призвание, он не отступался от намеченного пути ни на шаг, без устали работая, совершенствуя себя и как ученый, и как личность. Вершиной признания его трудов на научном поприще стало получение Нобелевской премии, а также заслуженное почитание в научном мире.

Вант-Гофф считается одной из самых значительных фигур, повлиявших на развитие и становление химии как науки.

Юные годы Вант-Гоффа

Вант-Гофф родился в почитаемой и интеллигентной голландской семье, в которой, однако, его намерения стать ученым не слишком приветствовались. Родным городом будущего химика стал Роттердам, в котором 30 августа 1852 года он родился. Семья была большой. Якоб был третьим ребенком, после него родилось еще четверо. Отец Якоба был довольно успешным практикующим врачом, при этом имел очень интересное увлечение - слыл тонким ценителем и знатоком творчества Шекспира. Поэтому в доме традиционно любили литературу, эту любовь впитал в себя и подрастающий Якоб. Очень большое влияние на него, в частности, оказало творчество Байрона.

Первым учебным заведением Якоба стала городская средняя школа в Роттердаме. Учителя сразу заметили незаурядные способности Якоба к освоению точных наук, а также страстную любовь к поэзии.

Родители, также видя одаренность сына, мечтали о его блестящей карьере как инженера. Когда Якоб начал проявлять заинтересованность химическими опытами и наметил для себя будущее ученого, его родные отнеслись к такому рвению довольно прохладно, считая научную карьеру не слишком перспективной. Поэтому, вопреки желанию сына, родители настояли на его поступлении в Политехническую школу, расположенную в Дельфте.

Талантливому юноше надо отдать должное, ведь не питая особого пристрастия к освоению инженерной профессии, он смог стать лучшим выпускником школы на курсе. Это позволило Якобу в 1871 году поступить в престижный Лейденский университет, не сдавая вступительных экзаменов. Но, проучившись здесь на естественно-математическом факультете, Якоб понял, что изучение математики - не его путь. Поэтому по прошествии всего одного года обучения Вант-Гофф принимает решение перевестись в университет в Бонне, чтобы изучать столь любимую им химию. Руководителем молодого студента стал талантливый и уже сделавший себе имя ученый Фридрих Кекуле.

Начало научной карьеры

Два года, проведенные в Бонне в научных изысканиях под руководством Кекуле, принесли молодому химику Якобу Вант-Гоффу первое значительное достижение - им была открыта пропионовая кислота, которую сейчас используют для производства некоторых лекарственных препаратов и гербицидов. Видя в Вант-Гоффе перспективного ученого, Кекуле советует ему продолжить свою научную деятельность уже в Париже, под началом профессора Шарля Адольфа Вюрца, известного специалиста в области органического синтеза.

Результатом работы в Париже стало написание докторской диссертации, которую Вант-Гофф успешно защитил в университете города Утрехта, став в возрасте 22-х лет доктором наук.

Большой резонанс в научном мире того времени произвела написанная Вант-Гоффом статья, в которой он объяснял открытое еще в начале 19 века явление изменения направленности движения светового луча при прохождении через некоторые химические вещества, имеющие форму кристаллов. По мнению Вант-Гоффа, такое изменение потока света в молекуле вызвано появлением особых изомеров, которые являются зеркальными по отношению друг к другу. Как это часто случается в научном мире, почти одновременно с Вант-Гоффом такую теорию предложил и его коллега Ля Бель, при этом к одинаковым выводам оба ученых пришли, работая независимо друг от друга. Некоторым химикам такая теория показалась почти что смехотворной и оторванной от реальности, но, несмотря на это, в итоге именно она послужила одной из основ для новой науки стереохимии, областью изучения которой является пространственное строение молекул.

Преподавательская деятельность и дальнейшая научная работа

Несмотря на очень незаурядные способности и нестандартный подход к исследованиям, карьера Вант-Гоффа как ученого-химика развивалась не слишком стремительно. Некоторое время основным источником его дохода были частные уроки физики и химии, что никак не способствовало процветанию Вант-Гоффа как серьезного научного деятеля. Позже, в том же Утрехте, он получает приглашение на должность преподавателя физики в школе, а по истечении года он занимает место лектора в университете Амстердама, немного позже становится в нем профессором. Работе здесь он посвятил много лет своей жизни, регулярно читая лекции и проводя исследования.

Надо сказать, что успеху и достижениям Вант-Гоффа очень поспособствовали его основательные профессиональные знания в области математики, которыми располагал далеко не каждый химик. Это позволяло ученому с новой стороны подходить к решению многих задач, в итоге достигнув столь значительных высот в научной деятельности. Присужденная ему в 1901 году Нобелевская премия была результатом признания неоценимой важности его работы в 80-х годах 19 века в области химической динамики, на тему которой Вант-Гофф создал один из самых знаменитых своих трудов «Очерки по химической динамике».

В конце 80-х годов Вант-Гофф стал одним из основателей «Журнала физической химии». В это время уже известный ученый был желаемой кандидатурой на профессорские посты в разных университетах, в частности, он получал предложение стать профессором процветающего университета Лейпцига.

Однако Вант-Гофф не спешил с решением, поскольку руководство университета в Амстердаме в то время планировало строительство новой химической лаборатории. Однако вскоре ученый решает все-таки принять одно из предложений, в итоге переехав в Берлин, на работу в престижный и известный университет столицы Германии. Здесь Вант-Гофф получил в полное распоряжение отличное лабораторное оборудование и смог беспрепятственно и всецело отдаться любимой работе.

Областью научных исследований именитого голландца в это время была физическая химия, занимался он также и работой по изучению ферментов. Результаты всех его трудов сильно повлияли на становление химии как науки, а полученная Нобелевская премия была первой, врученной химику.

Семья

Еще в 1878 году Вант-Гофф женился на Иоганне Франсине Меес, которая так же, как и он, была родом из Роттердама. У них родилось четверо детей - два сына и две дочери.

Последние годы

Всю оставшуюся жизнь ученый провел, живя и работая в Германии. Он был членом многих научных организаций и имел почетные степени не только в европейских, но и в американских университетах. Помимо научной деятельности, которой была посвящена вся его жизнь, Якоб Вант-Гофф никогда не переставал восхищаться искусством, в частности, столь горячо им любимой поэзией. Также очень любил философию, обожал проводить время на природе.

ричиной смерти ученого стал туберкулез, на то время одно из очень распространенных и опаснейших заболеваний. Скончался великий ученый 1 марта 1911 года в германском Стеглице (сегодня - один из районов Берлина).

Для нас важна актуальность и достоверность информации. Если вы обнаружили ошибку или неточность, пожалуйста, сообщите нам. Выделите ошибку и нажмите сочетание клавиш Ctrl+Enter .

Нидерландский химик Якоб Генрик Вант-Гофф родился в Роттердаме, в семье врача Якоба Генрика Вант-Гоффа. По настоянию родителей Вант-Гофф начал изучать инженерное дело в Политехнической школе в Дельфте. В ней Вант-Гофф за два года прошел трехлетнюю программу обучения и лучше всех сдал выпускной экзамен.

В 1871 г. Вант-Гофф стал студентом естественно-математического факультета Лейденского университета. На следующий год он перешел в Боннский университет, чтобы изучать химию под руководством Фридриха Августа Кекуле . Два года спустя Вант-Гофф продолжил свои занятия в Парижском университете, где и завершил работу над диссертацией. Вернувшись в Нидерланды, он представил ее к защите в Утрехтском университете.

В 1874 г. Вант-Гофф опубликовал небольшую статью «Предложение применять в пространстве современные структурно-химические формулы вместе с примечанием об отношении между оптической вращательной способностью и химической конструкцией органических соединений». В этой статье он предложил теорию асимметрического углеродного атома, объясняющую оптическую активность органических соединений. Вант-Гофф предположил, что оптическая активность связана с асимметрической молекулярной структурой, причем атом углерода находится в центре тетраэдра, а в четырех его углах располагаются атомы или группы атомов, отличающиеся друг от друга. Таким образом, взаимообмен расположенных в углах тетраэдра атомов или групп атомов может приводить к появлению молекул, идентичных по химическому составу, но являющихся зеркальным отображением друг друга по структуре.

Вант-Гофф распространил концепцию тетраэдрического атома углерода и на соединения, содержащие углерод-углеродные двойные связи (два тетраэдра с общим ребром) и тройные связи (два тетраэдра с общей гранью). Вант-Гофф не решился представить свою теорию в качестве докторской диссертации. Вместо этого он написал диссертацию о цианоуксусной и малоновой кислотах и в 1874 г. получил докторскую степень по химии.

Двумя месяцами позже во Франции к подобным же выводам пришел работавший над этой проблемой независимо от Вант-Гоффа его товарищ по Парижскому университету Жозеф Ашиль Ле Бель . Сначала теория Вант-Гоффа – Ле Беля была встречена химиками неоднозначно; Герман Кольбе , например, в своей статье назвал ее «фантастической чепухой, напрочь лишенной какого бы то ни было фактического основания и совершенно непонятной серьезному исследователю». Однако со временем она легла в основу современной стереохимии – области химии, изучающей пространственное строение молекул.

Становление научной карьеры Вант-Гоффа шло медленно. Вначале ему приходилось давать частные уроки химии и физики, и только в 1876 г. он получил должность лектора физики в Королевской ветеринарной школе в Утрехте. В следующем году он становится лектором (а позднее профессором) теоретической и физической химии Амстердамского университета. Здесь в течение последующих 18 лет он каждую неделю читал по пять лекций по органической химии и по одной лекции по минералогии, кристаллографии, геологии и палеонтологии, а также руководил химической лабораторией.

В отличие от большинства химиков своего времени Вант-Гофф имел основательную математическую подготовку. Она пригодилась ученому, когда он взялся за сложную задачу изучения скорости реакций и условий, влияющих на химическое равновесие . В результате проделанной работы Вант-Гофф в зависимости от числа участвующих в реакции молекул классифицировал химические реакции как мономолекулярные, бимолекулярные и многомолекулярные, а также определил порядок химической реакции для многих соединений. После наступления химического равновесия в системе с одинаковой скоростью протекают и прямые, и обратные реакции без каких бы то ни было конечных превращений. Если в такой системе увеличивается давление (меняются условия или концентрация ее компонентов), точка равновесия сдвигается таким образом, чтобы давление уменьшилось. Этот принцип был сформулирован в 1884 г. французским химиком Анри Луи Ле Шателье . В том же году Вант-Гофф применил принципы термодинамики при формулировании принципа подвижного равновесия, возникающего в результате изменения температуры. Тогда же он ввел общепринятое сегодня обозначение обратимости реакции двумя стрелками, направленными в противоположные стороны. Результаты своих исследований Вант-Гофф изложил в «Очерках по химической динамике», опубликованных в 1884 г.

Вант-Гофф пришел к заключению, что закон Авогадро справедлив и для разбавленных растворов. Сделанное им открытие было очень важным, поскольку все химические реакции и реакции обмена внутри живых существ происходят в растворах. Ученый также экспериментально установил, что осмотическое давление, представляющее собой меру стремления двух различных растворов по обе стороны мембраны к выравниванию концентрации, в слабых растворах зависит от концентрации и температуры и, следовательно, подчиняется газовым законам термодинамики. Проведенные Вант-Гоффом исследования разбавленных растворов явились обоснованием теории электролитической диссоциации Сванте Аррениуса . Впоследствии Аррениус переехал в Амстердам и работал вместе с Вант-Гоффом.

В 1887 г. Вант-Гофф и Вильгельм Оствальд приняли активное участие в создании «Журнала физической химии» ("Zeitschrift für Physikalische Chemie"). Оствальд незадолго до этого занял вакантное место профессора химии Лейпцигского университета. Вант-Гоффу тоже предлагали эту должность, но он отклонил предложение, так как Амстердамский университет заявил о своей готовности построить ученому новую химическую лабораторию. Однако, когда Вант-Гоффу стало очевидно, что осуществляемая им в Амстердаме педагогическая работа, а также исполнение административных обязанностей мешают его исследовательской деятельности, он принял предложение Берлинского университета занять место профессора экспериментальной физики. Было оговорено, что здесь он будет читать лекции только раз в неделю и в его распоряжение будет отдана полностью оборудованная лаборатория. Это произошло в 1896 г.

Работая в Берлине, Вант-Гофф занялся применением физической химии для решения геологических проблем, в частности при анализе океанических соляных отложений в Стасфурте. До первой мировой войны эти отложения почти полностью обеспечивали углекислым калием производство керамики, моющих средств, стекла, мыла и особенно удобрений. Вант-Гофф начал также заниматься проблемами биохимии, в частности изучением ферментов, которые служат катализаторами химических изменений, необходимых для живых организмов.

В 1901 г. Вант-Гофф стал первым лауреатом Нобелевской премии по химии, которая была ему присуждена «в знак признания огромной важности открытия им законов химической динамики и осмотического давления в растворах». Представляя Вант-Гоффа от имени Шведской королевской академии наук, С. Т. Однер назвал ученого основателем стереохимии и одним из создателей учения о химической динамике, а также подчеркнул, что исследования Вант-Гоффа «внесли значительный вклад в замечательные достижения физической химии».

В 1878 г. Вант-Гофф женился на дочери роттердамского купца Иоганне Франсине Меес. У них было две дочери и два сына. Через всю свою жизнь Вант-Гофф пронес живой интерес к философии, природе, поэзии. Он умер от туберкулеза легких 1 марта 1911 г. в Германии, в Стеглице (теперь это часть Берлина).

Помимо Нобелевской премии, Вант-Гофф был награжден медалью Дэви Лондонского королевского общества (1893) и медалью Гельмгольца Прусской академии наук (1911). Он был членом Нидерландской королевской и Прусской академий наук, Британского и Американского химических обществ, американской Национальной академии наук и Французской академии наук. Вант-Гоффу были присвоены почетные степени Чикагского, Гарвардского и Йельского университетов.

Первую Нобелевскую премию по химии получил в 1901 г. Якоб Генрих Вант-Гофф за открытие законов химической динамики и осмотического давления. Этой высокой наградой была отмечена важность молодой области науки - физической химии.

Уже в первых работах Вант-Гофф привел веские доказательства положения: только применение физических и математических методов может обеспечить прогресс в фундаментальных и прикладных исследованиях по химии. Возникновение новых областей знания, таких, как стереохимия, стало возможно только в тесной связи с другими областями естествознания. Вант-Гофф стал основателем стереохимии. Он выступил с новыми воззрениями против всех неверных взглядов ярых агностиков и узколобых эмпириков и ввел в химию представления о пространственном строении веществ.

Вант-Гофф родился 30 августа 1852 г. в Роттердаме в семье врача. Роду Вант-Гоффа на протяжении ряда поколений принадлежало поместье вблизи голландского города Дортрехта. Члены этого семейства в течение многих десятилетий были бургомистрами или занимали другие выборные должности в городском самоуправлении.

Уже в начальной школе учителя заметили у юного Вант-Гоффа любовь к музыке и поэзии. В дальнейшем он проявил замечательные способности к точным естественным наукам. По окончании школы в 1869 г. будущий ученый поступил в политехникум в Дельфте. В годы учения Вант-Гофф особенно заинтересовался дифференциальным и интегральным исчислениями, которые в то время привлекали пристальное внимание многих.

Затем Вант-Гофф увлекся философией. Он основательно изучил "Курс позитивной философии" О. Конта, в котором обратил внимание на путь, приводящий к рациональному исследования) в химии. Вант-Гофф понял высказывание Конта как способ логического совершенствования химических знаний. Но Вант-Гофф не воспринял ни враждебности Конта к теории, ни его ограниченной механистической методологии. Напротив, Вант-Гофф признавал необходимость единства теории и практики; он никогда не придерживался односторонней эмпирической точки зрения, а позже защищал свои материалистические представления от "энергетизма" Оствальда.

В политехникуме Дельфта Вант-Гофф по уровню знаний значительно превосходил своих сокурсников и потому в 1871 г. без вступительного экзамена был принят в Лейденский университет. Позже в этом университете Вант-Гофф выдержал кандидатский экзамен. Помимо интереса к математике в нем опять вспыхнула "старая любовь к химии", и Вант-Гофф продолжил свое химическое образование в наиболее известных тогда центрах этой науки - в лабораториях Кекуле в Бонне и Вюрца в Париже. В это время Кекуле - автор теории строения бензола и создатель представлений о порядке расположения атомов в молекулах - считался одним из ведущих специалистов в области фундаментальных проблем химии. Восхищение личностью этого ученого и его работами вызвало у Вант-Гоффа интерес к изучению строения молекул. Но Вант-Гофф недолго пробыл в Бонне. Работая у Вюрца в Париже, он познакомился с Ле Белем, который одновременно с Вант-Гоффом и независимо от него создал известную тетраэдрическую модель углеродного атома на основе представлений Кекуле о пространственном расположении атомов в молекуле.

В декабре 1874 г. Вант-Гофф защитил докторскую диссертацию в университете Утрехта и в 1876 г. начал преподавательскую деятельность в местной ветеринарной школе. Осенью 1874 г, он опубликовал в Утрехте небольшую работу с длинным заглавием: "Предложение применять в пространстве современные структурные химические формулы вместе с примечаниями об отношении между оптической вращательной способностью и химической конституцией органических соединений"37. Ни эта работа, опубликованная на голландском языке, ни ее перевод на французский язык (Роттердам, 1875) не привлекли внимания химиков. Подлинная известность пришла после того, как Вислиценус - решительный сторонник новой науки стереохимии 38 - познакомил ученых в 1877 г. с немецким переводом этой сильно переработанной статьи Вант-Гоффа, названной теперь "Расположение атомов в пространстве". Этот перевод был опубликован с предисловием Вислиценуса 39 .

Вант-Гофф ввел в науку положения, позволившие с новых позиций рассматривать строение химических соединений. Представление, согласно которому в молекуле метана СН 4 четыре атома водорода равномерно распределены в пространстве и поэтому можно говорить о тетраэдрической форме молекулы, возвращает нас к взглядам Кекуле 40 . Они нашли отражение в предложенной Вант-Гоффом модели: четыре валентности атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится этот атом 41 . Используя такую модель, Вант-Гофф предположил, что за счет связи атомов или атомных групп с углеродом тетраэдр может быть несимметричным, и высказал представление об асимметрическом атоме углерода. Он писал: "В случае, когда четыре сродства атома углерода насыщены четырьмя различными одновалентными группами, можно получить два и только два различных тетраэдра, которые представляют собой зеркальное отражение один другого и мысленно никак не могут быть совмещены, то есть мы имеем дело с двумя структурными формулами в пространстве" 42 .

Явления оптической изомерии нельзя было понять, используя существовавшие в то время структурные формулы. Замечательным достижением Вант-Гоффа явилось установление связи между наличием в соединении асимметрического атома углерода и оптической изомерией вещества. Голландский ученый считал бесспорным, что оба оптических изомера соответствуют двум молекулярным моделям с зеркальной симметрией по отношению к асимметрическому атому углерода. Следовательно, каждое оптически активное соединение содержит асимметрический атом углерода. Это предположение легко можно было проверить экспериментально, Вант-Гофф подтвердил свою гипотезу о существовании пространственных структурных формул при экспериментальном изучении многочисленных оптически активных соединений.

В этой работе Вант-Гофф объяснил также другой вид изомерии, которую Вислиценус назвал "геометрической изомерией". Такова, например, изомерия кислот фумаровой (транс -бутендикарбоновой) и малеиновой (цис -бутендикарбоновой). Их структурные формулы одинаковы, а свойства различны. Для объяснения этого явления Вант-Гофф опять использовал тетраэдрическую модель атома углерода, связав тем самым пространственное строение и химические свойства веществ. Так было вновь доказана важное значение мысленных моделей в химии.

Несмотря на изучение философии Конта, Вант-Гофф был материалистом и стихийным диалектиком. Своими выступлениями и результатами исследований Вант-Гофф последовательно защищал атомно-молекулярное учение от нападок философов-идеалистов, а в 90-х годах и от сторонников энергетизма Оствальда. Наиболее сильный удар идеализму нанесло открытие Вант-Гоффом стереохимии. Еще в 1871 г. Эрнст Мах представил многочисленные и, по его мнению, неопровержимые доводы, что "химические элементы не могут существовать в пространстве из трех змерений". Вант-Гофф выступил как против этих идеалистических утверждений, так и против взглядов Кольбе, высказанных в рецензии на работы Вант-Гоффа.

Герман Кольбе (1818-1884); автор многочисленных статей в издаваемом под его редакцией "Журнале практической химии"; в которых он выступал против стереохимических представлений Вант-Гоффа

В 1877 г. вскоре после выхода немецкого перевода статьи Вант-Гоффа Кольбе в грубой полемической форме писал: "Некоему доктору Я. Г. Вант-Гоффу, занимающему должность в ветеринарной школе Утрехта, очевидно не по вкусу точные химические исследования. Он счел более приятным сесть на Пегаса (вероятно взятого напрокат из ветеринарной школы) и поведать миру то, что узрел с химического Парнаса в своем смелом полете-расположение атомов в мировом пространстве" 43 . В другом месте статьи Кольбе читаем: "Примечательно для нашего времени, бедного критиками и ненавидящего критику, что два почти неизвестных химика, один из которых работает в ветеринарной школе, а другой - в сельскохозяйственном институте 44 , с уверенностью обсуждают одну из наиболее сложных проблем химии, которую, пожалуй, никому не решить: вопрос о расположении атомов в пространстве - и объяснения даются с такой дерзостью, которая просто обескураживает подлинных естествоиспытателей" .

Неверие в возможность познания мира, презрение к теоретическому мышлению, диалектике и материализму привели Кольбе к борьбе против передовых идей в естествознании. Стереохимические воззрения Вант-Гоффа постепенно получили подтверждение и применение не только в органической химии 45 , но спустя 20 лет и в неорганической химии 46 . Соотношения, установленные для асимметрического атома углерода, были успешно использованы в 1890 г. Альфредом Вернером для объяснения случаев изомерии у асимметрического атома азота.

С 1877 по 1896 г. Вант-Гофф был профессором химии, минералогии и геологии в незадолго до того основанном Амстердамском университете. Там он выполнил многие ценные теоретические работы. При этом Вант-Гоффу удалось счастливо сочетать смелость в выдвижении идей и тщательность их разработки. Работы Вант-Гоффа показали, что изучение основополагающих химических закономерностей - процесс, требующий от исследователя не только настойчивости, но и фантазии. В лекции, прочитанной Вант-Гоффом при вступлении в должность профессора Амстердамского университета, ученый говорил, что без "фантазии в науке" не может обойтись ни подготовка эксперимента, ни объяснение полученных результатов. Для изучения этого вопроса Вант-Гофф прочитал более двухсот жизнеописаний математиков И естествоиспытателей. Такой стиль работы восхищал учеников и друзей Вант-Гоффа.

Интересы Вант-Гоффа к поискам наиболее общих закономерностей вновь проявились в его большой работе "Воззрения на органическую химию" (т. I-II, 1878-1881). Исходя из представлений об асимметрическом атоме углерода, он хотел в этой работе раскрыть наиболее общие закономерности соотношений между строением и химическими свойствами органических соединений. Однако решению этих вопросов в то время мешало явно недостаточное знание строения атомов и молекул. Даже в наши ни многие проблемы, важные для теоретических основ органической химии, пока не решены.

Вант-Гофф вскоре перешел к изучению химической динамики; позднее он изложил свои взгляды по этому вопросу в книге "Очерки по химической динамике"47 (1884 г.). Голландский физикохимик разработал учение о скорости реакций и тем самым создал основания химической кинетики. Он определял скорость реакции как закономерное, но далеко не всегда равномерное изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Ему удалось эту закономерность сформулировать в общем математическом виде. Установление зависимости скорости реакции от числа взаимодействующих молекул, а также тесно связанные с этим новые представления Вант-Гоффа о природе химического равновесия существенно способствовали значительному прогрессу теоретической химии.

При этом было выяснено, что химическое равновесие, рассматриваемое Вант-Гоффом как результат двух противоположно направленных реакций, идущих с одинаковой скоростью (обратимый процесс) 48, зависит от температуры. Представления о химическом равновесии Вант-Гофф связал с уже известными в то время двумя началами термодинамики. Важнейшим результатом этой работы был вывод Вант-Гоффом математической формулы, в которой отражена взаимосвязь температуры и теплоты реакции с константой равновесия. Эта закономерность сейчас известна как выведенное Вант-Гоффом уравнение изохоры реакции 49 .

В разработке учения о химическом равновесии на термодинамической основе значительную роль сыграли исследования Ле-Шателье, Горстмана и Гиббса.

Одним из наиболее значительных открытий этого времени было установление природы движущей силы реакции - химического сродства. Это понятие не было точно определено 50 . Томсен в 1854 г. и Бертло в 1868 г. пытались сделать это, но успеха не добились 51 .

Вант-Гофф в 1885 г. высказал мысль, что мерой сродства может служить работа реакции, и вывел для нее математическое выражение 52 . В него, однако, не входила константа равновесия из закона действия масс, сформулированного в общем виде в 1867 г. Гульдбергом и Вааге на основе представления о вероятности столкновения друг с другом реагирующих молекул. В 1885 г. Вант-Гоффу удалось вывести этот закон термодинамически, что сразу увеличило возможность его практического применения.

Последним крупным вкладом Вант-Гоффа в теоретическую химию во время амстердамского периода его деятельности было открытие аналогии осмотического и газового давления. На основании сформулированных Раулем эмпирических закономерностей о повышении точки кипения и понижения точки замерзания растворов Вант-Гофф в 1885 г. разработал осмотическую теорию растворов. Он показал аналогию поведения растворенных веществ и газов и установил, что уравнение состояния идеальных газов PV = RT при его использовании для описания осмотического давления в растворах имеет вид PV = iRT (i > 1 - коэффициент, характеризующий отклонение поведения некоторых веществ) 53 , Осмотическое давление растворов было впервые измерено в 1877 г. ботаником Пфеффером, который пользовался искусственно приготовленными полупроницаемыми перепонками 54 . Вант-Гофф смог понять, что это явление характерно вообще для химических процессов. Вант-Гофф установил, что растворенные молекулы производят осмотическое давление, равное тому давлению, которое оказывали бы те же молекулы, если бы они в газообразном состоянии заняли объем, равный объему раствора. Такое объяснение было дано найденным Пфеффером высоким значениям осмотического давления 55 . Это фундаментальное открытие показало единство законов физики и химии (хотя причины возникновения осмотического давления не были вскрыты).

Вант-Гофф оказал также большое влияние на дальнейшее развитие теории диссоциации, изучив в своей работе "Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов" (опубликована в Стокгольме на французском языке в 1886 г.56) природу зависимости между понижением температуры замерзания растворителя, давлением пара раствора и осмотическим давлением солей, кислот и оснований.

Совместно с Вильгельмом Оствальдом Вант-Гофф стал издавать с 1887 г. Журнал физической химии. В первом выпуске этого журнала кроме статьи Вант-Гоффа с изложением осмотической теории растворов была опубликована также работа Сванте Аррениуса, в которой подтверждались и развивались взгляды голландского ученого.

В 1890 г. Вант-Гофф сформулировал понятие о твердых растворах 57 .

В марте 1896 г. Вант-Гофф покинул Амстердам, переехав Берлин по приглашению Прусской Академии наук. В соответчик с предложением Макса Планка и Эмиля Фишера для Вант-Гоффа была создана специальная исследовательская лаборатория в Академии наук, а сам ученый был сразу же избран ее действительным членом и почетным профессором Берлинского университета. В Берлине он проводил обширные экспериментальные и теоретические работы, которые помогли установить условия образования месторождений калийных солей и создать рациональную технологию переработки таких веществ. Результаты этих исследований (проводившихся с 1897 по 1903 г.) были опубликованы в двух выпусках (1905 и 1909 гг.) под заглавием "К образованию океанических соляных месторождений" 58 .

Давняя тяжелая болезнь Вант-Гоффа помешала ему глубже изучить синтетическое действие ферментов в живом растительном организме. Сделанный ученым в 1900 г. прогноз "химик дойдет своими синтезами до клетки, которая как органическая материя сейчас изучается биологами" блестяще подтвердился в наши дни. Именно эта задача встала перед специалистами в новой области исследований, которую разрабатывают совместно химики и биологи.

Ученый, пользовавшийся всеобщим уважением, член пятидесяти двух научных обществ и академий 59 , первый лауреат Нобелевской премии по химии (1901 г.), кавалер медалей Дэви, Гельмгольца и других, прусского ордена "За заслуги в науках и искусствах", почетный доктор многих высших учебных заведений, Вант-Гофф оставил после себя ряд основополагающих теорий, которые и в наши дни имеют непреходящее значение для химии. Представления, идеи и взгляды Вант-Гоффа сыграли большую роль в разработке основ современной минералогии, а также для развития биологии. В историю науки Вант-Гофф вошел как один из основателей стереохимии, учения о химическом равновесии и химической кинетике, осмотической теории растворов и химической геологии 60 .

Вант-Гофф (van"t Hoff)

Якоб Хендрик (30.8.1852, Роттердам, - 1.3.1911, Берлин), голландский химик, один из основателей современной физической химии и стереохимии. В 1871 окончил Политехническую школу в Делфте, после чего работал в Лейдене, Бонне (у А. Кекуле) и Париже (у А. Вюрца). В 1874 защитил в Утрехтском университете докторскую диссертацию. С 1876 доцент Ветеринарной школы в Утрехте, а с 1878 профессор химии, минералогии и геологии Амстердамского университета. С 1896 профессор Берлинского университета и член Прусской АН. С 1895 иностранный член-корреспондент Петербургской АН.

В 1874-75 В. впервые изложил теорию пространственного расположения атомов в молекулах органических соединений, лежащую в основе современной стереохимии (См. Стереохимия). Им были созданы или значительно расширены: химическая кинетика, термодинамика химических реакций, теория разбавленных растворов и учение о равновесиях в водно-солевых системах. Основываясь на исследованиях Н. А. Меншуткина, В. установил, что скорость реакции, в случае если превращение испытывает только одна молекула, пропорциональна концентрации реагирующего вещества, а в случае если в реакции участвуют 2 или 3 молекулы, - произведению их концентраций. В. принадлежит одно из основных уравнений химической термодинамики, которое выражает зависимость константы равновесия от температуры реакции и показывает, что эта зависимость определяется тепловым эффектом реакции. Он вывел формулу, выражающую константу равновесия через изменение свободной энергии (энергии Гиббса). Тем самым закон действующих масс для химического равновесия получил термодинамическое обоснование.

В 1885-89 появились работы В., посвященные разбавленным растворам. Он связал воедино наблюдения, относящиеся к осмотическому давлению, давлению пара над раствором, зависимости точки замерзания и точки кипения растворов от концентрации. Им было установлено, что осмотическое давление равно давлению, которое производило бы растворённое вещество, находясь в газообразном состоянии при той же температуре в объёме, равном объёму раствора. Однако оказалось, что электролиты производят более высокое осмотическое давление, чем можно ожидать на основе их молекулярной массы Для учёта этого В. ввёл в газовую формулу эмпирический коэффициент i . Впоследствии С. Аррениус пришёл к выводу, что коэффициент i указывает на степень диссоциации растворённого вещества. В 1890 В. распространил свои представления о растворах также и на твёрдые тела, введя новое понятие - Твёрдые растворы . Почти одновременно с работами по разбавленным растворам В. вместе со своими учениками начал ряд исследований насыщенных солевых растворов.

Эти наиболее обширные экспериментальные работы имели целью выяснить условия образования и использования стасфуртских соляных отложений.

Установленные В. закономерности, экспериментальные методы исследования и примененные им аналитические, термодинамические и геометрические принципы сыграли большую роль в дальнейшем развитии химии. Нобелевская премия (1901).

Соч.: Ansichten über die organische Chemie, Bd 1-2, Braunschweig, 1878-81; Vorlesungen über theoretische und physikalische Chemie, 2 Aufl., Н. 1-3, Braunschweig, 1901-1903; в рус. пер. - Химическое равновесие в системах газов и разведённых растворов, М., 1902; О теории растворов. Рига. 1903: Восемь лекций по физич. химии, Рига, 1903; Расположение атомов в пространстве, пер. с нем., под ред. Н. Д. Зелинского, М., 1911; Очерки по химической динамике, под ред. и со вступит. ст. акад. Н. Н. Семенова и с биографич. очерком М. А. Блоха, Л., 1936.

Лит.: Новые идеи в химии. Сб. 1 - Стереохимия, химическая механика, растворы, 2 изд., СПБ, 1914; Блох М. А., Жизнь и творчество Вант-Гоффа, П., 1923; Памяти Вант-Гоффа, «Успехи химии», 1937, т. 6, в. 1; Cohen Е., Jacobus Henricus van"t Hoff, Sein Leben und Wirken, Lpz., 1912.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Вант-Гофф" в других словарях:

Вант Гофф, Якоб Хендрик Якоб Хендрик Вант Гофф нидерл. Jacobus Henricus (Henry) van t Hoff Дата рождения: 30 августа 1852 … Википедия

- (van t Hoff) Якоб Хендрик (1852 1911), нидерландский химик, один из основателей стереохимии, физической химии. Сформулировал теорию пространственного расположения атомов в молекулах (1874). Открыл законы химической кинетики и осмотического… … Современная энциклопедия

- (Hoff) Якоб Хендрик (1852 1911), голландский химик неорганик, профессор университетов Амстердама, Лейпцига, а затем Берлина. Его исследования были направлены на изучение атома углерода, теории применимости газовых законов к растворенным веществам … Научно-технический энциклопедический словарь

Вант Гофф Я. Х. - ВАНТ ГОФФ (van t Hoff) Якоб Хендрик (1852–1911), нидерл. учёный, один из основателей стереохимии и физ. химии; ин. ч. к. Петерб. АН (1895). Сформулировал теорию пространств. расположения атомов в молекулах органич. соединений (1874) и осн.… … Биографический словарь

Якоб Хендрик Вант Гофф Дата рождения: 30 августа 1852 Место рождения: … Википедия

Вант-Гофф - Вант Г офф, а: зак он (пр авило) Вант Г оффа … Русский орфографический словарь

- (Якобус Гендрикус) нидерландский ученый; род. в 1852 г. в Роттердаме; учился в Дельфте, Лейдене, Бонне, Париже и Утрехте, был сперва профессором в Утрехте, потом в Амстердаме, а затем приглашен в Берлин. В. основатель стереохимии и один из самых… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ВАНТ ГОФФ (van t Hoff) Якоб Хендрик (1852 1911), нидерландский ученый, один из основателей стереохимии, физической химии, иностранный член корреспондент Петербургской АН (1895). Сформулировал теорию пространственного расположения атомов в… … Энциклопедический словарь

Вант Гофф (van t Hoff) Якоб Хендрик (30.8.1852, Роттердам, ≈ 1.3.1911, Берлин), голландский химик, один из основателей современной физической химии и стереохимии. В 1871 окончил Политехническую школу в Делфте, после чего работал в Лейдене, Бонне… … Большая советская энциклопедия