Вант-Гофф, Якоб Хендрик

(1852-1911) голландский химик и физик

Развитие химии не представимо без открытий Якоба Хендрика Вант-Гоффа, который создал целую систему наук - стереохимию, химическую кинетику, физическую химию. Одним из первых он понял, что именно объединение двух фундаментальных наук - физики и химии - дает возможность по-новому взглянуть на самые простые явления и объекты.

Якоб Хендрик Вант-Гофф родился в Роттердаме, в семье преуспевающего врача, который к тому же был известным в Голландии знатоком Шекспира. Якоб был третьим по счету из семи родившихся в семье детей. Первоначально он проявлял способности к математике и лишь в городской средней школе изменил этой привязанности. Якоб подружился с преподавателем химии и стал завсегдатаем небольшой школьной лаборатории. А в последнем классе он уже работал в домашней лаборатории, которую сам оборудовал в сарае.

Заканчивая школу, Якоб мечтал о карьере химика. Однако родители, считая научно-исследовательскую работу неперспективной, уговорили сына начать изучать инженерное дело в Политехнической школе в Дельфте. Всего за два года Вант-Гофф прошел трехлетнюю программу обучения и лучше всех сдал выпускной экзамен. Там же он увлекся философией, математикой и поэзией (особенно произведениями Джорджа Байрона).

Проработав недолгое время на сахарном заводе, юноша понял, что должен продолжить образование. Он отправился в Лейден и в 1871 году стал студентом естественно-математического факультета Лейденского университета. Однако уже на следующий год перешел в Боннский университет, чтобы изучать химию под руководством Фридриха Августа Кекуле. Два года спустя будущий ученый продолжил свои занятия в Парижском университете у Л. Вюрца, где и завершил работу над диссертацией. Вернувшись в Нидерланды, он представил ее к защите в Утрехтском университете.

Якоб Вант-Гофф увлекся исследованием явления поляризации света. Еще в самом начале XIX века французский физик Жан-Батист Био заметил, что кристаллические формы некоторых химических веществ могут изменять направление проходящих через них лучей поляризованного света.

Наблюдения показали, что некоторые молекулы (их назвали оптическими изомерами) вращают плоскость света в направлении, противоположном тому, в котором его вращают другие молекулы, хотя и первые, и вторые представляют собой молекулы одного типа и состоят из одинакового числа атомов.

Стремясь объяснить причину этого явления, Луи Пастер еще в 1848 году выдвинул гипотезу, что такие молекулы являются зеркальным отображением друг друга и что атомы в них расположены в трех измерениях. Многие ученые не согласились с Пастером, считая его гипотезу слишком фантастической. Ее проверкой и решил заняться Якоб Вант-Гофф.

В 1874 году, за несколько месяцев до защиты диссертации, молодой ученый опубликовал небольшую статью, где не только обосновал справедливость теории Пастера, но и предложил ее уточненный вариант.

Якоб Вант-Гофф предположил, что оптическая активность органических соединений 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. Этим и объясняются различия в их оптических свойствах.

Вначале на эту статью никто не обратил внимания. Разочарование было так велико, что Вант-Гофф даже хотел отказаться от защиты диссертации.

Однако всего через два месяца во Франции вышла аналогичная работа знакомого Вант-Гофа по Парижскому университету Ж. Ле Беля. Независимо от Вант-Гоффа он пришел к таким же выводам. Получение одинаковых результатов придало Якобу Вант-Гоффу уверенность в своих силах, и он возобновил исследования.

Проведенные эксперименты не только подтверждали правильность его выводов, но и позволили построить цельную концепцию поляризации, получившую название теории Вант-Гоффа - Ле Беля. Но убедить ученых в ее правильности оказалось непросто.

Прочитав статью Якоба Хендрика Вант-Гоффа, известный немецкий химик Герман Кольбе назвал ее «фантастической чепухой, напрочь лишенной какого бы то ни было фактического основания и совершенно непонятной серьезному исследователю».

В результате Вант-Гофф, всегда болезненно переживавший любую критику, так и не решился представить ее в качестве докторской диссертации. Он отложил исследования поляризации и написал диссертацию о цианоуксусной и малоновой кислотах и в 1874 году получил за нее докторскую степень по химии.

Открытие ученого признали только через два года. Именно тогда работа Якоба Вант-Гоффа была переведена на французский и немецкий языки. Ученые стали повторять его опыты и один за другим признавали правильность теории. Со временем она легла в основу современной стереохимии - области химии, изучающей пространственное строение молекул.

Становление научной карьеры Якоба Хендрика Вант-Гоффа шло медленно. Вначале ему приходилось давать частные уроки химии и физики, и только в 1876 году он получил должность лектора физики в Королевской ветеринарной школе в Утрехте.

В следующем году ученый становится лектором (а позднее профессором) теоретической и физической химии Амстердамского университета. Здесь в течение последующих 18 лет Вант-Гофф каждую неделю читал пять лекций по органической химии и одну лекцию по минералогии, кристаллографии, геологии и палеонтологии, а также руководил химической лабораторией.

В отличие от большинства химиков своего времени, Якоб 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 ученый классифицировал химические реакции в зависимости от числа участвующих в них молекул как мономолекулярные, бимолекулярные и многомолекулярные, а также определил порядок прохождения химических реакций для многих соединений.

Якоб Хендрик Вант-Гофф стал первым химиком, который применил в этой науке принципы термодинамики. Этот прием позволил объяснить причину 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 книге «Очерки но химической динамике», опубликованной в 1884 году.

В 1811 году итальянский физик Амедео Авогадро установил, что в равных объемах любых газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Ван-Тофф экспериментально проверил этот закон и пришел к заключению, что он справедлив и для разбавленных растворов. Сделанное им открытие было очень важным, поскольку все химические реакции и реакции обмена внутри живых существ происходят именно в растворах.

Проводя опыты, ученый установил некоторые закономерности, свойственные осмотическому давлению. Оказалось, что с его помощью можно охарактеризовать поведение двух различных растворов, находящихся по обе стороны мембраны, стремящихся к выравниванию концентрации. Ученый также установил, что и разбавленные растворы подчиняются теории электролитической диссоциации.

В 1878 году Якоб Вант-Гофф женился на дочери роттердамского купца Иоганне Франсине Меес. У них родилось две дочери и два сына.

Известность Вант-Гоффа росла, и многие университеты предлагали ему должность профессора. Теперь ученый мог выбирать наиболее удобное и престижное место работы. Но он отказался покинуть Голландию. В знак благодарности руководство Амстердамского университета выделило средства на постройку для него новой химической лаборатории.

Но через несколько лет Якоб Вант-Гофф понял, что лекции и исполнение административных обязанностей мешают полноценной научной работе. Поэтому он принял предложение Берлинского университета и занял место профессора экспериментальной физики.

Однако вскоре по многочисленным просьбам студентов ему пришлось возобновить чтение лекций. Обычно он уделял лекторской работе один день в неделю, а все остальные дни работал в специально оборудованной лаборатории. Хотя Вант-Гофф не был блестящим лектором, на его занятия собирались толпы студентов и молодых ученых со всей Европы. Ведь в лекциях ученого всегда содержались новые идеи и информация для научного поиска.

В Берлине Якоб Хендрик Вант-Гофф занялся применением физической химии для решения геологических проблем. Он использовал свою методику, например, при анализе океанических соляных отложений в Стасфурте.

Изучая процессы их образования, ученый начал заниматься проблемами биохимии, в частности, изучением ферментов, которые служили катализаторами химических изменений, необходимых для деятельности живых организмов.

В свободное время Вант-Гофф отдавал предпочтение своим первым увлечениям, интересовался поэзией и философией. Единственным видом отдыха для него было общение с природой: каждый выходной ученый стремился выбраться из города.

В 1901 году Якоб Хендрик Вант-Гофф стал первым в истории лауреатом Нобелевской премии по химии, которая была присуждена ему «в знак признания огромной важности открытия им законов химической динамики и осмотического давления в растворах».

Сейчас мы можем сказать, что идеи Якоба Вант-Гоффа определили развитие этой науки на много лет вперед. Возможно, он обогатил бы химию новыми открытиями, но неожиданно заболел туберкулезом и умер в больнице в пригороде Берлина.