Jacob Hendrik van't Hoff | |
---|---|
Henry van't Hoff | |
Henry van't Hoff v roce 1904 | |
Datum narození | 30. srpna 1852 |
Místo narození | Rotterdam , provincie Jižní Holandsko , Nizozemsko |
Datum úmrtí | 1. března 1911 (58 let) |
Místo smrti | Steglitz , Německá říše |
Země | Holandsko |
Vědecká sféra |
fyzikální chemie , organická chemie |
Místo výkonu práce |
veterinární vysoká škola v Utrechtu, University of Amsterdam , University of Berlin |
Alma mater |
Univerzita v Leidenu Univerzita v Bonnu Univerzita v Paříži |
Akademický titul | Ph.D |
vědecký poradce | Edward Mulder [d] [1] |
Studenti | Ernst Cohen |
Ocenění a ceny |
Davy Medal ( 1893 ) Nobelova cena za chemii ( 1901 )![]() |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Jacobus Henricus (Henry) van 't Hoff [2] ( holandský. Jacobus Henricus (Henry) van 't Hoff ; 30. srpna 1852 , Rotterdam - 1. března 1911 , Berlín ) - holandský chemik , jeden ze zakladatelů stereochemie a chemická kinetika , první laureát Nobelovy ceny za chemii (1901) se zněním „jako uznání velkého významu objevu zákonů chemické dynamiky a osmotického tlaku v roztocích“.
Jacob Hendrik van't Hoff se narodil 30. srpna 1852 v Rotterdamu . Jeho rodina patřila ke staré holandské rodině. Jacobův otec, Jacob Hendrik van't Hoff Sr., byl lékař a jeho matka, Alida Jacoba Kolf [3] , byla žena v domácnosti. Byl třetím dítětem v rodině a měl čtyři bratry a dvě sestry [4] .
V osmi letech Jacob šel do soukromé školy poblíž Rotterdamu. Byla to škola se širokým programem. Vyučovalo přírodní a humanitní vědy, cizí jazyky, kreslení a zpěv. Již zde se začaly objevovat vynikající schopnosti budoucího vědce. Největších úspěchů dosáhl v oblasti matematiky a fyziky [4] .
V roce 1867, ve věku patnácti let, Van't Hoff úspěšně složil přijímací zkoušky a nastoupil do čtvrté třídy pětileté střední školy ve městě. Tato škola byla zaměřena na studium přírodních věd a matematiky. Právě zde se budoucí vědec začal zajímat o chemii a začal provádět své první experimenty [5] .
V roce 1869, po ukončení školy, Jakob odešel do Delftu , kde vstoupil na polytechnickou školu s přáním získat diplom v chemickém inženýrství. van't Hoff věnoval většinu svého času chemii a matematice. Studoval pilně, což mu umožnilo dokončit školu za dva roky místo za tři.
O prvních studentských prázdninách chodí Van't Hoff cvičit. Odehrálo se to v cukrovaru v Severním Brabantsku . Během praxe se začínající vědec zabýval určováním koncentrace cukru pomocí polarimetru. Tato práce se mu zdála nepromyšlená a jednotvárná, ale právě monotónnost a rutina technologických operací v něm probudila touhu porozumět chemickým procesům hlouběji [4] .
V říjnu 1871 se Van't Hoff stává studentem na univerzitě v Leidenu . Jako vždy pilně studuje, má rád poezii a filozofii. Dokonce má nápad věnovat se výhradně poezii. Jeho první pokusy v tomto směru jsou ale neúspěšné a znovu se vrací na dráhu výzkumného chemika [4] .
Van't Hoff si brzy uvědomí, že aby mohl vážně studovat moderní chemii, měl by se přestěhovat na jinou univerzitu. Stěhuje se do Bonnu a začíná pracovat na univerzitě v Bonnu , kde byl v té době profesorem chemie Friedrich August Kekule [6] .
Po zápisu van't Hoff okamžitě zahájil experimentální výzkum. Kekule okamžitě upozorní na mimořádnou pracovitost van't Hoffa, ale brzy dojde ke konfliktu mezi profesorem a praktikantem, způsobeným Kekulovou touhou využít znalosti a schopnosti van't Hoffa k provedení vlastního výzkumu. V jednom ze svých dopisů rodičům van't Hoff napsal [6] :
Malý spor s profesorem Kekulem: má nové nápady o kafru a terpentýnu a chce k jejich zpracování použít několik laborantů, to znamená, že chce z několika placených laborantů udělat neplacené soukromé asistenty. Tuto nabídku jsem nepřijal a byl jsem nucen hledat si vlastní téma pro rozvoj a nyní, když jsem tímto tématem zaneprázdněn, se ke mně profesor Kekule chová jinak než dříve a nadále láká nové asistenty.
V důsledku toho se van't Hoff rozhodl opustit Kekuleovu laboratoř. Ale aby mohl úspěšně pokračovat ve své práci, potřeboval od profesora obdržet certifikát potvrzující úspěšnost jeho experimentální práce. Případ však skončil šťastně. Po dlouhém výzkumu Wang-Hoff představil své výsledky profesorovi. K překvapení mladého vědce profesor po krátkém dialogu řekl: "Dostanete certifikát a velmi dobrý." A skutečně, 17. června 1873 Van't Hoff obdržel certifikát od Kekule. Profesor navíc mladému vědci poradil, aby pokračoval ve studiu na nějaké jiné univerzitě. Než následoval Van't Hoffovu radu, odjel do Utrechtu , kde 22. prosince 1873 úspěšně složil doktorskou zkoušku, což mu dalo právo hledat doktorát [5] .
V lednu 1874 cestoval van't Hoff do Paříže , aby pokračoval ve výzkumu organické chemie v laboratoři Charlese Adolphe Wurtze . V této laboratoři se van't Hoff setkává s A. R. Genningerem a J. A. Le Belem , kteří se později stali jeho blízkými přáteli. Avšak již na konci října 1874 se van't Hoff, který obdržel od Wurtze příslušné osvědčení, vrátil do Utrechtu . Zde během pár měsíců dokončil své studentské vzdělání a 22. prosince 1874 obhájil doktorskou práci o syntéze kyseliny kyanooctové a malonové .
Krátce před obhajobou své doktorské disertační práce, v září 1874, vydává v holandštině malou brožuru s dlouhým názvem „Návrh reprezentovat strukturní vzorce v současnosti používané ve vesmíru a související poznámku o vztahu mezi optickou rotační silou a chemickou konstitucí organické sloučeniny." Později, koncem roku 1875, vyšla tato brožurka v německém překladu, v překladu asistenta I. Visselia F. Hermanna [5] .
Při přípravě dotisku článku ve francouzštině byl van't Hoff zaměstnán hledáním práce. V tomto ohledu neměl dlouho štěstí a byl nucen dávat soukromé hodiny. Teprve v březnu 1876 se mu podařilo získat místo asistenta chemie na zvěrolékařské škole v Utrechtu [6] .
Po vydání německého vydání brožury Van't Hoffa se s ní mohlo seznámit mnoho vědců. Názory Van't Hoffa však byly nečekaně ostře kritizovány autoritativními chemiky. Jedním z nejvýznamnějších odpůrců Van't Hoffových myšlenek byli M. Berthelot a G. Kolbe . Poslední jmenovaný si dokonce dovolil vyjadřovat se směrem k van't Hoffa poměrně přímočaře a sprostě. Na konci 70. let 19. století však významná část chemiků uznala stereochemickou teorii. Mnoho experimentů potvrdilo jeho použitelnost v praxi. Také následně byl přesně stanoven vztah mezi optickou rotační schopností molekul a přítomností asymetrického atomu uhlíku v nich [5] .
Díky doporučením přátel obdržel Van't Hoff 26. června 1877 pozvání, aby se stal lektorem na univerzitě v Amsterdamu . O rok později, ve svých 26 letech, se stal profesorem chemie, mineralogie a geologie (a později fyzikální chemie). Prvních několik let Van't Hoff věnoval organizaci a uspořádání chemické laboratoře. V období 1878 až 1884 publikoval jen několik článků, protože byl pohlcen výukou a organizací laboratoře [6] .
S stěhováním do Amsterdamu je spojena velká událost v osobním životě Van't Hoffa. V roce 1878 požádal o ruku Johanu Franzinu Mees (dceru obchodníka z Rotterdamu), kterou dlouho miloval. 27. prosince téhož roku se konala jejich svatba. Měli 2 dcery, Johanu Franzinu (1880) a Aleidu Jacoba (1882), a 2 syny, Jacobse Hendrikuse (1883) a Goverta Jacoba (1889). Více než 30 let byla jeho manželka jeho věrnou a milovanou přítelkyní [4] .
V roce 1881 vyšla Van't Hoffova kniha „Pohledy na organickou chemii“, na níž začal pracovat v Utrechtu . V této knize se vědec pokusil stanovit vztah mezi strukturou látek a jejich fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Tento pokus však nebyl příliš úspěšný a dnes je tato kniha málo známá. Pro samotného Van't Hoffa však byla tato kniha důležitým krokem v jeho vývoji. Při práci na této knize dospěl k problému chemické afinity, k poznání důležitosti chemické termodynamiky a k problémům chemické rovnováhy a rychlosti chemických reakcí. Můžeme předpokládat, že od toho okamžiku Van't Hoff začal studovat fyzikální chemii [4] .
V roce 1884 vyšla Van't Hoffova nejslavnější kniha „Essays on Chemical Dynamics“ [7] . Vzhled této knihy znamenal zrod fyzikální chemie. Van't Hoff byl první, kdo široce používal principy termodynamiky a matematických metod k analýze a vysvětlení pozorovaných chemických procesů. Van't Hoff ve velmi útlé knížce představil v koncentrované podobě rozsáhlý a velmi důležitý materiál pro pochopení podstaty a mechanismu chemických reakcí. Navzdory tomu vzhled této knihy zpočátku nevyvolal žádnou reakci v chemickém světě. Chemici si nejenže nevšimli vzhledu této knihy, ale některá její ustanovení se pro ně ukázala jako nejasná [5] .
O rok později, 14. října 1885, předkládá van't Hoff k publikaci novou teoretickou práci „Chemical Equilibrium in Systems of Gases and Dilute Solutions“ [8] , vydanou v roce 1886. Tato práce je pokračováním a podrobným popisem myšlenek vyjádřeno v obecné formě v "Essays on Chemical Dynamics". Krátce poté, co se objevila práce „Chemical Equilibrium in Systems of Gases and Dilute Solutions“, švédský vědec Svante Arrhenius předložil svou slavnou teorii elektrolytické disociace. Vznik této teorie nejvíce přímo souvisí s prací van't Hoffa [5] .
V roce 1887 W. Ostwald spolu s J. G. van't Hoffem a S. A. Arrheniusem založili mezinárodní „Journal of Physical Chemistry“ (Zeitschrift fur phys. Chemie) v Lipsku , který získal širokou distribuci a uznání mezi chemiky. Tento časopis získal velký význam ve vývoji a podpoře nových myšlenek ve fyzikální chemii . Nejdůležitější články van't Hoffa a Arrhenia [4] se objevily již v prvním díle tohoto časopisu .
Po publikaci prací o chemické dynamice a rovnováze se jméno van't Hoff stalo široce známé ve vědeckém světě. Přitom ještě hodně času vyučoval na Amsterdamské univerzitě. Kromě přednášek dohlížel na výzkum v jím vytvořené laboratoři, kam bylo postupem času přitahováno velké množství stážistů a vědců k práci pod vedením slavného vědce [5] .
V období 1888 až 1895 se van't Hoff zabýval především rozvíjením již dříve vyslovených myšlenek, především v oblasti teorie řešení. Současně publikoval několik prací o stereochemii a termodynamice. Velmi zajímavá je práce „O pevných roztocích a o stanovení molekulové hmotnosti v pevném stavu [9] “, ve které se van't Hoff pokusil ukázat, že vzory, které získal pro kapalné roztoky, lze v některých případech aplikovat na pevné směsi. Tímto článkem van't Hoff položil základ pro teorii pevných roztoků, kterou později rozvinul [5] .
V polovině 90. let 19. století začaly Van't Hoffa tížit učitelské povinnosti. S přáním poskytnout si pohodlné podmínky pro provádění výzkumu přijal v roce 1895 velmi čestnou nabídku berlínské akademie věd a berlínské univerzity přejít na místo univerzitního profesora, který nebyl povinen přednášet. 30. ledna 1896 byl Van't Hoff zvolen řádným členem Pruské akademie věd [6] .
V březnu 1896 se van't Hoff přestěhoval do Berlína , kde okamžitě zahájil výzkum v nové oblasti - studium podmínek pro vznik přírodních solných ložisek oceánského původu. Nejprve se vědec zajímal o příčiny a mechanismy vzniku slavných ložisek soli Stassfurt poblíž města Magdeburg . Tento článek je odvážným pokusem o využití zákonů fyzikální chemie k vysvětlení geochemických procesů. Rozvoj tohoto tématu umožnil experimentálně i teoreticky osvětlit jednu z nejdůležitějších oblastí geologie [4] .
Rozsáhlý výzkum k objasnění podmínek pro vznik solných ložisek na ložisku Stassfurt , van't Hoff, provedený ve spolupráci se svým studentem a přítelem Wilhelmem Meyerhoferem, který se narodil v Rusku , talentovaným a zcela nezávislým vědcem, který se dříve zabýval solí rovnováhy, vyznačující se originalitou a v teoretických názorech [5] .
V roce 1896 Meyerhoffer spolu s van't Hoffem založil malou soukromou laboratoř v Berlíně, kde probíhala převážná část výzkumu ložisek Stassfurt. Práce pokračovaly asi 10 let a výsledky byly publikovány ve zprávách Pruské akademie věd . Celkem to bylo 52 zpráv. Studium podmínek pro vznik oceánských solných ložisek a získané výsledky nabyly velkého významu v geologii a mineralogii, stejně jako v chemii. Staly se výchozím bodem pro širší výzkum, který v tomto směru dosud probíhá [5] .
V roce 1901 dostal Van't Hoff jako první chemik Nobelovu cenu „jako uznání za obrovský význam objevování zákonů chemické dynamiky a osmotického tlaku v roztocích“.
Společná práce van't Hoffa a Meyerhoffera, která trvala deset let, byla mimořádně plodná. Ale v roce 1905 byl náhle přerušen kvůli Meyerhoferově vážné nemoci. 21. dubna 1906 Meyerhofer zemřel. Van't Hoff nesl smrt svého přítele a spolupracovníka těžce. V této době se sám začal cítit špatně: objevily se známky těžkého plicního onemocnění – tuberkulózy [5] .
Van't Hoff se nechtěl vzdát. Hledal novou oblast pro provádění rozsáhlého systematického výzkumu. Koncem roku 1905 se rozhodl věnovat studiu syntetického působení enzymů . Vědec, který měl rozsáhlé zkušenosti se studiem stereochemie a osmotického tlaku, se nyní chtěl zabývat otázkami biochemie [6] .
Postup nemoci však jeho záměrům zabránil. Plánovaný výzkum musel být přerušen. Poslední roky jeho života byly zastíněny ztrátou několika blízkých osob - příbuzných a kolegů [6] .
15. prosince 1910 Van't Hoff konečně onemocněl. Jeho pokusy vrátit se o několik týdnů později do práce byly marné. 1. března 1911 zemřel [6] .
Van't Hoff je jedním ze zakladatelů stereochemie . Jeho brožura „Návrh reprezentovat aktuálně používané strukturní vzorce ve vesmíru a související poznámka o vztahu mezi optickou rotační silou a chemickou konstitucí organických sloučenin“ [10] , publikovaná v roce 1874 v holandštině a následně přeložená do němčiny a francouzštiny [11 ] , byl ostře kritizován slavnými chemiky té doby. Postupem času se však myšlenky, které van't Hoff nastínil v této brožuře, rozšířily [12] .
Van't Hoff navrhl reprezentovat čtyřvazný atom uhlíku ve formě čtyřstěnů [13] [14] . Na základě této myšlenky vědec navrhl, že výskyt optické rotační schopnosti molekul může být spojen s přítomností asymetrického atomu uhlíku [15] (atom uhlíku spojený se čtyřmi různými substituenty) [16] . Tento předpoklad je nejdůležitější myšlenkou stereochemické teorie. Následně bylo provedeno mnoho experimentů potvrzujících tuto myšlenku [17] [18] .
V roce 1884 Van't Hoff vydal svou knihu Essays on Chemical Dynamics [7] . Vzhled této knihy znamená zrod fyzikální chemie jako takové. Van't Hoff zde v podstatě poprvé široce použil principy termodynamiky a matematických metod při interpretaci chemických procesů. Když van't Hoff začal pracovat na knize, pochopil, že bude muset poskytnout základní schéma pro kvantitativní popis chemického procesu na základě oddělených, nesourodých a několika faktů zjištěných jeho předchůdci [4] .
V této práci van't Hoff formuluje koncept „molekulární transformace“ a na základě molekulárně-kinetických konceptů uvádí klasifikaci takových transformací podle počtu molekul účastnících se reakce . Zavádí pojmy reakční rychlostní konstanty , mono-, di- a trimolekulární reakce a formuluje důležité stanovisko: "Průběh chemické přeměny je charakterizován výhradně počtem molekul , při jejichž interakci k přeměně dochází" [5 ] .
Na konkrétních příkladech reakcí odhaluje van't Hoff vzorce mono-, bi- a multimolekulárních reakcí a dává vyjádření jejich rychlostí ve formě dobře známého vzorce [7]
kde je koncentrace činidel , je počet molekul zapojených do reakce ( = 1 - monomolekulární, = 2 - bimolekulární atd.), je konstanta rychlosti reakce .
Van't Hoff uvažuje o vlivu tvaru a velikosti reakčních nádob na průběh reakcí, způsobech výběru vhodného média a působení stěn nádob. Zejména jsou uvedeny výsledky pokusů o vlivu povlaků na vnitřní stěny zařízení (například s olejem). Dále podává přehled způsobů a metod stanovení počtu molekul účastnících se chemické přeměny [5] .
Van't Hoff také uvažuje o vlivu teploty na chemickou přeměnu. Konkrétně na příkladu reverzibilní reakce odvodí známou rovnici vztahující teplotu k rychlostním konstantám dopředných a zpětných reakcí:
kde je počet kalorií uvolněných při přechodu jednotky druhé látky na první při konstantním objemu [19] .
Na základě získaných dat van't Hoff pečlivě analyzuje různé případy chemické rovnováhy . van't Hoff poznamenává úzké spojení mezi rychlostmi transformací a rovnováhou . Rovnováhu považuje za výsledek dvou opačných reakcí probíhajících při určitých rychlostech a dochází k dalšímu důležitému vzorci:
kde . Tak spojuje rovnovážnou konstantu s rychlostními konstantami dopředné a zpětné reakce [20] .
Fyzikální chemie zředěných roztokůV roce 1886 vyšla Van't Hoffova práce pod názvem „Chemická rovnováha v systémech plynů a zředěných roztoků“ [8] . Hlavním účelem této práce byl pokus o zakotvení angiologie v zákonech popisujících chování plynných systémů a roztoků [21] .
van't Hoff uvažuje o vztahu osmotického tlaku s dalšími fyzikálně-chemickými parametry [22] . Poté, co van't Hoff popsal Pfefferovo zařízení a metodu, kterou navrhl pro výrobu semipermeabilních přepážek , vyjádřil důležitou myšlenku o reverzibilitě změn osmotického tlaku [23] . Pomocí konceptů semipermeabilních přepážek se ukázalo, že je možné provádět reverzibilní kruhové procesy pro roztoky a tím vytvořit analogii mezi plyny a roztoky [24] [25] . Bylo tedy zcela zřejmé, že zákony plynného skupenství platí i pro popis osmotického tlaku ve zředěných roztocích [26] .
Van't Hoff teoreticky a experimentálně prokázal použitelnost Boylových zákonů , Gay-Lussacova a Clapeyronova vzorce pro ředění roztoků. Z toho van't Hoff usoudil, že Avogadrův princip je zcela použitelný pro zředěné roztoky a izotonické roztoky musí být ekvimolekulární [27] .
Pro zředěné roztoky vypočítal van't Hoff hodnotu plynové konstanty v Clapeyronově rovnici . Jím získaná hodnota z měření osmotického tlaku se ukázala být blízká hodnotě získané pro ideální plyny. V některých případech (roztoky minerálních kyselin a solí) však byla hodnota plynové konstanty odlišná. V tomto ohledu van't Hoff přepsal Clapeyronovu rovnici do tvaru [8]
kde - tlak ; - objem ; - teplota ; - plynová konstanta , která má stejnou hodnotu jako u plynů; - korekční faktor blízký jednotce a v závislosti na povaze látky, na kterou se rovnice vztahuje (Vant Hoff tento koeficient nazval „koeficient aktivity“).
Van't Hoff to také ukázal [28]
kde je molekulová hmotnost látky ; - množství, o které přítomnost látky (1:100) snižuje tlak vodní páry. Van't Hoff také navrhl další metody pro stanovení koeficientu , například pomocí kryoskopických nebo ebulioskopických konstant. Van't Hoff tedy navrhl metodu stanovení molekulové hmotnosti látky na základě fyzikálních vlastností jejího roztoku [29] .
Van't Hoff spolu se svým přítelem Wilhelmem Meyerhoferem provedl rozsáhlý výzkum, aby objasnil podmínky vzniku solných ložisek v ložisku Stassfurt . Tato ložiska jsou mořského původu. Chemická analýza ložisek Stassfurt ukázala, že jejich chemické složení je poměrně složité [30] . Jsou složeny především z chloridů , síranů a boritanů sodíku , draslíku , hořčíku a vápníku [31] .
Van't Hoff spolu s Meyerhoferem zjistili, že hlavním faktorem tvorby solných usazenin je teplota . V některých případech hraje důležitou roli i čas . Některé z transformací, které výzkumníci provedli, si vyžádaly několik měsíců. Vliv tlaku na krystalizaci solí z vícesložkových roztoků se přitom ukázal jako nevýznamný [32] .
Výsledkem výzkumu bylo prokázáno, že některé minerály nemohou vznikat při teplotě 25°C. Směsi kieseritu ( ) a sylvitu ( ) s příměsí chloridu sodného , vzniklého z karnallitu ( ) [33] a kieseritu , tak bylo možné izolovat pouze při mnohem vyšších teplotách [34] . Přes pochybnosti o možnosti usazování solí při teplotách nad 70 °C bylo porovnáním složení minerálů v ložiskách zjištěno, že k jejich tvorbě docházelo ve dvou teplotních rozsazích – při 25 °C a 83 °C [35] .
V důsledku stanovení teplot přeměn v takto komplexních směsích bylo získáno několik syntetických minerálů , jak obsažených v ložiscích Stassfurt, tak v nich neobsažených [36] .
V roce 1970 byl po Jacobu Hendriku van't Hoffovi pojmenován kráter na Měsíci [40] .
Jeden ze syntetických minerálů získaných během práce Van't Hoffa s Meyerhoferem na solném ložisku Stassfurt byl pojmenován po velkém vědci - Vanthoffite [5 ] .
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Slovníky a encyklopedie |
| |||
Genealogie a nekropole | ||||
|
Nositelé Nobelovy ceny z Nizozemska | |
---|---|
Nobelova cena míru |
|
Nobelova cena za fyziku |
|
Nobelova cena za chemii |
|
Nobelova cena za ekonomii |
|
Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu |
|
ceny v roce 1901 | nositelé Nobelovy|
---|---|
Fyziologie nebo lékařství | Emil Adolf von Behring ( Německo ) |
Fyzika | Wilhelm Conrad Roentgen ( GER ) |
Chemie | Jacob Hendrik van't Hoff ( Nizozemsko ) |
Literatura | Sully Prudhomme ( Francie ) |
Svět |
|
ceny za chemii 1901-1925 | Nositelé Nobelovy|
---|---|
| |
|