Вант-Гоффа

(1852- 1911)

Нидерландский химик, один из основателей физической теории химии и стереохимии, Якоб Вант - Гофф родился 30 августа 1852 г. в Роттердаме в семье врача.
В 1869 г. Вант - Гофф закончил среднюю школу. И хотя он с детства мечтал про карьеру химика, но из-за желания родителей, начал изучать инженерное дело и даже проработал некоторое время на сахарном заводе.
В 1871 г. Вант - Гофф поступил на природно-математический факультет Лейденского университета, потом перешел в Боннский университет, что бы изучать химию. Вант-Гофф улучшал свои знания в Париже, через некоторое время вернулся в Нидерланды и в 1874 р. Защитил докторскую диссертацию по химии в Утрехтском университете.
Развитие научной карьеры Якоба шло очень медленно, хотя именно он первым (в 1874- 1875г .) развил теорию пространственного размещения атомов в молекулах органических соединений, которая вскоре была положена в основу современной стереохимии. Только лишь в 1876г . он занял должность лектора физики в Королевской ветеринарной школе в Утрехте. В 1878г . Вант - Гофф становится профессором теоретической и физической химии в Амстердамском университете. В этом же году Якоб Вант - Гофф женился на дочке роттердамского купца Иоганной Франсиной Меес. У этой счастливой семейной пары было две дочки и два сына.
В 1896 г. Вант - Гофф перешел на пост профессора экспериментальной физики в Берлинский университет, где он имел в своем полном распоряжении полностью оборудованную лабораторию, и в то же время возможность заниматься исследовательской деятельностью.
В результате своих исследований Вант -Гофф вывел одно из основных уравнений термодинамики - уравнение изохоры, а также формулу зависимости химического способа от константы равновесия химической реакции при постоянной температур, то есть уравнение изотермы. Он разработал теорию разведенных розлогов, исходя из аналогии между веществами в газоподобном и растворимом состояниях, расширил закон идеалных газов на разведенные растворы и вывел закон осмотического давления (закон Вант - Гоффа). В 1890 г. ввел понятие твердых растворов, использовав свои представления к твердым телам.
В 1901 г. Вант - Гофф стал первым лауреатом Нобелевской премии по химии в знак признания огромной важности открытия им закона осмотического давления в растворах.
Кроме Нобелевской премии, Вант - Гофф был награжден медалями научных обществ разных стран, был членом европейских и американских химических и академий наук, ему было присвоено по ступени университетов Великой Британии и Америки.

ВАНТ-ГОФФ Якоб-Хендрик
(van"t Hoff J.H.)

(30.VIII.1852 - 1.III.1911)

Голландский химик. Родился в Роттердаме. Окончил Политехническую школу в Делфте (1871 г.). Совершенствовал образование в Лейденском и Боннском (у Ф. Кекуле) университетах, Высшей медицинской школе в Париже (у Ш. Вюрца) и Утрехтском университете (доктор философии, 1874 г.).
С 1876 г. работал в Ветеринарной школе в Утрехте, в 1878 -1896 гг. - профессор Амстердамского, в 1896 - 1911 гг. - Берлинского университетов.

Один из основателей физической химии и стереохимии.

Рассмотрев различные случаи оптической изомерии органических соединений, впервые одновременно с Ж. Ле-Белем и независимо от него сформулировал (1874 г.) теорию пространственного расположения атомов в молекулах органических соединений, лежащую в основе современной стереохимии.
Выдвинул идеи о направленности единиц сродства атома углерода по углам тетраэдра, о наличии двух стереоизомеров у соединения, содержащего атом углерода с четырьмя разными заместителями, и о реберном соединении тетраэдров при наличии двойной связи.
Предсказал изомерию алленовых соединений.
Вывел правило, по которому молекулярное вращение соединения с несколькими асимметрическими центрами представляет собой алгебраическую сумму долей молекулярных вращений асимметрических центров, так называемых ротофоров (принцип оптической аддитивности Вант-Гоффа ).
Исследовал (с 1880-х гг.) кинетику реакций и химическое сродство.
Предложил классификацию химических реакций. Установил, что при повышении температуры на 10 °С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа ).
Вывел одно из основных уравнений химической термодинамики - уравнение изохоры , выражающее зависимость константы равновесия от температуры и теплового эффекта, а также уравнение химической изотермы, выражающее зависимость химического сродства от константы равновесия реакции при постоянной температуре.
Опубликовал (1884 г.) работу "Очерки химической динамики", в которой сформулировал основные постулаты химической кинетики.
Впервые предложил оценивать реакционную способность веществ с помощью константы скорости реакций, что переводило основной тезис структурной химии - о зависимости реакционной способности от строения - на количественные рельсы в рамках химической кинетики.
Заложил (1886 - 1889 гг.) основы количественной теории разбавленных растворов, показав, что растворенные вещества аналогичны веществам в газообразном состоянии и что к разбавленным растворам могут быть применены простые законы (включая закон Авогадро).
Вывел закон осмотического давления (закон Вант-Гоффа ).
Распространил (1890 г.) свои представления о растворах на однородные твердые смеси, заложив основы теории твердых растворов. Распространил аналогию между полиморфными превращениями и переходом из одного агрегатного состояния в другое на двойные соли.

Член ряда академий наук и научных обществ. Иностранный чл.-кор. Петербургской АН (с 1895 г.).

Биография

Ранние годы

Якоб Хендрик Вант-Гофф родился 30 августа 1852 г. в Роттердаме . Его семья принадлежала к старинному нидерландскому роду. Отец Якоба, Якоб Хендрик Вант-Гофф старший, был врачом, а мать, Алида Якоба Кольф , - домохозяйкой. Он был третьим ребёнком в семье и имел четырёх братьев и двух сестер .

В возрасте восьми лет Якоб пошел в частную школу, расположенную вблизи Роттердама . Это была школа с широкой программой. В ней преподавали естественные и гуманитарные науки, иностранные языки, рисование и пение. Уже здесь начали проявляться выдающиеся способности будущего учёного. Наибольших успехов он добился в области математики и физики .

В 1867 году, в возрасте пятнадцати лет, Вант-Гофф успешно прошел вступительные испытания и поступил в четвёртый класс пятиклассной высшей городской школы. В этой школе основное внимание уделялось изучению естественных наук и математики. Именно здесь будущий учёный увлекся химией и начал проводить свои первые эксперименты .

В 1869 году, после окончания школы, Якоб отправился в Делфт , где поступил в Политехническую школу, желая получить диплом химика-технолога. Больше всего времени Вант-Гофф уделял химии и математике. Он усердно занимался учёбой, что позволило ему закончить школу за два года вместо трёх.

Во время первых студенческих каникул Вант-Гофф отправляется на практику. Она проходила на сахарном заводе в Северном Брабанте . Во время практики начинающий ученый занимался определением концентрации сахара с помощью поляриметра. Эту работу он находил бездумной и однообразной. но именно однообразие и рутина технологических операций пробудили в нём желание более глубоко понимать химические процессы .

Студенческие годы

В октябре 1871 г. Вант-Гофф становится студентом Лейденского университета . Он, как и всегда усердно занимается, увлекается поэзией и философией. У него даже появляется мысль целиком посвятить себя поэзии. Но его первые опыты в этом направлении оказываются неудачными, и он вновь возвращается на путь химика-исследователя .

Вскоре Вант-Гофф понимает, что для серьезного изучения современной химической науки ему следует перейти в другой университет. Он переезжает в Бонн и начинает работу в Боннском университете , где в то время профессором химии был Фридрих Август Кекуле .

После зачисления Вант-Гофф немедленно приступил к экспериментальным исследованиям. Кекуле сразу обращает внимание на выдающееся трудолюбие Вант-Гоффа, Однако вскоре между профессором и практикантов возникает конфликт вызванный желанием Кекуле использовать знания и способности Вант-Гоффа для выполнения собственных исследований. В одном из своих писем к родителям Вант-Гофф писал:

«Маленький спор с профессором Кекуле: у него возникли новые идеи о камфоре и терпентине , и он хочет использовать нескольких лаборантов для обработки их, то есть он хочет нескольких внесших плату лаборантов превратить в неоплачиваемых частных ассистентов. Я этого предложения не принял и был вынужден искать собственную тему для разработки, и теперь, когда я занят этой темой, профессор Кекуле ко мне относится не так, как прежде, и продолжает привлекать новых ассистентов» .

В итоге Вант-Гофф решил покинуть лабораторию Кекуле . Но для успешного продолжения работы ему было необходимо получить от профессора удостоверение об успешности своей экспериментальной работы. Однако, дело закончилось благополучно. После долгих исследований Ванг-Гофф представил свои результаты профессору. К удивлению, молодого ученого, профессор после недолгого диалога сказал: «Удостоверение вы получите и очень хорошее». Действительно 17 июня 1873 г. Вант-Гофф получил от Кекуле свое удостоверение. Кроме того, профессор посоветовал молодому ученому продолжить свои исследования в каком-нибудь другом университете. Прежде чем последовать совету Вант-Гофф отправился в Утрехт , где 22 декабря 1873 г. успешно сдал докторский экзамен, дающий ему права добиваться докторской степени .

В январе 1874 г. Вант-Гофф отправился в Париж для продолжения своих исследований в области органической химии в лаборатории Шарля Адольфа Вюрца . В этой лаборатории Вант-Гофф знакомится с А. Р. Геннингером и Ж. А. Ле-Белем , которые впоследствии стали его близкими друзьями. Однако уже в конце октября 1874 г. Вант-Гофф, получив соответствующее удостоверение от Вюрца , возвращается в Утрехт . Здесь он в течение нескольких месяцев заканчивает студенческое образование и 22 декабря 1874 г., защищает докторскую диссертацию, посвященную синтезу цианоуксусной и малоновой кислот.

Начало научной деятельности

Незадолго до защиты докторской диссертации, в сентябре 1874 г., публикует на голландском языке небольшую брошюру под длинным названием «Предложение изображать применяемые в настоящее время структурные формулы в пространстве и связанное с этим замечание о соотношении между· оптической вращательной способностью и химической конституцией органических соединений». Позднее, в конце 1875 г., эта брошюра вышла в переводе на немецком языке, в переводе ассистента И. Висцелиуса Ф. Германа .

Занимаясь подготовкой переиздания статьи на французском языке, Вант-Гофф был озабочен поисками работы. В этом отношении ему долго не везло, и он был вынужден давать частные уроки. Лишь в марте 1876 г. ему удалось получить должность доцента химии Ветеринарной школы в Утрехте .

После выхода немецкого издания брошюры Вант-Гоффа, с ней смогли ознакомится многие ученые. Однако Взгляды Вант-Гоффа неожиданно подверглись резкой критике со стороны авторитетных химиков. Одними из наиболее весомых противников идей Вант-Гоффа были М. Бертло и Г. Кольбе . Последний даже позволил себе довольно прямолинейно и грубо выражаться в сторону Вант-Гоффа. Однако уже к концу 70-х годов XIX века значительная часть химиков признала стереохимическую теорию. Многие эксперименты подтвердили её применимость на практике. Также впоследствии была точно установлена связь оптической вращательной способности молекул с присутствием в них асимметрического атома углерода .

Работа в Амстердамском университете (1877-1895)

Благодаря рекомендациям друзей 26 июня 1877 г. Вант-Гофф получает приглашения занять должность лектора Амстердамского университета . Уже через год, в возрасте 26 лет, он становится профессором химии, минералогии и геологии (а впоследствии и физической химии). Первые несколько лет Вант-Гофф посвятил организации и обустройству химической лаборатории. В период с 1878 по 1884 г. Он опубликовал лишь несколько статей, так как был поглощен преподавательской работой и устройством лаборатории

С переездом в Амстердам связано большое событие в личной жизни Вант-Гоффа. В 1878 г. он сделал предложение Йохане Францине Меес (дочери купца из Роттердама), которую давно любил. 27 декабря того же года состоялась их свадьба. У них родилось 2 дочери Йохана Францина (1880 год) и Алейда Якоба (1882 год) и 2 сына Якобс Хендрикус(1883 год) и Говерт Якоб (1889 год). Более 30 лет жена была его верным и любимым другом .

В 1881 году вышла книга Вант-Гоффа «Воззрения по органической химии», работу над которой он начал ещё в Утрехте . В этой книге ученый попытался установить взаимную связь между строением веществ и их физическими и химическими свойствами. Однако эта попытка не имела особого успеха, и на сегодняшний день эта книга мало кому известна. Однако для самого Вант-Гоффа эта книга стала важной ступенью развития. При работе над этой книгой он пришел к проблеме химического сродства, к признанию значения химической термодинамики и к проблемам химического равновесия и скорости химических реакций. Можно считать что с этого момента Вант-Гофф начал заниматься физической химией .

В 1884 году выходит наиболее известная книга Вант-Гоффа «Очерки по химической динамике» . Появление этой книги ознаменовало рождение физической химии. Вант-Гофф впервые широко использовал принципы термодинамики и математические методы для анализа и объяснения наблюдаемых химических процессов. В весьма небольшой по объёму книге Вант-Гофф представил в концентрированной форме большой и весьма важный для понимания природы и механизма химических реакций материал. Несмотря на это появление этой книги по началу не вызвало не вызвало никакой реакции в химическом мире. Химики не просто не заметили появления этой книги, а некоторые её положения оказались для них малопонятными .

Через год, 14 октября 1885 г., Вант-Гофф представляет для публикации новую теоретическую работу «Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов» , опубликованную в 1886 г.. Эта работа является продолжением и детализацией, получивших вполне самостоятельное значение, представлений, высказанных в общей форме в «Очерках по химической динамике». Вскоре после появления работы «Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов» шведский ученый Сванте Аррениус выдвинул свою знаменитую теорию электролитической диссоциации. Появление этой теории самым непосредственным образом связано с работой Вант-Гоффа .

После опубликования работ по химической динамике и равновесию имя Вант-Гоффа получило широкую известность в ученом мире. В то же время он по-прежнему тратил много времени на преподавание в Амстердамском университете. Помимо лекций он руководил исследованиями в созданной им лаборатории, куда со временем потянулось большое число практикантов и ученых, чтобы работать под руководством знаменитого ученого .

В период с 1888 по 1895 г. Вант-Гофф в основном занимается развитием ранее высказанных идей, в основном в области теории растворов. В то же время он опубликовал несколько статей по стереохимии и термодинамике. Большой интерес вызывает работа «О твердых растворах и об определении молекулярного веса в твердом состоянии », в которой Вант-Гофф пытается показать, что закономерности, полученные им для жидких растворов, могут быть в некоторых случаях применены и к твердым смесям. Этой статьей Вант-Гофф положил начало теории твердых растворов, которую он разрабатывал в дальнейшем .

Работа в Берлинском университете

К середине 1890-х годов преподавательские обязанности начинают тяготить Вант-Гоффа, Желая обеспечить себе комфортные условия для проведения исследований, в 1895 г. он принимает весьма почетное предложение Бернинской академии наук и Берлинского университета перейти на должность профессора университета, не обязанного читать курсы лекций. 30 января 1896 г. Вант-Гофф был избран действительным членом Прусской академии наук .

В марте 1896 г. Вант-Гофф переезжает в Берлин , где он сразу же приступает к исследованиям в новой области - к изучению условий образования природных залежей солей океанического происхождения. В первую очередь ученого интересовали причины и механизмы образования известных Стассфуртских месторождений солей , расположенных около города Магдебург . Данная работа представляет собой смелую попытку использовать законы физической химии для объяснения геохимических процессов. Развитие этой темы позволило осветить экспериментально и теоретически одну из важнейших областей геологии .

Обширные исследования по выяснению условий образования отложений солей Стассфуртского месторождения Вант-Гофф вел в сотрудничестве со своим учеником и другом Вильгельмом Мейергоффером родившимся в России , талантливым и вполне самостоятельным ученым, ранее занимавшимся солевыми равновесиями, отличавшимся оригинальностью и в теоретических воззрениях .

Последние годы жизни. Смерть

В 1896 г. Мейергоффер вместе с Вант-Гоффом основал небольшую частную лабораторию в Берлине, где и была выполнена основная исследований, посвященных Стассфуртским месторождениям. Работы продолжались около 10 лет и полученные результаты публиковались в докладах Прусской академии наук . Всего появилось 52 сообщения. Исследования условий образования океанических отложений солей и полученные результаты приобрели большое значение в геологии и минералогии, а также и в химии. Они стали исходными для более широких исследований, ведущихся в этом направлении до настоящего времени .

В 1901 г. Вант-Гофф первым из химиков получил Нобелевскую премию «в признание огромной важности открытия законов химической динамики и осмотического давления в растворах».

Совместная работа Вант-Гоффа и Мейергоффера, продолжавшаяся в течение десяти лет, была исключительно плодотворной. Но в 1905 г. она внезапно прервалась из за серьезной болезни Мейергоффера. 21 апреля 1906 г. Мейергоффер скончался. Вант-Гофф тяжело пережил смерть своего друга и сотрудника. К этому моменту он сам начал чувствовать недомогание: появились признаки тяжелого легочного заболевания - туберкулеза .

Вант-Гофф не хотел сдаваться. Он искал новую область для проведения широких систематических исследований. В конце 1905 г. он принял решение посветить себя изучению синтетического действия энзимов . Имея большой опыт в исследованиях стереохимии и осмотическому давлению ученый хотел теперь заняться решением вопросов биохимии .

Однако прогрессировавшая болезнь воспрепятствовала его намерениям. Запланированные исследования пришлось прервать. Последние годы его жизни были омрачены потерей нескольких близких ему людей - родственников и коллег .

15 декабря 1910 г. Вант-Гофф окончательно слег. Его попытки через несколько недель снова взяться за работу оказались тщетными. 1 марта 1911 г. он умер .

Научная деятельность

Стереохимия

Вант-Гофф является одним из основателей стереохимии . Его брошюра «Предложение изображать применяемые в настоящее время структурные формулы в пространстве и связанное с этим замечание о соотношении между оптической вращательной способностью и химической конституцией органических соединений» , опубликованная в 1874 году на голландским языке и впоследствии переведенная на немецкий и французский языки , подверглась жесткой критике со стороны прославленных химиков того времени. Однако со временем идеи, которые Вант-Гофф изложил в этой брошюре, получили широкое распространение .

Вант-Гофф предложил представлять четырёхвалентный атом углерода в виде тетраэдров . На основании этой идеи ученый предположил, что появление оптической вращательной способности молекул может быть связанно с присутствием в них асимметрического атома углерода (атома углерода связанного с четырьмя разными заместителями) . Эта предположение является наиболее важной идеей стереохимической теории. Впоследствии было проведено множество экспериментов подтверждающих эту идею .

Физическая химия

Химическая динамика и кинетика

В 1884 году Вант-Гофф выпускает свою книгу «Очерки по химической динамике» . Появление этой книги знаменует рождение физической химии как таковой. Вант-Гофф, по существу, впервые широко использовал здесь при трактовке химических процессов принципы термодинамики и математические методы. Приступая к работе над книгой, Вант-Гофф понимал, что ему придется на основе отдельных, разрозненных и немногочисленных фактов, установленных его предшественниками, дать принципиальную схему количественного описания химического процесса .

В этой работе Вант-Гофф формулирует понятие «молекулярное превращение» и, базируясь на молекулярно-кинетических представлениях, дает классификацию таких превращений по числу молекул , принимающих участие в реакции . Он вводит понятия константы скорости реакции , моно-, ди- и тримолекулярных реакцией и формулирует важное положение: «Ход химического превращения характеризуется исключительно числом молекул , при взаимодействии которых происходит превращение» .

Пользуясь конкретными примерами реакций, Вант-Гофф выявляет закономерности моно-, би- и многомолекулярных реакций и дает выражения для их скоростей в виде хорошо известной формулы :

D c / d t = k c n {\displaystyle dc/dt=kc^{n}}

где c {\displaystyle c} - концентрация реагентов , n {\displaystyle n} - число молекул участвующих в реакции ( n {\displaystyle n} = 1 - мономолекулярные, n {\displaystyle n} = 2 - бимолекулярные и т. д.), k {\displaystyle k} - константа скорости реакции .

Вант-Гофф рассматривает влияние формы и размеров реакционных сосудов на ход реакций, пути подбора подходящей среды, действие стенок сосудов. В частности, приведены результаты опытов о влиянии покрытий внутренних стенок аппаратуры (например, маслом). Также он дает обзор путей и методов определения числа молекул, принимающих участие в химическом превращении .

Вант-гофф рассматривает и влияние температуры на химическое превращение. В частности, на примере обратимой реакции N 2 O 4 ↽ − − ⇀ 2 NO 2 {\displaystyle {\ce {N2O4 <=> 2 NO2}}} он выводит известное уравнение связывающее температуру с константами скоростей прямой k ′ {\displaystyle k"} и обратной k ″ {\displaystyle k""} реакций:

D ln ⁡ k ′ / d T − d ln ⁡ k ″ / d T = q / 2 T 2 {\displaystyle d\ln k"/dT-d\ln k""/dT=q/2T^{2}}

где q {\displaystyle q} - число калорий , выделившихся при переходе единицы второго вещества в первое при постоянном объёме .

На основании полученных данных Вант-Гофф тщательно анализирует различные случаи химического равновесия . Вант-Гофф отмечает тесную связь между скоростями превращений и равновесием . Он рассматривает равновесие как результат двух противоположных реакций, протекающих с определёнными скоростями и приходит к ещё одной важной формуле:

D ln ⁡ k ′ / d T − d ln ⁡ k ″ / d T = d ln ⁡ K / d T = q / 2 T 2 {\displaystyle d\ln k"/dT-d\ln k""/dT=d\ln K/dT=q/2T^{2}}

где K = k ′ / k ″ {\displaystyle K=k"/k""} . Этим самым он связывает константу равновесия с константами скоростей прямой и обратной реакции .

Физическая химия разбавленных растворов.

В 1886 г. публикуется работа Вант-Гоффа под названием «Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов» . Основной целью данной работы была попытка установить ангиологии в законах, описывающих поведение газообразных систем и растворов .

Вант-Гофф рассматривает связь осмотического давления с другими физико-химическими параметрами . Описав прибор Пфеффера и предложенный им способ изготовления полупроницаемых перегородок , Вант-Гофф высказал важную идею об обратимости изменения осмотического давления . Используя представления о полупроницаемых перегородках, оказалось возможным осуществить для растворов обратимые круговые процессы и тем самым установить аналогию между газами и растворами . Таким образом, стало вполне очевидным, что законы газового состояния применимы и к описанию осмотического давления в разбавленных растворах .

Вант-Гофф теоретически и экспериментально доказал применимость законов Бойля , Гей-Люссака и формулы Клапейрона к разбавленным растворам. Из этого Вант-Гофф заключил, что и принцип Авогадро вполне применим к разбавленным растворам, а изотонические растворы должны быть эквимолекулярными .

Для разбавленных растворов Вант-Гофф вычислил значение газовой постоянной R {\displaystyle R} в уравнении Клапейрона . Полученное им из измерений осмотического давления значение R {\displaystyle R} оказалось близким к значению, полученному для идеальных газов. Однако в некоторых случаях (растворы минеральных кислот и солей) значение газовой постоянной отличалось. В связи с этим Вант-Гофф переписал уравнение Клапейрона в виде:

P V = i R T {\displaystyle PV=iRT}

где P {\displaystyle P} - давление ; V {\displaystyle V} - объем ; T {\displaystyle T} - температура ; R {\displaystyle R} - газовая постоянная , имеющая такое же значение что и для газов; i {\displaystyle i} - поправочный коэффициент, близкий к единице и зависящий от природы вещества, к которому уравнение относится (Вант-Гофф назвал этот коэффициент - «коэффициент активности»).

Так же Вант-Гофф показал, что

I = 5.6 m Δ {\displaystyle i=5.6m\Delta }

где - молекулярная масса вещества ; Δ {\displaystyle \Delta } - величина, на которую присутствие вещества (1: 100) уменьшает давление водяного пара. Вант-Гофф предложил и другие способы определения коэффициента i {\displaystyle i} , например через криоскопические или эбулиоскопические константы. Таким образом Вант-Гофф предложил метод определения молекулярной массы вещества на основании физических свойств его раствора .

Солевые равновесия

Вместе со своим другом Вильгельмом Мейергоффером, Вант-Гофф вел обширные исследования по выяснению условий образования отложений солей Стассфуртского месторождения. Данные отложения имеют морское происхождение. Химический анализ Стассфуртских отложений показал, что их химический состав довольно сложен . Они в основном состоят из хлоридов , сульфатов и боратов натрия , калия , магния и кальция .

Вант-Гофф вместе с Мейергоффером установил, что главным фактором образования отложений солей является температура . В ряде случаев большую роль играет и время . Некоторые превращения, которые осуществлялись исследователями, требовали несколько месяцев. При этом влияние давления на кристаллизацию солей из многокомпонентных растворов оказалось незначительным .

В результате проведенных исследований было показано, что некоторые минералы не могли образоваться при температуре 25°С. Так, смеси кизерита ( MgSO 4 ⋅ H 2 O {\displaystyle {{\ce {MgSO4*H2O}}}} ) и сильвина ( KCl {\displaystyle {\ce {KCl}}} ) с примесью хлорида натрия , образующиеся из карналлита ( KCl ⋅ MgCl 2 ⋅ 6 H 2 O {\displaystyle {{\ce {KCl*MgCl2*6H2O}}}} ) и кизерита , могли выделиться лишь при значительно более высоких температурах . Несмотря на возникшие сомнения в возможности отложений солей при температурах выше 70 °С , путем сопоставлений состава минералов в отложениях было установлено, что их образование происходило в двух интервалах температур - при 25 °С и 83 °С .

В результате определений температур превращений в таких сложных смесях было получено несколько синтетических минералов , как содержащихся в Стассфуртских отложениях, так и не содержащихся в них.

Наиболее важные труды Вант-Гоффа

Награды и почётные звания

Память

В 1970 году в честь Якоба Хендрика Вант-Гоффа был назван кратер на Луне .

Один из синтетических минералов, полученных во время работы Вант-Гоффа с Мейергоффером на Стассфуртском солевом месторожденияи, был назван в честь великого ученого - вантгоффит (Vanthoffite, Na 5 Mg (SO 4) 4 {\displaystyle {{\ce {Na5Mg(SO4)4}}}} )

Первую Нобелевскую премию по химии получил в 1901 г. Якоб Генрих Вант-Гофф за открытие закона 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 процесс фундаментальных и прикладных исследованиях по химии. Вант-Гофф стал основателем стереохимии.

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.

В политехникуме Дельфа Вант-Гофф по уровню знаний значительно превосходил 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 декабре 1874 г. Вант-Гофф защитил докторскую диссертацию в университете Утрехта.

Вант-Гофф ввел в науку положения, позволившие с новых позиций рассматривать строение химических соединений. Взгляды Кекуле – автора теории строения бензола- нашли отражение в предложенной Вант-Гоффом модели: четыре валентности атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится этот атом. Используя такую модель, Вант-Гофф предположил за счет связи атомов или атомных групп с углеродом тетраэдр может быть несимметричным, и высказал представление об асимметричном атоме углерода. «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, т.е. мы имеем дело с двумя структурами в пространстве.

Замечательным достижением Вант-Гоффа явилось установление связи между наличием в соединении асимметрического атома углерода и оптической изомерии веществ.

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

С 1877 по 189 гг. Вант-Гофф был профессором химии, минералогии и геологии в незадолго до того основанном Амстердамском Университете.

В 1884 г. Вант-Гофф в книге «Очерки по химической динамике» изложил свои взгляды по этому вопросу. 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 закономерностьсформулировать 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 противоположных направленных реакций, идущих с одинаковой скоростью, 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.

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

Одним из наиболее значительных открытий этого времени было установление природы движущей силыреакции химического сродства. Это понятие не было точно определено. Томсен в 1854 г. и Бертло в 1868 г. пытались сделать это, но успеха не добились. Вант-Гофф в 1885 г. высказал мысль, что мерой сродства может служить работа реакции, и вывел для нее математическое выражение.

В него, однако, не входила константа равновесия из закона действия масс, сформулированного в общем виде в 1867 г. Гульдбергом и Ваге 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 понижении 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=nRT при его использовании для описания осмотического давления в растворах имеет вид PV=inRT (i – коэффициент, характеризующий отклонение поведения некоторых веществ.) Осмотическое давление растворов было впервые измерено в 1877 г. ботаником Преффером, который пользовался искусственно приготовленными перепонками. 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. Это фундаментальное открытие показало единство законов физики и химии.

Вант-Гофф оказал также большое влияние на дальнейшее развитие теории диссоциации, изучив 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 марте 1896 г.Вант-Гофф был избран действительным ченом Прусской Академии Наук и почетным профессором Берлинского университета.

Давняя тяжелая болезнь Вант-Гоффа помешала ему глубже изучить синтетическое действие ферментов в живом растительном организме. Сделанный ученым в 1890 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, первый лауреат Нобелевской премии по химии (1901 г.), кавалер медалей Довге, Гемгольца 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 кинетики, осмотической теории растворов и химической геологии.