Jacobus Henricus van ‘t Hoff
gigatos | januar 10, 2022
Resumé
Jakob Hendrik (30. august 1852 (1852-08-30), Rotterdam – 1. marts 1911, Berlin) var en hollandsk kemiker, en af grundlæggerne af stereokemi og kemisk kinetik, den første modtager af Nobelprisen i kemi (1901) med ordlyden “i anerkendelse af den store betydning af opdagelsen af lovene for kemisk dynamik og osmotisk tryk i opløsninger”.
Læs også, biografier-da – Karl 9. af Frankrig
De første år
Jacob Hendrik Wann Goff blev født den 30. august 1852 i Rotterdam. Hans familie tilhørte en gammel hollandsk familie. Jakobs far, Jakob Hendrik Vant-Goff den ældre, var læge, og hans mor, Alida Jakob Kolf, var husmor. Han var det tredje barn i familien og havde fire brødre og to søstre.
I en alder af otte år gik Jacob i en offentlig skole i nærheden af Rotterdam. Det var en skole med et bredt pensum. Der blev undervist i naturvidenskab, humaniora, fremmedsprog, tegning og sang. Allerede her begyndte den kommende lærdes fremragende evner at vise sig. Hans største succeser var inden for matematik og fysik.
I 1867, i en alder af 15 år, bestod Vant-Goff sine optagelsesprøver med succes og kom ind i fjerde klasse af et femklasset bygymnasium. På denne skole var der fokus på naturvidenskab og matematik. Det var her, at den kommende videnskabsmand blev interesseret i kemi og begyndte at udføre sine første eksperimenter.
Læs også, historie – Abstrakt ekspressionisme
De studerendes år
I oktober 1871 bliver Vant-Goff student ved universitetet i Leiden. Han studerer hårdt, som han altid har gjort, og han er fascineret af poesi og filosofi. Han havde endda en idé om at hellige sig helt og holdent poesien. Men hans første eksperimenter i den retning er ikke vellykkede, og han vender tilbage til forskerkemikerens vej.
Vant-Goff indser snart, at han skal flytte til et andet universitet for at studere moderne kemi seriøst. Han flytter til Bonn og begynder at arbejde på universitetet i Bonn, hvor Friedrich August Kekule dengang var professor i kemi.
Efter at have tilmeldt sig begyndte Vant-Goff straks med eksperimentel forskning. Kekule bemærkede straks Vant-Goffs fremragende flid, men der opstod snart en konflikt mellem professoren og praktikanten, fordi Kekule ønskede at bruge Vant-Goffs viden og evner til sin egen forskning. I et af sine breve til sine forældre skrev Vant-Goff:
“Et lille skænderi med professor Kekule: Han har nogle nye ideer om kamfer og terpentin og vil bruge nogle få laboranter til at håndtere dem, dvs. han vil gøre de få betalte laboranter til ulønnede privatassistenter. Jeg tog ikke imod dette tilbud og blev tvunget til at finde mit eget emne at udvikle, og nu hvor jeg har travlt med dette emne, behandler professor Kekule mig ikke som før og ansætter hele tiden nye assistenter.”
Til sidst besluttede Vant-Goff at forlade Kekules laboratorium. Men for at kunne fortsætte sit arbejde med succes, skulle han have et certifikat fra professoren, som bekræftede, at hans eksperimentelle arbejde var vellykket. Sagen endte dog uden problemer. Efter megen forskning præsenterede Wang Goff sine resultater for professoren. Til den unge forskers overraskelse sagde professoren efter en kort dialog: “Du vil få et certifikat, og et meget godt certifikat.” Vant-Goff modtog faktisk sit certifikat fra Kekule den 17. juni 1873. Professoren rådede også den unge forsker til at fortsætte sin forskning på et andet universitet. Inden han fulgte hans råd, rejste Vant-Goff til Utrecht, hvor han den 22. december 1873 bestod sine doktoreksamen med succes og dermed fik ret til at fortsætte med en doktorgrad.
I januar 1874 rejste Vant-Goff til Paris for at fortsætte sin forskning i organisk kemi i Charles Adolphe Wurz” laboratorium. Det var i dette laboratorium, at Vant-Goff mødte A.R. Genninger og J.A. Le Bel, som senere blev hans nære venner. Allerede i slutningen af oktober 1874 vendte Vant-Hoff imidlertid tilbage til Utrecht efter at have modtaget et certifikat fra Würtz. Her afsluttede han sine studier i løbet af få måneder og forsvarede den 22. december 1874 sin doktordisputats om syntesen af cyanoeddikesyre og malonsyre.
Læs også, biografier-da – Algirdas af Litauen
Kort før sin doktorafhandling i september 1874 udgav han et lille hæfte på hollandsk med en lang titel “Forslag om repræsentation af de nu anvendte strukturformler i rummet og en dertil knyttet kommentar om forholdet mellem den optiske rotativitet og den kemiske sammensætning af organiske forbindelser”. Senere, i slutningen af 1875, blev denne pamflet udgivet på tysk, oversat af F. Hermann, en af I. Wisselius” assistenter.
Mens Vant-Goff forberedte et genoptryk af artiklen på fransk, var han optaget af at finde arbejde. Han havde længe ikke haft held med dette og var tvunget til at give privatundervisning. Først i marts 1876 lykkedes det ham at få en stilling som assisterende professor i kemi på veterinærskolen i Utrecht.
Efter at den tyske udgave af Vant-Hoffs pamflet blev udgivet, fik mange videnskabsmænd mulighed for at læse den. Vant-Goffs synspunkter blev imidlertid pludselig stærkt kritiseret af etablerede kemikere. Nogle af de stærkeste modstandere af Vincent-Hoffs ideer var M. Bertleau og H. Kolbe. Sidstnævnte tillod sig endda at udtrykke sig ret direkte og groft over for Vant-Goff. Men i slutningen af 70”erne i det XIX århundrede har en stor del af kemikerne anerkendt den stereokemiske teori. Mange eksperimenter har bekræftet, at den kan anvendes i praksis. Desuden blev sammenhængen mellem molekylers optiske rotativitet og tilstedeværelsen af et asymmetrisk kulstofatom i dem efterfølgende præcist fastslået.
Læs også, biografier-da – Henrik 7. af England
Arbejde ved universitetet i Amsterdam (1877-1895)
Takket være anbefalinger fra venner bliver Vant-Goff den 26. juni 1877 opfordret til at tiltræde en stilling som lektor ved Amsterdams Universitet. Et år senere, som 26-årig, blev han professor i kemi, mineralogi og geologi (og senere i fysisk kemi). Vant-Goff brugte de første par år på at organisere og oprette et kemisk laboratorium. Mellem 1878 og 1884 udgav han kun få artikler, da han var optaget af at undervise og oprette laboratoriet.
Flytningen til Amsterdam var forbundet med en vigtig begivenhed i Vant-Goffs personlige liv. I 1878 friede han til Johanna Franzina Mees (datter af en handelsmand fra Rotterdam), som han længe havde været forelsket i. Den 27. december samme år blev de gift. De fik 2 døtre, Johanna Francina (1880) og Aleida Jacob (1882), og 2 sønner, Jacobs Hendrikus (1883) og Govert Jacob (1889). I over 30 år var hans kone hans trofaste og elskede veninde.
I 1881 udgav Vant-Goff sin bog “Insights into Organic Chemistry”, som han begyndte at arbejde på, mens han stadig var i Utrecht. I denne bog forsøgte videnskabsmanden at fastslå forholdet mellem stoffers struktur og deres fysiske og kemiske egenskaber. Forsøget var dog ikke særlig vellykket, og indtil videre er bogen ikke blevet kendt af mange mennesker. Men for Vant-Goff selv var bogen et vigtigt springbræt. Under arbejdet med denne bog kom han til problemet med kemisk affinitet, til erkendelsen af betydningen af kemisk termodynamik og til problemerne med kemisk ligevægt og hastigheden af kemiske reaktioner. Fra dette tidspunkt kan Vant-Goff anses for at være blevet involveret i fysisk kemi.
I 1884 blev Vant-Goffs mest berømte bog, Essays on Chemical Dynamics, udgivet. Udgivelsen af denne bog markerede fødslen af den fysiske kemi. Vant-Goff var den første til at gøre omfattende brug af termodynamikkens principper og matematiske metoder til at analysere og forklare observerbare kemiske processer. I en meget lille bog præsenterede Vant-Goff i koncentreret form et stort og meget vigtigt bidrag til forståelsen af kemiske reaktioners natur og mekanisme. På trods af dette gav udgivelsen af bogen i første omgang ingen reaktion i den kemiske verden. Ikke alene lagde kemikerne ikke mærke til bogens udseende, men nogle af bogens idéer viste sig også at være uklare for dem.
Et år senere, den 14. oktober 1885, forelagde Vant-Goff et nyt teoretisk papir med titlen “Chemical equilibria in systems of gases and dilute solutions”, som blev offentliggjort i 1886. Dette papir fortsatte og udbyggede de idéer, der var udtrykt i “Summary of Chemical Dynamics”, som fik en helt selvstændig betydning. Kort tid efter “Kemisk ligevægt i systemer af gasser og fortyndede opløsninger” kom den svenske videnskabsmand Svante Arrhenius med sin berømte teori om elektrolytisk dissociation. Fremkomsten af denne teori er mest direkte forbundet med Vant-Hoffs arbejde.
I 1887 blev W. Ostwald, sammen med J. G. Vant-Goff og S. A. Arrhenius grundlagde det internationale “Journal of Physical Chemistry” (Zeitschrift fur phys. Chemie) i Leipzig, som fik stor udbredelse og anerkendelse blandt kemikere. Dette tidsskrift fik stor betydning for udvikling og fremme af nye idéer inden for fysisk kemi. Allerede i det første bind af dette tidsskrift udkom de vigtigste artikler af Want-Hoff og Arrhenius.
Efter offentliggørelsen af hans arbejde om kemisk dynamik og ligevægt blev Vant-Goff et kendt navn i den videnskabelige verden. Samtidig brugte han stadig meget tid på at undervise på Amsterdams Universitet. Ud over at holde forelæsninger førte han tilsyn med forskningen i det laboratorium, som han oprettede, og som til sidst tiltrak et stort antal praktikanter og videnskabsmænd til at arbejde under den berømte videnskabsmands vejledning.
Mellem 1888 og 1895 arbejdede Vant-Goff hovedsageligt på udviklingen af tidligere ideer, især inden for løsningsteori. Samtidig udgav han flere artikler om stereokemi og termodynamik. Af stor interesse er hans papir “Om faste opløsninger og om bestemmelse af molekylvægt i faste stoffer”, hvor Vant-Goff forsøgte at vise, at de regelmæssigheder, han havde opnået for flydende opløsninger kunne i nogle tilfælde anvendes på faste blandinger samt. Med denne artikel lagde Vant-Goff grundlaget for teorien om faste opløsninger, som han senere udviklede.
Læs også, biografier-da – Johan af Lancaster, hertug af Bedford
Arbejde på universitetet i Berlin
I midten af 1890”erne begyndte undervisningsopgaverne at tynge Wann Goff. I 1895 accepterede han et meget ærefuldt tilbud fra Berlins videnskabsakademi og universitetet i Berlin om at blive professor uden at skulle holde forelæsninger, da han ønskede at sikre sig selv behagelige betingelser for at forske. Den 30. januar 1896 blev Want-Hoff valgt som fuldgyldigt medlem af det preussiske videnskabsakademi.
I marts 1896 flyttede Wandt-Hoff til Berlin, hvor han straks begyndte at forske på et nyt område – dannelsen af naturlige saltforekomster af oceanisk oprindelse. Han var især interesseret i dannelsen af de berømte Stassfurt saltfelter nær Magdeburg og deres dannelsesmekanismer. Dette arbejde var et dristigt forsøg på at bruge de fysiske kemilove til at forklare geokemiske processer. Udviklingen af dette emne gjorde det muligt at belyse et af de vigtigste områder inden for geologien eksperimentelt og teoretisk.
Vandt-Hoff udførte omfattende forskning i dannelsen af aflejringer i Stassfurt-saltlageret i samarbejde med sin russiskfødte elev og ven Wilhelm Meierhoffer. Han var en meget talentfuld og uafhængig videnskabsmand, som tidligere havde arbejdet med saltligevægte og var meget original også i sine teoretiske synspunkter.
Læs også, biografier-da – Paul Klee
De sidste år af livet, død
I 1896 oprettede Meyerhoffer sammen med Want-Hoff et lille privat laboratorium i Berlin, hvor hovedparten af forskningen i Stassfurt-aflejringerne blev udført. Arbejdet varede omkring 10 år, og resultaterne blev offentliggjort i rapporter fra det preussiske videnskabsakademi. Der blev offentliggjort i alt 52 artikler. Forskningen i dannelsen af oceaniske saltforekomster og de opnåede resultater er af stor betydning for geologien og mineralogien samt for kemien. De dannede grundlag for en lang række undersøgelser, der er udført på dette område frem til i dag.
Samarbejdet mellem Vant-Goff og Meyerhoffer, som varede i ti år, var yderst frugtbart. Men i 1905 blev det pludselig afbrudt af Meyerhoffers alvorlige sygdom. Den 21. april 1906 døde Meyerhoffer. Vant-Goff tog sin vens og samarbejdspartner død hårdt. På dette tidspunkt begyndte han selv at føle sig utilpas: der var tegn på en alvorlig lungesygdom – tuberkulose.
Vant-Goff ønskede ikke at give op. Han var på udkig efter et nyt område til omfattende systematisk forskning. I slutningen af 1905 besluttede han at hellige sig studiet af enzymernes syntetiske virkning. Med sin omfattende erfaring inden for stereokemi og forskning i osmotisk tryk ønskede forskeren nu at tage fat på biokemiske spørgsmål.
Men en fremadskridende sygdom modarbejdede hans intentioner. Planlagt forskning måtte afbrydes. Hans sidste år blev overskygget af tabet af flere mennesker, der stod ham nær – familie og kolleger.
Den 15. december 1910. Vant-Goff blev til sidst syg. Hans forsøg på at vende tilbage til arbejdet et par uger senere viste sig at være forgæves. Den 1. marts 1911 døde han.
Læs også, biografier-da – Camille Pissarro
Stereokemi
Vant-Goff er en af grundlæggerne af stereokemi. Hans pamflet “Forslag om at repræsentere de nuværende strukturformler i rummet og den tilhørende bemærkning om forholdet mellem optisk rotativitet og kemisk sammensætning af organiske forbindelser”, der blev udgivet i 1874 på hollandsk og efterfølgende oversat til tysk og fransk, blev kritiseret hårdt af datidens berømte kemikere. Med tiden blev de idéer, som Vant-Goff fremsatte i denne pamflet, imidlertid udbredt.
Vant-Goff foreslog, at det firdobbelte kulstofatom kunne repræsenteres som et tetraeder. På baggrund af denne idé foreslog forskeren, at molekylers optiske rotativitet kunne skyldes tilstedeværelsen af et asymmetrisk kulstofatom (et kulstofatom bundet til fire forskellige substituenter). Denne antagelse er den vigtigste idé i den stereokemiske teori. Efterfølgende er der blevet gennemført mange forsøg for at bekræfte denne idé.
Læs også, biografier-da – Louise Bourgeois
Fysisk kemi
I 1884 udgiver Vant-Goff sin bog Essays on Chemical Dynamics. Udgivelsen af denne bog markerer selve den fysiske kemis fødsel. Vannt-Goff anvendte for første gang termodynamikkens principper og matematiske metoder i sin behandling af kemiske processer. Da han påbegyndte arbejdet med bogen, indså Vant-Goff, at han måtte trække på de isolerede, uensartede og få kendsgerninger, som hans forgængere havde skabt, for at skabe en grundlæggende ramme for den kvantitative beskrivelse af den kemiske proces.
I dette arbejde formulerer Vant-Goff begrebet “molekylær transformation” og giver, baseret på molekylærkinetiske ideer, en klassifikation af sådanne transformationer i henhold til antallet af molekyler, der er involveret i reaktionen. Han introducerer begreberne reaktionshastighedskonstant, mono-, di- og trimolekylære reaktioner og formulerer det vigtige udsagn: “Forløbet af en kemisk omdannelse er udelukkende karakteriseret af antallet af molekyler, der interagerer i omdannelsen”.
Ved hjælp af konkrete eksempler på reaktioner identificerer Vant-Goff regelmæssigheder i mono-, bi- og multimolekylære reaktioner og giver udtryk for deres hastigheder i form af den velkendte formel:
dcdt=kcn{displaystyle dcdt=kc^{n}}
hvor c{displaystyle c} er koncentrationen af reaktanterne, n{displaystyle n} er antallet af molekyler, der er involveret i reaktionen (n{displaystyle n} = 1 for monomolekylær, n{displaystyle n} = 2 for bimolekylær osv.), k{displaystyle k} – er reaktionshastighedskonstanten.
Vant-Goff diskuterer, hvilken indflydelse reaktionsbeholdernes form og størrelse har på reaktionsforløbet, hvordan man vælger et egnet medium og hvordan beholdervæggene påvirker reaktionen. Han giver især resultaterne af eksperimenter om virkningen af at belægge apparatets indervægge (f.eks. med olie). Han giver også en oversigt over måder og metoder til at bestemme antallet af molekyler, der er involveret i den kemiske omdannelse.
Vant-Goff tager også højde for temperaturens indvirkning på den kemiske omdannelse. Navnlig ved hjælp af den reversible reaktion N2O4↽–⇀2NO2{displaystyle {ce {N2O4 <=> 2 NO2}}}} udleder han den velkendte ligning, der relaterer temperaturen til hastighedskonstanterne for fremadrettede k′{displaystyle k”} og omvendte k″{displaystyle k””} reaktioner:
dlnk′dT-dlnk″dT=q2T2{displaystyle dln k”dT-dln k””dT=q2T^{2}}
hvor q{{displaystyle q} er det antal kalorier, der frigives, når en enhed af det andet stof omdannes til det første stof ved et konstant volumen.
På grundlag af de opnåede data analyserer Vant-Goff omhyggeligt de forskellige tilfælde af kemisk ligevægt. Vannt-Goff bemærker den tætte sammenhæng mellem transformationshastigheder og ligevægt. Han ser ligevægt som resultatet af to modsatrettede reaktioner, der foregår med bestemte hastigheder, og han når frem til en anden vigtig formel:
dlnk′dT-dlnk″dT=dlnKdT=q2T2{displaystyle dln k”dT-dln k””dT=dln KdT=q2T^{2}}
hvor K=k′k″{displaystyle K=k”k”k”}. Derved forbinder han ligevægtskonstanten med hastighedskonstanterne for den fremadrettede og den omvendte reaktion.
I 1886 udgav Vant-Goff et værk med titlen Chemical Equilibrium in Systems of Gases and Dilute Solutions (Kemisk ligevægt i systemer af gasser og fortyndede opløsninger). Hovedformålet med dette arbejde var at forsøge at etablere angiologier i de love, der beskriver gasformige systemers og opløsningers adfærd.
Vant-Goff undersøgte forholdet mellem det osmotiske tryk og andre fysisk-kemiske parametre. Ved at beskrive Pfeffers apparat og hans foreslåede metode til fremstilling af semi-permeable skillevægge fremsatte Vant-Goff den vigtige idé om reversibiliteten af ændringer i det osmotiske tryk. Ved hjælp af begreberne semi-permeable skillevægge var det muligt at gennemføre reversible cirkulære processer for opløsninger og dermed at etablere en analogi mellem gasser og opløsninger. Det blev således helt tydeligt, at gastilstandslovene også kan anvendes til at beskrive det osmotiske tryk i fortyndede opløsninger.
Vant-Goff beviste teoretisk og eksperimentelt, at Boyles og Gay-Lussacs love og Clapeyron-formlen kunne anvendes på fortyndede opløsninger. Heraf konkluderede Vannt-Goff, at Avogadros princip også gælder for fortyndede opløsninger, og at isotoniske opløsninger må være ækvimolekylære.
For fortyndede opløsninger beregnede Vant-Goff værdien af gaskonstanten R{displaystyle R} i Clapeyron-ligningen. Den R{displaystyle R}-værdi, som han fik fra målinger af det osmotiske tryk, lå tæt på den værdi, der blev opnået for ideelle gasser. I nogle tilfælde (opløsninger af mineralsyrer og salte) var værdien af gaskonstanten imidlertid forskellig. Vannt-Goff omskrev derfor Clapeyron-ligningen i form af
PV=iRT{displaystyle PV=iRT}
hvor P{displaystyle P} er trykket; V{displaystyle V} er volumen; T{displaystyle T} er temperaturen; R{displaystyle R} er gaskonstanten, som har samme værdi som for gasser; i{displaystyle i} er en korrektionsfaktor tæt på 1 og afhængig af arten af det stof, som ligningen gælder for (VanT-Goff kaldte denne faktor for “aktivitetsfaktor”).
i=5.6mΔ{displaystyle i=5.6mDelta }
hvor m{displaystyle m} er stoffets molekylære masse; Δ{displaystyle Delta } er den mængde, hvormed stoffets tilstedeværelse (1 : 100) reducerer vanddamptrykket. Vant-Goff foreslog andre måder at bestemme koefficienten i{displaystyle i} på, f.eks. ved hjælp af kryoskopiske eller ebulloskopiske konstanter. Vant-Goff foreslog således en metode til bestemmelse af molekylvægten af et stof baseret på opløsningens fysiske egenskaber.
Læs også, biografier-da – E.E. Cummings
Saltbalancer
Sammen med sin ven Wilhelm Meyerhoffer foretog Vant-Goff omfattende forskning i dannelsen af Stassfurth-saltforekomsterne. Disse sedimenter er af marin oprindelse. Kemisk analyse af Stassfurth-aflejringerne har vist, at deres kemiske sammensætning er ret kompleks. De består hovedsagelig af chlorider, sulfater og borater af natrium, kalium, magnesium og calcium.
Sammen med Meyerhoff fandt Vant-Goff ud af, at temperaturen var den vigtigste faktor for dannelsen af saltforekomster. I nogle tilfælde spiller tiden også en stor rolle. Nogle af de transformationer, som forskerne foretog, tog flere måneder. Trykkets indvirkning på krystalliseringen af salte fra flerkomponentopløsninger har vist sig at være ubetydelig.
Disse undersøgelser har vist, at nogle mineraler ikke kan dannes ved 25 °C. Blandinger af kieserit (MgSO4⋅H2O{displaystyle {ce {MgSO4*H2O}}) og sylvin (KCl{displaystyle {ce {KCl}}}) med en blanding af natriumchlorid dannet af carnallit (KCl⋅MgCl2⋅6H2O{displaystyle {ce {ce {KCl*MgCl2*6H2O}}) og kieserit, kunne kun frigøres ved meget højere temperaturer. På trods af tvivl om muligheden for aflejring af salte ved temperaturer over 70 °C viste sammenligninger af sammensætningen af mineraler i sedimenterne, at deres dannelse fandt sted i to temperaturintervaller – ved 25 °C og 83 °C.
Flere syntetiske mineraler, både dem, der er indeholdt i Stassfurt-sedimenterne, og dem, der ikke er indeholdt, er blevet fremstillet ved at bestemme omdannelsestemperaturerne i sådanne komplekse blandinger.
I 1970 blev et krater på månen opkaldt efter Jakob Hendrik van Goff.
Kilder
