Jacobus Henricus van ‘t Hoff

gigatos | Novembre 13, 2021

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Riassunto

“Una piccola discussione con il professor Kekule: ha alcune nuove idee sulla canfora e la trementina e vuole usare alcuni assistenti di laboratorio per gestirle, cioè vuole trasformare i pochi assistenti di laboratorio pagati in assistenti privati non pagati. Non ho accettato questa offerta e sono stato costretto a cercare un mio argomento da sviluppare, e ora che sono occupato con questo argomento, il professor Kekule non mi tratta più come prima e continua ad assumere nuovi assistenti”.

Dopo la pubblicazione dell”edizione tedesca del pamphlet di Vant-Hoff, molti scienziati hanno potuto leggerlo. Tuttavia, i punti di vista di Vant-Goff furono improvvisamente pesantemente criticati dai chimici affermati. Alcuni dei più forti oppositori delle idee di Vincent-Hoff furono M. Bertleau e H. Kolbe. Quest”ultimo si è persino preso la libertà di esprimersi in modo piuttosto schietto e crudo nei confronti di Vant-Goff. Tuttavia, alla fine degli anni 70 del XIX secolo, una gran parte dei chimici ha riconosciuto la teoria stereochimica. Molti esperimenti hanno confermato la sua applicabilità nella pratica. Inoltre, la connessione della rotatività ottica delle molecole con la presenza di un atomo di carbonio asimmetrico in esse è stata successivamente stabilita con precisione.

Lavoro all”Università di Amsterdam (1877-1895)

Grazie alle raccomandazioni di amici, il 26 giugno 1877 Vant-Goff è invitato a prendere un posto come docente all”Università di Amsterdam. Un anno dopo, all”età di 26 anni, divenne professore di chimica, mineralogia e geologia (e più tardi di chimica fisica). Vant-Goff ha passato i primi anni a organizzare e a mettere in piedi un laboratorio chimico. Tra il 1878 e il 1884 pubblicò solo pochi articoli, poiché era preoccupato per l”insegnamento e la creazione del laboratorio.

Nel 1881, Vant-Goff pubblicò il suo libro “Insights into Organic Chemistry”, su cui iniziò a lavorare quando era ancora a Utrecht. In questo libro, lo scienziato ha cercato di stabilire la relazione tra la struttura delle sostanze e le loro proprietà fisiche e chimiche. Tuttavia, il tentativo non ha avuto particolare successo, e finora il libro non è stato conosciuto da molte persone. Tuttavia, per lo stesso Vant-Goff, il libro è stato un importante trampolino di lancio. Lavorando a questo libro arrivò al problema dell”affinità chimica, al riconoscimento dell”importanza della termodinamica chimica e ai problemi dell”equilibrio chimico e della velocità delle reazioni chimiche. Da questo punto in poi, si può considerare che Vant-Goff si sia occupato di chimica fisica.

Un anno dopo, il 14 ottobre 1885, Vant-Goff presentò per la pubblicazione un nuovo articolo teorico intitolato “Equilibri chimici in sistemi di gas e soluzioni diluite”, che fu pubblicato nel 1886. Questo articolo continuò e ampliò le idee espresse nel “Sommario di dinamica chimica”, che assunse un significato completamente indipendente. Poco dopo “L”equilibrio chimico in sistemi di gas e soluzioni diluite”, lo scienziato svedese Svante Arrhenius ha proposto la sua famosa teoria della dissociazione elettrolitica. L”emergere di questa teoria è più direttamente legato al lavoro di Vant-Hoff.

Nel 1887 W. Ostwald, insieme a J. G. Vant-Goff e S. A. Arrhenius fondò a Lipsia il “Journal of Physical Chemistry” (Zeitschrift fur phys. Chemie) internazionale, che si diffuse e fu riconosciuto tra i chimici. Questa rivista divenne di grande importanza nello sviluppo e nella promozione di nuove idee nella chimica fisica. Già nel primo volume di questa rivista apparvero gli articoli più importanti di Want-Hoff e Arrhenius.

Dopo la pubblicazione del suo lavoro sulla dinamica chimica e l”equilibrio, Vant-Goff divenne un nome familiare nel mondo scientifico. Allo stesso tempo, passava ancora molto tempo ad insegnare all”Università di Amsterdam. Oltre a dare lezioni, supervisionava la ricerca nel laboratorio che aveva creato, che alla fine attirò un gran numero di tirocinanti e scienziati per lavorare sotto la guida del famoso scienziato.

Tra il 1888 e il 1895 Vant-Goff lavorò principalmente allo sviluppo delle idee precedenti, soprattutto nel campo della teoria delle soluzioni. Allo stesso tempo ha pubblicato diversi articoli sulla stereochimica e la termodinamica. Di grande interesse è il suo articolo “Sulle soluzioni solide e sulla determinazione del peso molecolare nei solidi”, in cui Vant-Goff cercò di dimostrare che le regolarità che aveva ottenuto per le soluzioni liquide potevano in alcuni casi essere applicate anche alle miscele solide. Con questo articolo Vant-Goff pose le basi della teoria delle soluzioni solide, che sviluppò successivamente.

Vandt-Hoff svolse un”ampia ricerca sulla formazione dei depositi nel deposito di sale di Stassfurt in collaborazione con il suo allievo e amico di origine russa Wilhelm Meierhoffer. Era uno scienziato molto talentuoso e indipendente che aveva già lavorato sugli equilibri salini ed era anche molto originale nelle sue visioni teoriche.

Ultimi anni di vita, morte

Nel 1896 Meyerhoffer, insieme a Want-Hoff, stabilì un piccolo laboratorio privato a Berlino, dove fu effettuata la maggior parte delle ricerche sui depositi di Stassfurt. Il lavoro è durato circa 10 anni e i risultati sono stati pubblicati nei rapporti dell”Accademia Prussiana delle Scienze. Un totale di 52 articoli sono stati pubblicati. Le ricerche sulla formazione dei depositi di sale oceanico e i risultati ottenuti sono di grande importanza in geologia e mineralogia, oltre che in chimica. Hanno costituito la base per una più ampia gamma di ricerche effettuate in questo campo fino ad oggi.

Nel 1901. Vant-Goff fu il primo chimico a ricevere il premio Nobel “in riconoscimento della grande importanza della scoperta delle leggi della dinamica chimica e della pressione osmotica nelle soluzioni”.

Vant-Goff non voleva arrendersi. Stava cercando un nuovo campo per un”ampia ricerca sistematica. Alla fine del 1905, decise di dedicarsi allo studio dell”azione sintetica degli enzimi. Con la sua vasta esperienza nella ricerca sulla stereochimica e sulla pressione osmotica, lo scienziato voleva ora affrontare i problemi di biochimica.

Il 15 dicembre 1910. Vant-Goff alla fine si ammalò. I suoi tentativi di tornare al lavoro qualche settimana dopo si rivelarono inutili. Il 1° marzo 1911 è morto.

Stereochimica

Vant-Goff è uno dei fondatori della stereochimica. Il suo opuscolo “Proposta di rappresentare le formule strutturali attualmente usate nello spazio e la relativa osservazione sulla relazione tra rotatività ottica e costituzione chimica dei composti organici”, pubblicato nel 1874 in olandese e successivamente tradotto in tedesco e francese, fu severamente criticato dai rinomati chimici del tempo. Col tempo, però, le idee che Vant-Goff esponeva in questo pamphlet si diffusero.

Vant-Goff suggerì che il quadruplo atomo di carbonio poteva essere rappresentato come un tetraedro. Basandosi su questa idea, lo scienziato ha suggerito che l”aspetto della rotatività ottica delle molecole potrebbe essere dovuto alla presenza di un atomo di carbonio asimmetrico (un atomo di carbonio legato a quattro diversi sostituenti). Questa assunzione è l”idea più importante della teoria stereochimica. In seguito, molti esperimenti sono stati condotti per confermare questa idea.

Chimica fisica

Nel 1884, Vant-Goff pubblica il suo libro Saggi di dinamica chimica. L”apparizione di questo libro segna la nascita della chimica fisica stessa. Vannt-Goff usò essenzialmente i principi della termodinamica e i metodi matematici per la prima volta nel suo trattamento dei processi chimici. Quando iniziò a lavorare al libro, Vant-Goff si rese conto che avrebbe dovuto attingere ai fatti isolati, disparati e pochi stabiliti dai suoi predecessori per fornire un quadro di base per la descrizione quantitativa del processo chimico.

In questo lavoro, Vant-Goff formula il concetto di “trasformazione molecolare” e, basandosi su idee di cinetica molecolare, dà una classificazione di tali trasformazioni secondo il numero di molecole coinvolte nella reazione. Introduce i concetti di costante di velocità di reazione, reazioni mono-, di- e trimolecolari e formula l”importante affermazione: “Il corso di una trasformazione chimica è caratterizzato esclusivamente dal numero di molecole che interagiscono nella trasformazione”.

Usando esempi concreti di reazioni, Vant-Goff identifica le regolarità delle reazioni mono-, bi- e multi-molecolari e dà espressioni per i loro tassi sotto forma della nota formula:

Vant-Goff discute l”influenza della forma e delle dimensioni dei recipienti di reazione sul corso delle reazioni, i modi di selezionare un mezzo adatto e l”effetto delle pareti dei recipienti. In particolare, dà i risultati degli esperimenti sull”effetto del rivestimento delle pareti interne dell”apparecchio (per esempio con olio). Dà anche una panoramica dei modi e dei metodi per determinare il numero di molecole coinvolte nella trasformazione chimica.

Vant-Goff considera anche l”effetto della temperatura sulla trasformazione chimica. In particolare, usando la reazione reversibile N2O4↽–⇀2NO2{displaystyle {ce {N2O4 <=> 2 NO2}} deriva la ben nota equazione che mette in relazione la temperatura con le costanti di velocità delle reazioni k′{displaystyle k”} in avanti e k″{displaystyle k””} indietro:

dove q{{displaystyle q} è il numero di calorie rilasciate quando un”unità della seconda sostanza viene convertita nella prima sostanza a volume costante.

dlnk′dT-dlnk″dT=dlnKdT=q2T2{displaystyle dln k”dT-dln k””dT=dln KdT^{2}}

dove K=k′k″{{displaystyle K=k”k”}. Facendo questo, collega la costante di equilibrio alle costanti di velocità della reazione in avanti e inversa.

Nel 1886 fu pubblicato un lavoro di Vant-Goff intitolato Chemical Equilibrium in Systems of Gases and Dilute Solutions. Lo scopo principale di questo lavoro era tentare di stabilire angiologie nelle leggi che descrivono il comportamento dei sistemi gassosi e delle soluzioni.

Vant-Goff ha considerato la relazione della pressione osmotica con altri parametri fisico-chimici. Descrivendo l”apparato di Pfeffer e il suo metodo proposto per fare partizioni semipermeabili, Vant-Goff ha avanzato l”importante idea della reversibilità dei cambiamenti della pressione osmotica. Utilizzando le nozioni di partizioni semipermeabili è stato possibile realizzare processi circolari reversibili per le soluzioni e quindi stabilire un”analogia tra gas e soluzioni. Così, è diventato abbastanza ovvio che le leggi dello stato dei gas sono applicabili anche alla descrizione della pressione osmotica nelle soluzioni diluite.

Vant-Goff dimostrò teoricamente e sperimentalmente l”applicabilità delle leggi di Boyle e Gay-Lussac e la formula di Clapeyron alle soluzioni diluite. Da questo, Vannt-Goff ha concluso che il principio di Avogadro è abbastanza applicabile anche alle soluzioni diluite e che le soluzioni isotoniche devono essere equimolecolari.

Per le soluzioni diluite, Vant-Goff ha calcolato il valore della costante di gas R nell”equazione di Clapeyron. Il valore di R{displaystyle R} che ha ottenuto dalle misure di pressione osmotica era vicino al valore ottenuto per i gas ideali. Tuttavia, in alcuni casi (soluzioni di acidi minerali e sali) il valore della costante dei gas era diverso. Vannt-Goff ha quindi riscritto l”equazione di Clapeyron nella forma

PV=iRT{displaystyle PV=iRT}

dove P{displaystyle P} è la pressione; V{displaystyle V} è il volume; T{displaystyle T} è la temperatura; R{displaystyle R} è la costante dei gas, che ha lo stesso valore dei gas; i{displaystyle i} è un fattore di correzione vicino a uno e che dipende dalla natura della sostanza a cui si applica l”equazione (VanT-Goff ha chiamato questo fattore “fattore di attività”).

Inoltre, Vant-Goff ha dimostrato che

i=5.6mΔ{displaystyle i=5.6mDelta }

dove m{displaystyle m} è la massa molecolare della sostanza; Δ{displaystyle Delta } è la quantità di cui la presenza della sostanza (1 : 100) riduce la pressione del vapore acqueo. Vant-Goff ha suggerito altri modi per determinare il coefficiente i, per esempio attraverso costanti crioscopiche o ebulloscopiche. Così, Vant-Goff propose un metodo per determinare il peso molecolare di una sostanza basato sulle proprietà fisiche della sua soluzione.

Equilibri di sale

Insieme al suo amico Wilhelm Meyerhoffer, Vant-Goff condusse ricerche approfondite sulla formazione dei depositi di sale di Stassfurth. Questi sedimenti sono di origine marina. L”analisi chimica dei depositi di Stassfurth ha mostrato che la loro composizione chimica è piuttosto complessa. Sono costituiti principalmente da cloruri, solfati e borati di sodio, potassio, magnesio e calcio.

Con Meyerhoff, Vant-Goff trovò che la temperatura era il fattore principale nella formazione dei depositi di sale. In alcuni casi anche il tempo gioca un ruolo importante. Alcune delle trasformazioni effettuate dai ricercatori hanno richiesto diversi mesi. L”effetto della pressione sulla cristallizzazione dei sali da soluzioni multicomponenti si è dimostrato trascurabile.

Come risultato di questi studi è stato dimostrato che alcuni minerali non possono formarsi a 25°C. Così, miscele di kieserite (MgSO4⋅H2O) e silvino (KCl) con una miscela di cloruro di sodio formata da carnallite (KCl⋅MgCl2⋅6H2O {displaystyle {ce {KCl*MgCl2*6H2O}) e kieserite, potrebbe essere rilasciata solo a temperature molto più alte. Nonostante i dubbi sulla possibilità di deposizione di sali a temperature superiori ai 70 °C, il confronto della composizione dei minerali nei sedimenti ha rivelato che la loro formazione è avvenuta in due intervalli di temperatura – a 25 °C e 83 °C.

Diversi minerali sintetici, sia quelli contenuti nei sedimenti di Stassfurt che quelli non, sono stati ottenuti determinando le temperature di trasformazione in tali miscele complesse.

Nel 1970, un cratere sulla luna è stato chiamato come Jakob Hendrik van Goff.

Uno dei minerali sintetici che Vanthoffite, Na5Mg(SO4)4{displaystyle {ce {Na5Mg(SO4)4}, prende il nome dal grande scienziato Vanthoffite.

Fonti