Jacobus Henricus van ‘t Hoff
gigatos | ianuarie 13, 2022
Rezumat
Jakob Hendrik (30 august 1852 (1852-08-30), Rotterdam – 1 martie 1911, Berlin) a fost un chimist olandez, unul dintre fondatorii stereochimiei și ai cineticii chimice, primul laureat al Premiului Nobel pentru Chimie (1901) cu mențiunea „în semn de recunoaștere a marii importanțe a descoperirii legilor dinamicii chimice și a presiunii osmotice în soluții”.
Citește și, biografii – Andrei al Greciei
Primii ani
Jacob Hendrik Wann Goff s-a născut la 30 august 1852 în Rotterdam. Familia sa făcea parte dintr-o veche familie olandeză. Tatăl lui Jakob, Jakob Hendrik Vant-Goff cel mare, era medic, iar mama sa, Alida Jakob Kolf, era casnică. A fost al treilea copil al familiei și a avut patru frați și două surori.
La vârsta de opt ani, Jacob a mers la o școală publică din apropiere de Rotterdam. Era o școală cu un program de studii amplu. Aici se predau științe, științe umaniste, limbi străine, desen și canto. Deja aici începuseră să se manifeste abilitățile excepționale ale viitorului savant. Cele mai mari succese ale sale au fost în matematică și fizică.
În 1867, la vârsta de cincisprezece ani, Vant-Goff a trecut cu succes examenele de admitere și a intrat în clasa a patra a unui liceu orășenesc cu cinci clase. La această școală, accentul era pus pe știință și matematică. Aici, viitorul om de știință a devenit interesat de chimie și a început să facă primele experimente.
În 1869, după terminarea școlii, Jakob a plecat la Delft, unde s-a înscris la Școala Politehnică, dorind să obțină o diplomă în inginerie chimică. Vant-Goff și-a petrecut cea mai mare parte a timpului în chimie și matematică. A studiat din greu, ceea ce i-a permis să absolve în doi ani în loc de trei.
În timpul primei sale vacanțe studențești, Vant-Goff pleacă la un stagiu de practică. Acesta a avut loc într-o fabrică de zahăr din Brabantul de Nord. În timpul stagiului, cercetătorul în devenire a lucrat la determinarea concentrațiilor de zahăr cu ajutorul unui polarimetru. Această muncă i s-a părut nepăsătoare și monotonă, dar monotonia și rutina procesului i-au trezit dorința de a înțelege mai bine procesele chimice.
Anii studenției
În octombrie 1871, Vant-Goff devine student la Universitatea din Leiden. Învață din greu, așa cum a făcut-o întotdeauna, și este fascinat de poezie și filozofie. A avut chiar ideea de a se dedica în întregime poeziei. Dar primele sale experimente în această direcție nu au succes și se întoarce la calea de cercetător chimist.
În curând, Vant-Goff își dă seama că, pentru a studia serios chimia modernă, ar trebui să se mute la o altă universitate. Se mută la Bonn și începe să lucreze la Universitatea din Bonn, unde Friedrich August Kekule era pe atunci profesor de chimie.
După ce s-a înscris, Vant-Goff a început imediat cercetarea experimentală. Kekule a remarcat imediat sârguința remarcabilă a lui Vant-Goff, dar în curând a apărut un conflict între profesor și stagiar, cauzat de dorința lui Kekule de a folosi cunoștințele și abilitățile lui Vant-Goff pentru a-și desfășura propriile cercetări. Într-una dintre scrisorile sale către părinții săi, Vant-Goff a scris:
„O mică ceartă cu profesorul Kekule: are niște idei noi despre camfor și terebentină și vrea să folosească câțiva asistenți de laborator pentru a se ocupa de ele, adică vrea să transforme puținii asistenți de laborator plătiți în asistenți particulari neplătiți. Nu am acceptat această ofertă și am fost nevoit să îmi caut o temă proprie pe care să o dezvolt, iar acum că sunt ocupat cu această temă, profesorul Kekule nu mă mai tratează ca înainte și continuă să angajeze noi asistenți.”
În cele din urmă, Vant-Goff a decis să părăsească laboratorul lui Kekule. Dar, pentru a-și putea continua cu succes activitatea, trebuia să obțină un certificat de la profesor care să ateste succesul activității sale experimentale. Cu toate acestea, cazul s-a încheiat cu bine. După multe cercetări, Wang Goff i-a prezentat profesorului rezultatele sale. Spre surprinderea tânărului om de știință, profesorul a spus după un scurt dialog: „Veți primi un certificat și unul foarte bun.” Într-adevăr, Vant-Goff a primit certificatul de la Kekule la 17 iunie 1873. De asemenea, profesorul l-a sfătuit pe tânărul om de știință să își continue cercetările la o altă universitate. Înainte de a-i urma sfatul, Vant-Goff a călătorit la Utrecht, unde, la 22 decembrie 1873, a trecut cu succes examenele de doctorat, ceea ce îi dădea dreptul de a obține un doctorat.
În ianuarie 1874, Vant-Goff a călătorit la Paris pentru a-și continua cercetările în domeniul chimiei organice în laboratorul lui Charles Adolphe Wurz. În acest laborator, Vant-Goff i-a cunoscut pe A.R. Genninger și J.A. Le Bel, care i-au devenit ulterior prieteni apropiați. Cu toate acestea, încă de la sfârșitul lunii octombrie 1874, Vant-Hoff s-a întors la Utrecht după ce a primit un certificat de la Würtz. Aici și-a finalizat studiile în câteva luni și, la 22 decembrie 1874, și-a susținut teza de doctorat privind sinteza acizilor cianoacetic și malonic.
Citește și, biografii – Paul Klee
Noțiuni de bază în știință
Cu puțin timp înainte de susținerea tezei sale de doctorat, în septembrie 1874, a publicat o mică broșură în limba olandeză cu un titlu lung: „Propunere privind reprezentarea în spațiu a formulelor structurale utilizate în prezent și un comentariu legat de aceasta privind relația dintre rotativitatea optică și constituția chimică a compușilor organici”. Mai târziu, la sfârșitul anului 1875, această broșură a fost publicată în limba germană, tradusă de asistentul lui J. Wisselius F. Hermann.
În timp ce pregătea o retipărire a articolului în limba franceză, Vant-Goff era preocupat de găsirea unui loc de muncă. De mult timp nu a avut noroc în această privință și a fost nevoit să dea lecții particulare. Abia în martie 1876 a reușit să obțină un post de profesor asistent de chimie la Școala veterinară din Utrecht.
După ce a fost publicată ediția germană a pamfletului lui Vant-Hoff, mulți oameni de știință au reușit să o citească. Cu toate acestea, opiniile lui Vant-Goff au fost brusc criticate puternic de către chimiștii consacrați. Unii dintre cei mai puternici oponenți ai ideilor lui Vincent-Hoff au fost M. Bertleau și H. Kolbe. Acesta din urmă și-a permis chiar să se exprime destul de tranșant și crud la adresa lui Vant-Goff. Cu toate acestea, până la sfârșitul anilor ”70 ai secolului al XIX-lea, o mare parte dintre chimiști au recunoscut teoria stereochimică. Numeroase experimente au confirmat aplicabilitatea sa în practică. De asemenea, a fost ulterior stabilită cu precizie legătura dintre rotativitatea optică a moleculelor și prezența în ele a unui atom de carbon asimetric.
Citește și, istorie – Việt Cộng
Activitatea la Universitatea din Amsterdam (1877-1895)
Datorită recomandărilor prietenilor, la 26 iunie 1877, Vant-Goff este invitat să preia un post de lector la Universitatea din Amsterdam. Un an mai târziu, la vârsta de 26 de ani, a devenit profesor de chimie, mineralogie și geologie (și mai târziu de chimie fizică). Vant-Goff și-a petrecut primii ani organizând și înființând un laborator chimic. Între 1878 și 1884 a publicat doar câteva articole, deoarece era preocupat de predare și de înființarea laboratorului.
Mutarea la Amsterdam a fost asociată cu un eveniment major în viața personală a lui Vant-Goff. În 1878, a cerut-o în căsătorie pe Johanna Franzina Mees (fiica unui comerciant din Rotterdam), de care era îndrăgostit de mult timp. La 27 decembrie a aceluiași an s-au căsătorit. Au avut două fiice, Johanna Francina (1880) și Aleida Jacob (1882), și doi fii, Jacobs Hendrikus (1883) și Govert Jacob (1889). Timp de peste 30 de ani, soția sa i-a fost un prieten fidel și iubit.
În 1881, Vant-Goff a publicat cartea sa „Insights into Organic Chemistry”, la care a început să lucreze încă din Utrecht. În această carte, omul de știință a încercat să stabilească relația dintre structura substanțelor și proprietățile fizice și chimice ale acestora. Cu toate acestea, încercarea nu a avut un succes deosebit, iar până în prezent cartea nu a fost cunoscută de multă lume. Cu toate acestea, pentru Vant-Goff însuși, cartea a fost un pas important. În timpul lucrului la această carte, a ajuns la problema afinității chimice, la recunoașterea importanței termodinamicii chimice și la problemele echilibrului chimic și a vitezei reacțiilor chimice. Din acest moment, se poate considera că Vant-Goff s-a implicat în chimia fizică.
În 1884, a fost publicată cea mai cunoscută carte a lui Vant-Goff, Essays on Chemical Dynamics. Apariția acestei cărți a marcat nașterea chimiei fizice. Vant-Goff a fost primul care a utilizat pe scară largă principiile termodinamicii și metodele matematice pentru a analiza și explica procesele chimice observabile. Într-o carte foarte mică, Vant-Goff a prezentat, într-o formă concentrată, o contribuție mare și foarte importantă la înțelegerea naturii și mecanismului reacțiilor chimice. În ciuda acestui fapt, apariția cărții nu a stârnit inițial nicio reacție în lumea chimică. Nu numai că chimiștii nu au observat apariția cărții, dar și unele dintre ideile acesteia s-au dovedit a fi obscure pentru ei.
Un an mai târziu, la 14 octombrie 1885, Vant-Goff a trimis spre publicare o nouă lucrare teoretică intitulată „Echilibrele chimice în sisteme de gaze și soluții diluate”, care a fost publicată în 1886. Această lucrare a continuat și a dezvoltat ideile exprimate în „Rezumatul dinamicii chimice”, care a căpătat un sens complet independent. La scurt timp după „Echilibrul chimic în sisteme de gaze și soluții diluate”, omul de știință suedez Svante Arrhenius a elaborat celebra sa teorie a disocierii electrolitice. Apariția acestei teorii este cel mai direct legată de activitatea lui Vant-Hoff.
În 1887, W. Ostwald, împreună cu J. G. Vant-Goff și S. A. Arrhenius a fondat la Leipzig revista internațională „Journal of Physical Chemistry” (Zeitschrift fur phys. Chemie), care a devenit larg răspândită și recunoscută în rândul chimiștilor. Această revistă a căpătat o mare importanță în dezvoltarea și promovarea de noi idei în domeniul chimiei fizice. Deja în primul volum al acestei reviste au apărut cele mai importante articole ale lui Want-Hoff și Arrhenius.
După publicarea lucrărilor sale privind dinamica și echilibrul chimic, Vant-Goff a devenit un nume cunoscut în lumea științifică. În același timp, a continuat să predea mult timp la Universitatea din Amsterdam. Pe lângă prelegeri, a supravegheat cercetările în laboratorul pe care l-a înființat, care a atras în cele din urmă un număr mare de stagiari și oameni de știință care au lucrat sub îndrumarea celebrului om de știință.
Între 1888 și 1895, Vant-Goff a lucrat în principal la dezvoltarea ideilor anterioare, mai ales în domeniul teoriei soluțiilor. În același timp, a publicat mai multe lucrări despre stereochimie și termodinamică. De mare interes este lucrarea sa „On solid solutions and on the determination of molecular weight in solids” (Despre soluțiile solide și determinarea greutății moleculare în solide), în care Vant-Goff a încercat să demonstreze că regularitățile pe care le obținuse pentru soluțiile lichide puteau fi aplicate, în unele cazuri, și la amestecurile solide. Prin acest articol, Vant-Goff a pus bazele teoriei soluțiilor solide, pe care a dezvoltat-o ulterior.
Citește și, biografii – Cesare Borgia
Munca la Universitatea din Berlin
La mijlocul anilor 1890, îndatoririle de profesor începuseră să îl împovăreze pe Wann Goff. Dorind să-și asigure condiții confortabile pentru cercetare, în 1895 a acceptat o ofertă foarte onorantă din partea Academiei de Științe din Berlin și a Universității din Berlin de a prelua postul de profesor universitar fără a fi nevoit să țină cursuri. La 30 ianuarie 1896, Want-Hoff a fost ales membru cu drepturi depline al Academiei Prusace de Științe.
În martie 1896, Wandt-Hoff s-a mutat la Berlin, unde a început imediat să cerceteze un nou domeniu – formarea depozitelor naturale de sare de origine oceanică. A fost interesat în special de formarea faimoaselor câmpuri de sare de la Stassfurt, lângă Magdeburg, și de mecanismele de formare a acestora. Această lucrare a fost o încercare îndrăzneață de a folosi legile chimiei fizice pentru a explica procesele geochimice. Dezvoltarea acestui subiect a permis iluminarea experimentală și teoretică a unuia dintre cele mai importante domenii ale geologiei.
Vandt-Hoff a efectuat cercetări extinse privind formarea zăcămintelor de la Zăcământul de sare de la Stassfurt, în colaborare cu Wilhelm Meierhoffer, elevul și prietenul său de origine rusă. Vandt-Hoff a fost un om de știință foarte talentat și independent, care lucrase anterior la echilibrul sării și era foarte original și în opiniile sale teoretice.
Citește și, biografii – Luigi Cadorna
Ultimii ani de viață, moartea
În 1896, Meyerhoffer, împreună cu Want-Hoff, a înființat un mic laborator privat în Berlin, unde s-a desfășurat cea mai mare parte a cercetărilor asupra zăcămintelor de la Stassfurt. Lucrările au durat aproximativ 10 ani, iar rezultatele au fost publicate în rapoartele Academiei Prusace de Științe. În total, au fost publicate 52 de lucrări. Cercetările privind formarea depozitelor de sare oceanică și rezultatele obținute sunt de mare importanță în geologie și mineralogie, precum și în chimie. Acestea au stat la baza unei game mai largi de cercetări desfășurate în acest domeniu până în prezent.
În 1901. Vant-Goff a fost primul chimist care a primit Premiul Nobel „ca recunoaștere a marii importanțe a descoperirii legilor dinamicii chimice și a presiunii osmotice în soluții”.
Colaborarea dintre Vant-Goff și Meyerhoffer, care a durat zece ani, a fost extrem de fructuoasă. Dar în 1905 a fost brusc întreruptă de boala gravă a lui Meyerhoffer. La 21 aprilie 1906, Meyerhoffer a murit. Vant-Goff a resimțit greu moartea prietenului și colaboratorului său. În acest timp, el însuși a început să se simtă rău: existau semne ale unei boli pulmonare grave – tuberculoza.
Vant-Goff nu a vrut să renunțe. El era în căutarea unui nou domeniu pentru o cercetare sistematică extinsă. La sfârșitul anului 1905, a decis să se dedice studiului acțiunii sintetice a enzimelor. Având o experiență vastă în cercetarea stereochimiei și a presiunii osmotice, omul de știință dorea acum să abordeze probleme de biochimie.
Cu toate acestea, o boală progresivă i-a zădărnicit intențiile. Cercetările planificate au trebuit să fie întrerupte. Ultimii săi ani de viață au fost umbriți de pierderea mai multor persoane apropiate – rude și colegi.
La 15 decembrie 1910. În cele din urmă, Vant-Goff s-a îmbolnăvit. Încercările sale de a se întoarce la locul de muncă câteva săptămâni mai târziu s-au dovedit a fi zadarnice. La 1 martie 1911 a murit.
Citește și, istorie – Războiul Succesiunii Spaniole
Stereochimie
Vant-Goff este unul dintre fondatorii stereochimiei. Broșura sa „Propunere de reprezentare în spațiu a formulelor structurale utilizate în prezent și observația aferentă privind relația dintre rotativitatea optică și constituția chimică a compușilor organici”, publicată în 1874 în limba olandeză și tradusă ulterior în germană și franceză, a fost aspru criticată de chimiștii renumiți ai vremii. Cu toate acestea, în timp, ideile expuse de Vant-Goff în această broșură au devenit foarte răspândite.
Vant-Goff a sugerat că atomul cvadruplu de carbon ar putea fi reprezentat ca un tetraedru. Pe baza acestei idei, cercetătorul a sugerat că apariția rotativității optice a moleculelor s-ar putea datora prezenței unui atom de carbon asimetric (un atom de carbon legat de patru substituenți diferiți). Această ipoteză este cea mai importantă idee a teoriei stereochimice. Ulterior, au fost efectuate numeroase experimente pentru a confirma această idee.
Citește și, istorie – Exilul de la Avignon
Chimie fizică
În 1884, Vant-Goff publică cartea sa Essays on Chemical Dynamics. Apariția acestei cărți marchează nașterea chimiei fizice propriu-zise. Vannt-Goff a folosit pentru prima dată principiile termodinamicii și metodele matematice în tratarea proceselor chimice. Când a început să lucreze la această carte, Vant-Goff și-a dat seama că va trebui să se bazeze pe faptele izolate, disparate și puține stabilite de predecesorii săi pentru a oferi un cadru de bază pentru descrierea cantitativă a procesului chimic.
În această lucrare, Vant-Goff formulează conceptul de „transformare moleculară” și, pe baza ideilor de cinetică moleculară, oferă o clasificare a acestor transformări în funcție de numărul de molecule implicate în reacție. El introduce conceptele de constantă de viteză de reacție, reacții mono-, di- și trimoleculare și formulează o afirmație importantă: „Cursul unei transformări chimice este caracterizat exclusiv de numărul de molecule care interacționează în transformare”.
Folosind exemple concrete de reacții, Vant-Goff identifică regularitățile reacțiilor mono-, bi- și multimoleculare și oferă expresii pentru vitezele acestora sub forma formulei binecunoscute:
dc
unde c{displaystyle c} este concentrația reactanților, n{displaystyle n} este numărul de molecule implicate în reacție (n{displaystyle n} = 1 pentru monomolecular, n{displaystyle n} = 2 pentru bimolecular, etc.), k{displaystyle k} – este constanta vitezei de reacție.
Vant-Goff analizează influența formei și dimensiunii vaselor de reacție asupra cursului reacțiilor, modalitățile de selectare a unui mediu adecvat și efectul pereților vaselor. În special, el prezintă rezultatele experimentelor privind efectul acoperirii pereților interiori ai aparatului (de exemplu, cu ulei). De asemenea, el oferă o prezentare generală a modalităților și metodelor de determinare a numărului de molecule implicate în transformarea chimică.
Vant-Goff ia în considerare, de asemenea, efectul temperaturii asupra transformării chimice. În special, folosind reacția reversibilă N2O4↽–⇀2NO2{displaystyle {ce {N2O4 <=> 2 NO2}}}, el a derivat ecuația bine-cunoscută care leagă temperatura de constantele de viteză ale reacțiilor k′{displaystyle k”} înainte și k″{displaystyle k””} înapoi:
dlnk′
unde q{{displaystyle q} este numărul de calorii eliberate atunci când o unitate din cea de-a doua substanță este transformată în prima substanță la un volum constant.
Pe baza datelor obținute, Vant-Goff analizează cu atenție diferitele cazuri de echilibru chimic. Vannt-Goff remarcă legătura strânsă dintre ratele de transformare și echilibru. El vede echilibrul ca fiind rezultatul a două reacții opuse care se desfășoară cu anumite viteze și ajunge la o altă formulă importantă:
dlnk′
unde K=k′
În 1886, a fost publicată o lucrare a lui Vant-Goff intitulată „Echilibrul chimic în sisteme de gaze și soluții diluate”. Scopul principal al acestei lucrări a fost de a încerca să stabilească angiologii în legile care descriu comportamentul sistemelor și soluțiilor gazoase.
Vant-Goff a analizat relația dintre presiunea osmotică și alți parametri fizico-chimici. Descriind aparatul lui Pfeffer și metoda propusă de acesta de a realiza pereți semipermeabili, Vant-Goff a avansat ideea importantă a reversibilității schimbărilor în presiunea osmotică. Utilizând noțiunile de pereți semipermeabili, a fost posibil să se realizeze procese circulare reversibile pentru soluții și să se stabilească astfel o analogie între gaze și soluții. Astfel, a devenit destul de evident că legile stării gazoase sunt aplicabile și la descrierea presiunii osmotice în soluțiile diluate.
Vant-Goff a demonstrat teoretic și experimental aplicabilitatea legilor lui Boyle și Gay-Lussac și a formulei Clapeyron la soluții diluate. De aici, Vannt-Goff a concluzionat că principiul lui Avogadro se aplică și în cazul soluțiilor diluate și că soluțiile izotonice trebuie să fie echimoleculare.
Pentru soluțiile diluate, Vant-Goff a calculat valoarea constantei gazelor R{displaystyle R} în ecuația Clapeyron. Valoarea R{displaystyle R} pe care a obținut-o din măsurătorile presiunii osmotice a fost apropiată de valoarea obținută pentru gazele ideale. Cu toate acestea, în unele cazuri (soluții de acizi minerali și săruri), valoarea constantei gazelor diferă. Prin urmare, Vannt-Goff a rescris ecuația lui Clapeyron sub forma
PV=iRT{displaystyle PV=iRT}
unde P{displaystyle P} este presiunea; V{displaystyle V} este volumul; T{displaystyle T} este temperatura; R{displaystyle R} este constanta gazelor, care are aceeași valoare ca și în cazul gazelor; i{displaystyle i} este un factor de corecție apropiat de unu și care depinde de natura substanței căreia i se aplică ecuația (VanT-Goff a numit acest factor „factor de activitate”).
De asemenea, Vant-Goff a arătat că
i=5.6mΔ{displaystyle i=5.6mDelta }
unde m{displaystyle m} este masa moleculară a substanței; Δ{displaystyle Delta } este cantitatea cu care prezența substanței (1 : 100) reduce presiunea vaporilor de apă. Vant-Goff a sugerat alte modalități de determinare a coeficientului i{displaystyle i}, de exemplu, prin constante crioscopice sau ebulloscopice. Astfel, Vant-Goff a propus o metodă de determinare a greutății moleculare a unei substanțe pe baza proprietăților fizice ale soluției sale.
Citește și, biografii – Ludovic al XVI-lea al Franței
Echilibre de sare
Împreună cu prietenul său, Wilhelm Meyerhoffer, Vant-Goff a efectuat cercetări amănunțite privind formarea depozitelor de sare de la Stassfurth. Aceste sedimente sunt de origine marină. Analiza chimică a depozitelor de la Stassfurth a arătat că acestea au o compoziție chimică destul de complexă. Acestea constau în principal din cloruri, sulfați și borați de sodiu, potasiu, magneziu și calciu.
Împreună cu Meyerhoff, Vant-Goff a descoperit că temperatura este principalul factor în formarea depozitelor de sare. În unele cazuri, timpul joacă, de asemenea, un rol important. Unele dintre transformările efectuate de cercetători au durat mai multe luni. Efectul presiunii asupra cristalizării sărurilor din soluții multicomponente s-a dovedit a fi neglijabil.
Ca urmare a acestor studii, s-a demonstrat că unele minerale nu se pot forma la 25°C. Astfel, amestecurile de kieserit (MgSO4⋅H2O{displaystyle {ce {MgSO4*H2O}}) și silvin (KCl{displaystyle {ce {KCl}}}) cu un amestec de clorură de sodiu formată din carnalită (KCl⋅MgCl2⋅6H2O{displaystyle {ce {KCl*MgCl2*6H2O}}) și kieserită, ar putea fi eliberată numai la temperaturi mult mai ridicate. În ciuda îndoielilor cu privire la posibilitatea depunerii sărurilor la temperaturi de peste 70 °C, comparațiile compoziției mineralelor din sedimente au arătat că formarea lor a avut loc în două intervale de temperatură – la 25 °C și 83 °C.
Mai multe minerale sintetice, atât cele conținute în sedimentele din Stassfurt, cât și cele care nu sunt conținute, au fost obținute prin determinarea temperaturilor de transformare în astfel de amestecuri complexe.
În 1970, un crater de pe Lună a primit numele lui Jakob Hendrik van Goff.
Unul dintre mineralele sintetice care Vanthoffite, Na5Mg(SO4)4{displaystyle {ce {Na5Mg(SO4)4}}, a fost numit după marele om de știință, Vanthoffite.
sursele
