Жизнь вант гофф. Биография

Первую Нобелевскую премию по химии получил в 1901 г. Якоб Генрих Вант-Гофф за открытие законов 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 прогресс в фундаментальных и прикладных исследованиях по химии. Возникновение новых областей знания, таких, как стереохимия, стало возможно только в тесной связи с другими областями естествознания. Вант-Гофф стал основателем стереохимии. Он выступил с новыми воззрениями против всех неверных взглядов ярых агностиков и узколобых эмпириков и ввел в химию представления о пространственном строении веществ.

Вант-Гофф родился 30 августа 1852 г. в Роттердаме в семье врача. Роду Вант-Гоффа на протяжении ряда поколений принадлежало поместье вблизи голландского города Дортрехта. Члены этого семейства в течение многих десятилетий были бургомистрами или занимали другие выборные должности в городском самоуправлении.

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.

Затем Вант-Гофф увлекся философией. Он основательно изучил "Курс позитивной философии" О. Конта, в котором обратил внимание на путь, приводящий к рациональному исследования) в химии. Вант-Гофф понял высказывание Конта как способ логического совершенствования химических знаний. Но Вант-Гофф не воспринял ни враждебности Конта к теории, ни его ограниченной механистической методологии. Напротив, Вант-Гофф признавал необходимость единства теории и практики; он никогда не придерживался односторонней эмпирической точки зрения, а позже защищал свои материалистические представления от "энергетизма" Оствальда.

В политехникуме Дельфта Вант-Гофф по уровню знаний значительно превосходил своих 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 это время Кекуле - автор теории строения бензола и создатель представлений о порядке расположения атомов в молекулах - считался одним из ведущих специалистов в области фундаментальных проблем химии. Восхищение личностью этого ученого и его работами вызвало у Вант-Гоффа интерес к изучению строения молекул. Но Вант-Гофф недолго пробыл в Бонне. Работая у Вюрца в Париже, он познакомился с Ле Белем, который одновременно с Вант-Гоффом и независимо от него создал известную тетраэдрическую модель углеродного атома на основе представлений Кекуле о пространственном расположении атомов в молекуле.

В декабре 1874 г. Вант-Гофф защитил докторскую диссертацию в университете Утрехта и в 1876 г. начал преподавательскую деятельность в местной ветеринарной школе. Осенью 1874 г, он опубликовал в Утрехте небольшую работу с длинным заглавием: "Предложение применять в пространстве современные структурные химические формулы вместе с примечаниями об отношении между оптической вращательной способностью и химической конституцией органических соединений"37. Ни эта работа, опубликованная на голландском языке, ни ее перевод на французский язык (Роттердам, 1875) не привлекли внимания химиков. Подлинная известность пришла после того, как Вислиценус - решительный сторонник новой науки стереохимии 38 - познакомил ученых в 1877 г. с немецким переводом этой сильно переработанной статьи Вант-Гоффа, названной теперь "Расположение атомов в пространстве". Этот перевод был опубликован с предисловием Вислиценуса 39 .

Вант-Гофф ввел в науку положения, позволившие с новых позиций рассматривать строение химических соединений. Представление, согласно которому в молекуле метана СН 4 четыре атома водорода равномерно распределены в пространстве и поэтому можно говорить о тетраэдрической форме молекулы, возвращает нас к взглядам Кекуле 40 . Они нашли отражение в предложенной Вант-Гоффом модели: четыре валентности атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится этот атом 41 . Используя такую модель, Вант-Гофф предположил, что за счет связи атомов или атомных групп с углеродом тетраэдр может быть несимметричным, и высказал представление об асимметрическом атоме углерода. Он писал: "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, то есть мы имеем дело с двумя структурными формулами в пространстве" 42 .

Явления оптической изомерии нельзя было понять, используя существовавшие в то время структурные формулы. Замечательным достижением Вант-Гоффа явилось установление связи между наличием в соединении асимметрического атома углерода и оптической изомерией вещества. Голландский ученый считал бесспорным, что оба оптических изомера соответствуют двум молекулярным моделям с зеркальной симметрией по отношению к асимметрическому атому углерода. Следовательно, каждое оптически активное соединение содержит асимметрический атом углерода. Это предположение легко можно было проверить экспериментально, Вант-Гофф подтвердил свою гипотезу о существовании пространственных структурных формул при экспериментальном изучении многочисленных оптически активных соединений.

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

Несмотря на изучение философии Конта, Вант-Гофф был материалистом и стихийным диалектиком. Своими выступлениями и результатами исследований Вант-Гофф последовательно защищал атомно-молекулярное учение от нападок философов-идеалистов, а в 90-х годах и от сторонников энергетизма Оствальда. Наиболее сильный удар идеализму нанесло открытие Вант-Гоффом стереохимии. Еще в 1871 г. Эрнст Мах представил многочисленные и, по его мнению, неопровержимые доводы, что "химические элементы не могут существовать в пространстве из трех змерений". Вант-Гофф выступил как против этих идеалистических утверждений, так и против взглядов Кольбе, высказанных в рецензии на работы Вант-Гоффа.

Герман Кольбе (1818-1884); автор многочисленных статей в издаваемом под его редакцией "Журнале практической химии"; в которых он выступал против стереохимических представлений Вант-Гоффа

В 1877 г. вскоре после выхода немецкого перевода статьи Вант-Гоффа Кольбе в грубой полемической форме писал: "Некоему доктору Я. Г. Вант-Гоффу, занимающему должность в ветеринарной школе Утрехта, очевидно не по вкусу точные химические исследования. Он счел более приятным сесть на Пегаса (вероятно взятого напрокат из ветеринарной школы) и поведать миру то, что узрел с химического Парнаса в своем смелом полете-расположение атомов в мировом пространстве" 43 . В другом месте статьи Кольбе читаем: "Примечательно для нашего времени, бедного критиками и ненавидящего критику, что два почти неизвестных химика, один из которых работает в ветеринарной школе, а другой - в сельскохозяйственном институте 44 , с уверенностью обсуждают одну из наиболее сложных проблем химии, которую, пожалуй, никому не решить: вопрос о расположении атомов в пространстве - и объяснения даются с такой дерзостью, которая просто обескураживает подлинных естествоиспытателей" .

Неверие в возможность познания мира, презрение к теоретическому мышлению, диалектике и материализму привели Кольбе к борьбе против передовых идей в естествознании. Стереохимические воззрения Вант-Гоффа постепенно получили подтверждение и применение не только в органической химии 45 , но спустя 20 лет и в неорганической химии 46 . Соотношения, установленные для асимметрического атома углерода, были успешно использованы в 1890 г. Альфредом Вернером для объяснения случаев изомерии у асимметрического атома азота.

С 1877 по 1896 г. Вант-Гофф был профессором химии, минералогии и геологии в незадолго до того основанном Амстердамском университете. Там он выполнил многие ценные теоретические работы. При этом Вант-Гоффу удалось счастливо сочетать смелость в выдвижении идей и тщательность их разработки. Работы Вант-Гоффа показали, что изучение основополагающих химических закономерностей - процесс, требующий от исследователя не только настойчивости, но и фантазии. В лекции, прочитанной Вант-Гоффом при вступлении в должность профессора Амстердамского университета, ученый говорил, что без "фантазии в науке" не может обойтись ни подготовка эксперимента, ни объяснение полученных результатов. Для изучения этого вопроса Вант-Гофф прочитал более двухсот жизнеописаний математиков И естествоиспытателей. Такой стиль работы восхищал учеников и друзей Вант-Гоффа.

Интересы Вант-Гоффа к поискам наиболее общих закономерностей вновь проявились в его большой работе "Воззрения на органическую химию" (т. I-II, 1878-1881). Исходя из представлений об асимметрическом атоме углерода, он хотел в этой работе раскрыть наиболее общие закономерности соотношений между строением и химическими свойствами органических соединений. Однако решению этих вопросов в то время мешало явно недостаточное знание строения атомов и молекул. Даже в наши ни многие проблемы, важные для теоретических основ органической химии, пока не решены.

Вант-Гофф вскоре перешел к изучению химической динамики; позднее он изложил свои взгляды по этому вопросу в книге "Очерки по химической динамике"47 (1884 г.). 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 закономерность сформулировать 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 противоположно направленных реакций, идущих с одинаковой скоростью (обратимый процесс) 48, 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 49 .

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

Одним из наиболее значительных открытий этого времени было установление природы движущей силы реакции - химического сродства. Это понятие не было точно определено 50 . Томсен в 1854 г. и Бертло в 1868 г. пытались сделать это, но успеха не добились 51 .

Вант-Гофф в 1885 г. высказал мысль, что мерой сродства может служить работа реакции, и вывел для нее математическое выражение 52 . В него, однако, не входила константа равновесия из закона действия масс, сформулированного в общем виде в 1867 г. Гульдбергом и Вааге 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 понижения 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 = RT при его использовании для описания осмотического давления в растворах имеет вид PV = iRT (i > 1 - коэффициент, характеризующий отклонение поведения некоторых веществ) 53 , Осмотическое давление растворов было впервые измерено в 1877 г. ботаником Пфеффером, который пользовался искусственно приготовленными полупроницаемыми перепонками 54 . 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. Такое объяснение было дано найденным Пфеффером высоким значениям осмотического давления 55 . Это фундаментальное открытие показало единство законов физики и химии (хотя причины возникновения осмотического давления не были вскрыты).

Вант-Гофф оказал также большое влияние на дальнейшее развитие теории диссоциации, изучив в своей работе "Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов" (опубликована в Стокгольме на французском языке в 1886 г.56) 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 первом выпуске этого журнала кроме статьи Вант-Гоффа с изложением осмотической теории растворов была опубликована также работа Сванте Аррениуса, в которой подтверждались и развивались взгляды голландского ученого.

В 1890 г. Вант-Гофф сформулировал понятие о твердых растворах 57 .

В марте 1896 г. Вант-Гофф покинул Амстердам, переехав Берлин по приглашению Прусской Академии наук. В соответчик с предложением Макса Планка и Эмиля Фишера для Вант-Гоффа была создана специальная исследовательская лаборатория в Академии наук, а сам ученый был сразу же избран ее действительным членом и почетным профессором Берлинского университета. В Берлине он проводил обширные экспериментальные и теоретические работы, которые помогли установить условия образования месторождений калийных солей и создать рациональную технологию переработки таких веществ. Результаты этих исследований (проводившихся с 1897 по 1903 г.) были опубликованы в двух выпусках (1905 и 1909 гг.) под заглавием "К образованию океанических соляных месторождений" 58 .

Давняя тяжелая болезнь Вант-Гоффа помешала ему глубже изучить синтетическое действие ферментов в живом растительном организме. Сделанный ученым в 1900 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 59 , первый лауреат Нобелевской премии по химии (1901 г.), кавалер медалей Дэви, Гельмгольца 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 кинетике, осмотической теории растворов и химической геологии 60 .

Зависимость скорости протекания химической реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа.

Голландский химик Вант-Гофф Якоб Хендрик, основатель стереохимии, в 1901 г. стал первым лауреатом Нобелевской премии по химии. Она была присуждена ему за открытие законов химической динамики и осмотического давления. Вант-Гофф ввёл представления о пространственном строении химических веществ. Он был уверен, что прогресса в фундаментальных и прикладных исследованиях по химии можно достичь, применяя физические и математические методы. Разработав учение о скорости реакций, он создал химическую кинетику.

Скорость химической реакции

Итак, кинетикой химических реакций называют учение о скорости протекания, о том, какое химической взаимодействие происходит в процессе реакций, и о зависимости реакций от различных факторов. У различных реакций скорость протекания различна.

Скорость химической реакции напрямую зависит от природы химических веществ, вступающих в реакцию. Некоторые вещества, такие как NаОН и НCl, способны реагировать за доли секунды. А некоторые химические реакции длятся годами. Пример такой реакции – ржавление железа.

Скорость реакции зависит также и от концентрации реагирующих веществ. Чем выше концентрация реагентов, тем выше и скорость реакции. В ходе реакции концентрация реагентов уменьшается, следовательно, замедляется и скорость реакции. То есть, в начальный момент скорость всегда выше, чем в любой последующий.

V = (C кон – С нач)/(t кон – t нач)

Концентрации реагентов определяют через определённые промежутки времени.

Правило Вант-Гоффа

Важным фактором, от которого зависит скорость протекания реакций, является температура.

Все молекулы сталкиваются с другими. Число соударений в секунду очень велико. Но, тем не менее, химические реакции не протекают с огромной скоростью. Так происходит, потому что в ходе реакции молекулы должны собраться в активированный комплекс. А образовать его могут только активные молекулы, кинетической энергии которых достаточно для этого. При малом количестве активных молекул реакция протекает медленно. При повышении температуры увеличивается число активных молекул. Следовательно, и скорость реакции будет выше.

Вант-Гофф считал, что скорость химической реакции – это закономерное изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Но оно не всегда является равномерным.

Правило Вант-Гоффа гласит, что при повышении температуры на каждые 10 о скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза .

Математически правило Вант-Гоффа выглядит так:

где V 2 t 2 , а V 1 – скорость протекания реакции при температуре t 1 ;

ɣ - температурный коэффициент скорости реакции. Этот коэффициент есть отношение констант скоростей при температуре t+10 и t .

Так, если ɣ = 3, а при 0 о С реакция длится 10 минут, то при 100 о С она будет продолжаться всего 0,01 сек. Резкое увеличение скорости протекания химической реакции объясняется увеличением количества активных молекул при повышении температуры.

Правило Вант-Гоффа применимо только в температурном диапазоне 10-400 о С. Не подчиняются правилу Вант-Гоффа и реакции, в которых участвуют большие молекулы.

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}}}} )

Наш нынешний герой - весьма необычный человек (впрочем, бывают ли обычные нобелевские лауреаты). Он с детства был увлечен химией и добился своего, за короткую жизнь успев создать задел минимум на три Нобелевских премии, в разных ее областях. При этом активно пользовался своим авторитетом для того, чтобы его коллеги тоже не остались без премии. Итак, встречайте: Якоб Хендрик Вант-Гофф .

Формулировка нобелевского комитета: «В знак признания огромной важности открытия законов химической динамики и осмотического давления в растворах» (in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the laws of chemical dynamics and osmotic pressure in solutions).

В биографии первого нобелевского лауреата по химии, Якоба Хенрика Вант-Гоффа, есть одна деталь, свойственная юности многих ученых, - конфликт с родителями. Папа хочет, чтобы сын получил денежную профессию, сын (третий из семи детей) обожает поэзию, философию и химию. В случае Якоба Хендрика Вант-Гоффа-старшего такая жесткость была странной: он сам был не только врачом, но и выдающимся любителем и знатоком Шекспира. Но ни увлечения философией, ни многочисленные химические опыты дома, ни кумир Байрон, на которого Вант-Гофф буквально молился, не помогли, и по велению отца Якоб Хендрик Вант-Гофф-младший отправился изучать инженерное дело.

В принципе, сейчас, конечно, выбранное отцом образовательное учреждение было бы очень престижно: политехническая школа в Делфте превратилась в мощный Делфтский технический университет, опытом которого, например, активно пользуется наш МФТИ. Но тогда это было больше похоже на ПТУ.

Вант-Гофф поступил в 1869 году. На то, чтобы пройти все курсы и сдать экзамен, у него было три года. Вант-Гофф справился за два, сдав восьмого июля экзамен и получив специальность - сюрприз! - химического технолога. Видимо, здесь родители и сдались, и, поработав чуток на сахарном заводе, Вант-Гофф отправился в университет. Он поступил в Лейден, на естественно-математический факультет, но весьма быстро понял, что математика (чистая), при всей его любви к вычислениям, «не его», а химия «не отпускает».

И наш герой отправился учиться химии в Бонн, причем под руководством не абы кого, а самого Фридриха Кекуле (для тех, кто забыл школьную программу, напомним, что химики шестидесятых вообще очень любили спать и видеть научные сны. Менделеев увидел в 1869 году свой периодический закон, а Кекуле увидел танцующих обезьян, которые привели его в 1865 году к правильной формуле бензола в виде шестиугольника).

Для нас важно то, что Кекуле был автор самого понятия и термина «валентность», а также автором определения углерода как четырехвалентного элемента. То есть с самого начала своего пути в профессиональной химии Вант-Гофф оказался в эпицентре зарождающейся органической химии, которая уже имела большое количество накопившихся проблем, требующих решения.

Фридрих Август Кекуле, 1890-е

Wikmedia Commons

Уже в начале XIX века удивительный ученый, физик, географ, геодезист, астроном, воздухоплаватель Жан-Батист Био удивился тому, что растворы некоторых веществ могут вращать плоскость поляризации проходящего через них поляризованного света. Причем совершенно одинаковые по составу вещества могут различаться: одни вращали эту плоскость влево, другие - вправо. Почти полвека спустя, в 1848 году, другой великий француз, Луи Пастер, предположил, что молекулы таких веществ представляют собой зеркальные отражения друг друга.

И вот через два года после начала своей научной и учебной карьеры в химии Вант-Гофф публикует статью под названием «Попытка распространить в [трехмерное] пространство существующие структурные химические формулы. С примечанием об отношении между оптической активностью и химическим устройством органических соединений». На 11 страничках Вант-Гофф публикует гениальную догадку: атом углерода представляет собой тетраэдр. Сам атом находится в центре этой объемной фигуры, а четыре связи (помните постулат Кекуле), которые он образует, направлены к его вершинам. Таким образом, если у углерода есть четыре разных заместителя, то зеркальное отражение такой молекулы будет другой молекулой, отражения будут несовместимы в пространстве, как перчатка на правую и левую руки.

Wikimedia Commons

Так началась научная биография Вант-Гоффа. Тем не менее просто не было. Приходилось зарабатывать репетиторством, давать частные уроки и искать себе место в академических учреждениях. В 1876 году оно нашлось. Сначала им стала Королевская ветеринарная (!) школа в Утрехте, затем - наконец-то - Вант-Гофф стал профессором Университета Амстердама.

Что же касается теории… Теория Вант-Гоффа (и примкнувшего к нему товарища по Парижскому университету Жозефа Ашиля Ле Беля) была принята, как водится, в штыки. Даже «сооткрыватель» четырехвалентного углерода (вместе с Кекуле), Герман Кольбе, назвал работу «фантастической чепухой, напрочь лишенной какого бы то ни было фактического основания и совершенно непонятной серьезному исследователю».

Можно привести еще более едкую цитату из Кольбе: «Доктор Вант-Гофф из Ветеринарной школы в Утрехте, видимо, не испытывает симпатии к точному химическому исследованию. Он рассматривает его скорее как оседлание Пегаса (видимо, заимствовано из ветеринарной школы) и объявляет в своем труде, как, подобно его смелому полету на вершину химического Парнаса, атомы явились ему, расположенные в космическом пространстве».

Кто оказался прав, может судить любой человек, добравшийся в школьном курсе химии до органики. А Вант-Гоффу пришлось ждать шесть лет: в 1880 году его теорию признали очень влиятельные ученые, Иоганн Вислиценус и Виктор Мейер. И именно с этого началась современная стереохимия (в итоге работы в этом направлении принесли «Нобеля» Владимиру Прелогу в 1978 году).

Виктор Мейер, ок. 1880 года

Wikimedia Commons

Но в это время Вант-Гофф уже ушел из органики и занялся тем, куда серьезные ученые, в общем, пока что не совались, в изучение скорости химических реакций.

Прекрасный дар экспериментатора и увлечение математикой позволили ему привнести законы термодинамики в химию. Сначала появляется правило Вант-Гоффа (при повышении температуры на 10 градусов, скорость реакции увеличивается в 2-4 раза), а затем и более сложные уравнения химической кинетики. Кстати, единственный наш «Нобель» по химии - это продолжение трудов Вант-Гоффа. Николай Николаевич Семенов свою монографию «Цепные реакции» посвятил именно «памяти Сванте Аррениуса и Якоба Вант-Гоффа».

Сванте Аррениус

Wikipedia Commons

В 1884 году вышел его труд Études de Dynamique chimique (Опыты химической динамики). Затем он изучал разбавленные растворы и тем самым заложил основы будущей теории электролитической диссоциации Сванте Аррениуса (позже они станут работать вместе, и Аррениус станет третьим нобелевским лауреатом по химии), параллельно тщательно изучив такое важное для физики (и биологии) явление, как осмотическое давление. Работ было много, и именно поэтому пришлось уехать из Амстердама: преподавать и заниматься административной работой Вант-Гоффу не хотелось.

С 1896 года он жил в Берлине, и снова поменял область работы, приблизившись уже к геологии. Он изучал океанические отложения в Штатфурте. Опять же, так пишется в академических книжках. Но это одно из крупнейших калийных месторождений мира, которое обеспечивало калием всю керамическую, мыловаренную, оптическую промышленность Германии и калийными удобрениями - ее сельское хозяйство. А от изучения палеозойских пород Вант-Гофф снова перешел в новую область - в биохимию. Он был одним из первых химиков, занявшихся изучением ферментов и кинетики их работы.

Наступил XX век, и нобелевский комитет начал делать свой первый выбор. Номинаций на первую премию по химии было 20. 11 из них - Вант-Гоффа. Поэтому выбор победителя так же, как и в номинации по физике, был очевиден. Правда, из «неудачников» 1901 года и Эмиль Фишер, и Сванте Аррениус, и Анри Муассан тоже в последующие пять лет успели получить свои премии. Сам же Вант-Гофф 16 раз предлагал свои кандидатуры нобелевскому комитету, и не только по химии. И очень часто - удачно. Аррениус, Рэлей, Рамзай, Макс Планк, Ленард - все они были номинированы Вант-Гоффом (правда, не все получили премию с его номинации). Жаль, что ни в 1905, ни в 1906 году комитет не послушал первого лауреата и не присудил премии Дмитрию Менделееву. Это было бы достойным завершением жизни Вант-Гоффа, скончавшегося в 1911 году от туберкулеза. Увы, другой нобелевский лауреат, Зельман Ваксман, тогда только год как уехал из Одессы и жил на ферме у сестер. В 1911 году эффективного средства борьбы с чахоткой еще не существовало.

Нидерландский химик Якоб Хендрик Вант-Гофф родился 30 августа 1852 г. в Роттердаме, в семье Алиды Якобы Колф и Якоба Хендрика Вант-Гоффа, врача и знатока Шекспира. Он был третьим по счету ребенком из семи родившихся у них детей. Свои первые химические опыты Вант-Гофф, ученик роттердамской городской средней школы, которую он окончил в 1869 г., ставил дома.

Он мечтал о карьере химика. Однако родители, считая научно-исследовательскую работу неперспективной, уговорили сына начать изучать инженерное дело в Политехнической школе в Дельфте. В ней Вант-Гофф за два года прошел трехлетнюю программу обучения и лучше всех сдал выпускной экзамен. Там же он увлекся философией, поэзией (особенно произведениями Джорджа Байрона) и математикой, интерес к которым пронес через всю жизнь.

Проработав недолгое время на сахарном заводе, Вант-Гофф в 1871 г. стал студентом естественно-математического факультета Лейденского университета. Однако уже на следующий год он перешел в Боннский университет, чтобы изучать химию под руководством Фридриха Августа Кекуле. Два года спустя будущий ученый продолжил свои занятия в Парижском университете, где и завершил работу над диссертацией. Вернувшись в Нидерланды, он представил ее к защите в Утрехтском университете.

Еще в самом начале XIX в. французский физик Жан Батист Био заметил, что кристаллические формы некоторых химических веществ могут изменять направление проходящих через них лучей поляризованного света. Научные наблюдения показали также, что некоторые молекулы (их назвали оптическими изомерами) вращают плоскость света в направлении, противоположном тому, в котором его вращают другие молекулы, хотя и первые, и вторые представляют собой молекулы одного типа и состоят из одинакового числа атомов. Наблюдая этот феномен в 1848 г., Луи Пастер выдвинул гипотезу, что такие молекулы являются зеркальным отображением друг друга и что атомы таких соединений расположены в трех измерениях.

В 1874 г., за несколько месяцев до защиты диссертации, Вант-Гофф опубликовал статью под названием «Предложение применять в пространстве современные структурно-химические формулы вместе с примечанием об отношении между оптической вращательной способностью и химической конструкцией органических соединений». В этой статье он предложил альтернативный вариант двухмерных моделей, которые в то время использовались для изображения структур химических соединений. Вант-Гофф предположил, что оптическая активность органических соединений связана с асимметрической молекулярной структурой, причем атом углерода находится в центре тетраэдра, а в четырех его углах располагаются атомы или группы атомов, отличающиеся друг от друга. Таким образом, взаимообмен расположенных в углах тетраэдра атомов или групп атомов может приводить к появлению молекул, идентичных по химическому составу, но являющихся зеркальным отображением друг друга по структуре. Этим и объясняются различия в оптических свойствах. Двумя месяцами позже во Франции к подобным же выводам пришел работавший над этой проблемой независимо от Вант-Гоффа его товарищ по Парижскому университету Жозеф Ашиль Ле Бель. Распространив концепцию тетраэдрального асимметрического атома углерода на соединения, содержащие углерод-углеродные двойные связи (общие края) и тройные связи (общие грани), Вант- Гофф утверждал, что эти геометрические изомеры обобществляют края и грани тетраэдра. Поскольку теория Вант-Гоффа - Ле Беля была чрезвычайно противоречивой, Вант-Гофф не решился представить ее в качестве докторской диссертации. Вместо этого он написал диссертацию о циано-уксусной и малоновой кислотах и в 1874 г. получил докторскую степень по химии.

Соображения Вант-Гоффа об асимметрических атомах углерода были опубликованы в нидерландском журнале и не произвели большого впечатления до тех пор, пока двумя годами позднее его статья не была переведена на французский и немецкий языки. Сначала теория Вант-Гоффа- Ле Беля была высмеяна известными химиками, такими, как А. В. Герман Кольбе, который назвал ее «фантастической чепухой, напрочь лишенной какого бы то ни было фактического основания и совершенно непонятной серьезному исследователю». Однако со временем она легла в основу современной стереохимии - области химии, изучающей пространственное строение молекул.

Становление научной карьеры Вант-Гоффа шло медленно. Вначале ему приходилось давать по объявлениям частные уроки химии и физики, и только в 1876 г. он получил должность лектора физики в Королевской ветеринарной школе в Утрехте. В следующем году он становится лектором (а позднее профессором) теоретической и физической химии Амстердамского университета. Здесь в течение последующих 18 лет он каждую неделю читал по пять лекций по органической химии и по одной лекции по минералогии, кристаллографии, геологии и палеонтологии, а также руководил химической лабораторией.

В отличие от большинства химиков своего времени Вант-Гофф имел основательную математическую подготовку. Она пригодилась ученому, когда он взялся за сложную задачу изучения скорости реакций и условий, влияющих на химическое равновесие. В результате проделанной работы Вант-Гофф в зависимости от числа участвующих в реакции молекул классифицировал химические реакции как мономолекулярные, бимолекулярные и многомолекулярные, а также определил порядок химической реакции для многих соединений.

После наступления химического равновесия в системе с одинаковой скоростью протекают и прямые, и обратные реакции без каких бы то ни было конечных превращений. Если в такой системе увеличивается давление (меняются условия или концентрация ее компонентов), точка равновесия сдвигается таким образом, чтобы давление уменьшилось. Этот принцип был сформулирован в 1884 г. французским химиком Анри Луи Ле Шателье. В том же году Вант-Гофф применил принципы термодинамики при формулировании принципа подвижного равновесия, возникающего в результате изменения температуры. Тогда же он ввел общепринятое сегодня обозначение обратимости реакции двумя стрелками, направленными в противоположные стороны. Результаты своих исследований Вант- Гофф изложил в «Очерках по химической динамике», опубликованных в 1884 г.

В 1811 г. итальянский физик Амедео Авогадро установил, что в равных объемах любых газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Вант-Гофф пришел к заключению, что этот закон справедлив и для разбавленных растворов. Сделанное им открытие было очень важным, поскольку все химические реакции и реакции обмена внутри живых существ происходят в растворах. Ученый также экспериментально установил, что осмотическое давление, представляющее собой меру стремления двух различных растворов по обе стороны мембраны к выравниванию концентрации, в слабых растворах зависит от концентрации и температуры и, следовательно, подчиняется газовым законам термодинамики. Проведенные Вант-Гоффом исследования разбавленных растворов явились обоснованием теории электролитической диссоциации Сванте Аррениуса. Впоследствии Аррениус переехал в Амстердам и работал вместе с Вант-Гоффом.

В 1887 г. Вант-Гофф и Вильгельм Оствальд приняли активное участие в создании «Журнала физической химии». Оствальд незадолго до этого занял вакантное место профессора химии Лейпцигского университета. Вант-Гоффу тоже предлагали эту должность, но он отклонил предложение, так как Амстердамский университет заявил о своей готовности построить ученому новую химическую лабораторию. Однако, когда Вант-Гоффу стало очевидно, что осуществляемая им в Амстердаме педагогическая работа, а также исполнение административных обязанностей мешают его исследовательской деятельности, он принял предложение Берлинского университета занять место профессора экспериментальной физики. Было оговорено, что здесь он будет читать лекции только раз в неделю и в его распоряжение будет отдана полностью оборудованная лаборатория. Это произошло в 1896 г.

Работая в Берлине, Вант-Гофф занялся применением физической химии для решения геологических проблем, в частности, при анализе океанических соляных отложений в Стас- фурте. До первой мировой войны эти отложения почти полностью обеспечивали углекислым калием производство керамики, моющих средств, стекла, мыла и особенно удобрений. Вант-Гофф начал также заниматься проблемами биохимии, в частности изучением ферментов, которые служат катализаторами химических изменений, необходимых для живых организмов.

В 1901 г. Вант-Гофф стал первым лауреатом Нобелевской премии по химии, которая была ему присуждена «в знак признания огромной важности открытия им законов химической динамики и осмотического давления в растворах». В представлении Вант- Гоффа от имени Шведской королевской академии наук он был назван основателем стереохимии и одним из создателей учения о химической динамике. Было также подчеркнуто, что исследования Вант-Гоффа «внесли значительный вклад в замечательные достижения физической химии».

В 1878 г. Вант-Гофф женился на дочери роттердамского купца Иоганне Франсине Меес. У них было две дочери и два сына. Через всю свою жизнь Вант-Гофф пронес живой интерес к философии, природе, поэзии. Он умер от туберкулеза легких 1 марта 1911 г. в Германии, в Стешице (теперь это часть Берлина).

Помимо Нобелевской премии Вант-Гофф был награжден медалью Дэви Лондонского королевского общества (1893) и медалью Гельмгольца Прусской академии наук (1911). Он был членом Нидерландской королевской и Прусской академий наук, Британского и Американского химических обществ, американской Национальной академии наук и Французской академии наук. Вант-Гоффу были присвоены почетные степени Чикагского, Гарвардского и Иельского университетов.