Jacobus Henricus van ‘t Hoff
gigatos | noviembre 22, 2021
Resumen
Jakob Hendrik (30 de agosto de 1852 (1852-08-30), Rotterdam – 1 de marzo de 1911, Berlín) fue un químico holandés, uno de los fundadores de la estereoquímica y la cinética química, primer ganador del Premio Nobel de Química (1901) con la mención «en reconocimiento a la gran importancia del descubrimiento de las leyes de la dinámica química y la presión osmótica en las soluciones».
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Los primeros años
Jacob Hendrik Wann Goff nació el 30 de agosto de 1852 en Rotterdam. Su familia pertenecía a una antigua familia holandesa. El padre de Jakob, Jakob Hendrik Vant-Goff el mayor, era médico y su madre, Alida Jakob Kolf, era ama de casa. Era el tercer hijo de la familia y tenía cuatro hermanos y dos hermanas.
A los ocho años, Jacob fue a una escuela pública cerca de Rotterdam. Era una escuela con un amplio programa de estudios. En ella se enseñaban ciencias, humanidades, lenguas extranjeras, dibujo y canto. Ya aquí empezaron a mostrarse las extraordinarias habilidades del futuro erudito. Sus mayores éxitos fueron en matemáticas y física.
En 1867, a la edad de quince años, Vant-Goff superó con éxito los exámenes de ingreso e ingresó en la cuarta clase de un instituto municipal de cinco cursos. En esta escuela, la atención se centraba en las ciencias y las matemáticas. Fue aquí donde el futuro científico se interesó por la química y comenzó a realizar sus primeros experimentos.
En 1869, después de terminar la escuela, Jakob fue a Delft, donde se matriculó en la Escuela Politécnica, con el deseo de obtener un título de ingeniero químico. Vant-Goff dedicó la mayor parte de su tiempo a la química y las matemáticas. Estudió mucho, lo que le permitió graduarse en dos años en lugar de tres.
Durante sus primeras vacaciones de estudiante, Vant-Goff realiza unas prácticas. Tuvo lugar en una fábrica de azúcar de Brabante Septentrional. Durante las prácticas, el científico en ciernes trabajó en la determinación de las concentraciones de azúcar mediante un polarímetro. Este trabajo le resultaba irreflexivo y monótono, pero fue la monotonía y la rutina del proceso lo que despertó en él el deseo de profundizar en los procesos químicos.
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Los años de estudiante
En octubre de 1871, Vant-Goff ingresa en la Universidad de Leiden. Estudia mucho, como siempre, y le fascinan la poesía y la filosofía. Incluso tuvo la idea de dedicarse por completo a la poesía. Pero sus primeros experimentos en esa dirección no tienen éxito y vuelve a la senda de un químico investigador.
Vant-Goff no tarda en darse cuenta de que, para estudiar seriamente la química moderna, debe trasladarse a otra universidad. Se traslada a Bonn y comienza a trabajar en la Universidad de Bonn, donde Friedrich August Kekule era entonces profesor de química.
Tras inscribirse, Vant-Goff comenzó inmediatamente la investigación experimental. Kekule se percató enseguida de la extraordinaria diligencia de Vant-Goff, pero pronto surgió un conflicto entre el profesor y el aprendiz, provocado por el deseo de Kekule de utilizar los conocimientos y habilidades de Vant-Goff para realizar sus propias investigaciones. En una de sus cartas a sus padres, Vant-Goff escribió:
«Una pequeña discusión con el profesor Kekule: tiene algunas ideas nuevas sobre el alcanfor y la trementina y quiere utilizar a unos cuantos ayudantes de laboratorio para que se encarguen de ellas, es decir, quiere convertir a los pocos ayudantes de laboratorio pagados en ayudantes privados no pagados. No acepté esta oferta y me vi obligado a buscar mi propio tema para desarrollarlo, y ahora que estoy ocupado con este tema, el profesor Kekule no me trata como antes y sigue contratando nuevos ayudantes.»
Finalmente, Vant-Goff decidió abandonar el laboratorio de Kekule. Pero para poder continuar con éxito su trabajo, necesitaba obtener un certificado del profesor que acreditara el éxito de su trabajo experimental. Sin embargo, el caso terminó de forma segura. Tras muchas investigaciones, Wang Goff presentó sus resultados al profesor. Para sorpresa del joven científico, el profesor dijo tras un breve diálogo «Recibirás un certificado y uno muy bueno». De hecho, Vant-Goff recibió su certificado de Kekule el 17 de junio de 1873. El profesor también aconsejó al joven científico que continuara su investigación en otra universidad. Antes de seguir su consejo, Vant-Goff viajó a Utrecht, donde, el 22 de diciembre de 1873, superó con éxito los exámenes de doctorado, lo que le permitió obtener el título de doctor.
En enero de 1874, Vant-Goff viajó a París para continuar sus investigaciones en química orgánica en el laboratorio de Charles Adolphe Wurz. Fue en este laboratorio donde Vant-Goff conoció a A.R. Genninger y J.A. Le Bel, que posteriormente se convirtieron en sus mejores amigos. Sin embargo, ya a finales de octubre de 1874 Vant-Hoff regresó a Utrecht tras recibir un certificado de Würtz. Aquí completó sus estudios en pocos meses y el 22 de diciembre de 1874 defendió su tesis doctoral sobre la síntesis de los ácidos cianoacético y malónico.
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Iniciarse en la ciencia
Poco antes de su tesis doctoral, en septiembre de 1874, publicó un pequeño folleto en holandés con un largo título: «Propuesta sobre la representación de las fórmulas estructurales actualmente utilizadas en el espacio y un comentario relacionado con ella sobre la relación entre la rotatividad óptica y la constitución química de los compuestos orgánicos». Más tarde, a finales de 1875, este folleto se publicó en alemán, traducido por el asistente de J. Wisselius F. Hermann.
Mientras preparaba una reedición del artículo en francés, Vant-Goff se preocupaba por encontrar trabajo. Hacía tiempo que no tenía suerte en este sentido y se veía obligado a dar clases particulares. No fue hasta marzo de 1876 cuando consiguió un puesto de profesor auxiliar de química en la Escuela de Veterinaria de Utrecht.
Tras la publicación de la edición alemana del panfleto de Vant-Hoff, muchos científicos pudieron leerlo. Sin embargo, los puntos de vista de Vant-Goff fueron de repente muy criticados por los químicos establecidos. Uno de los más importantes opositores a las ideas de Vincent-Hoff fue M. Bertleau y H. Kolbe. Este último incluso se tomó la libertad de expresarse con bastante brusquedad y crudeza en dirección a Vant-Goff. Sin embargo, a finales de los años 70 del siglo XIX, una gran parte de los químicos han reconocido la teoría estereoquímica. Muchos experimentos confirmaron su aplicabilidad en la práctica. Además, posteriormente se estableció con precisión la conexión de la rotatividad óptica de las moléculas con la presencia de un átomo de carbono asimétrico en ellas.
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Trabajo en la Universidad de Ámsterdam (1877-1895)
Gracias a las recomendaciones de sus amigos, el 26 de junio de 1877 Vant-Goff es invitado a ocupar un puesto de profesor en la Universidad de Ámsterdam. Un año después, con 26 años, se convirtió en profesor de química, mineralogía y geología (y más tarde de química física). Vant-Goff pasó los primeros años organizando y creando un laboratorio químico. Entre 1878 y 1884 sólo publicó unos pocos artículos, ya que estaba preocupado por la enseñanza y la creación del laboratorio.
El traslado a Ámsterdam estuvo asociado a un acontecimiento importante en la vida personal de Vant-Goff. En 1878 pidió matrimonio a Johanna Franzina Mees (hija de un comerciante de Rotterdam), de la que estaba enamorado desde hacía tiempo. El 27 de diciembre del mismo año se casaron. Tuvieron 2 hijas, Johanna Francina (1880) y Aleida Jacob (1882), y 2 hijos, Jacobs Hendrikus (1883) y Govert Jacob (1889). Durante más de 30 años su esposa fue su fiel y querida amiga.
En 1881, Vant-Goff publicó su libro «Insights into Organic Chemistry», en el que empezó a trabajar cuando aún estaba en Utrecht. En este libro, el científico trató de establecer la relación entre la estructura de las sustancias y sus propiedades físicas y químicas. Sin embargo, el intento no tuvo mucho éxito, y hasta ahora el libro no ha sido conocido por mucha gente. Sin embargo, para el propio Vant-Goff, el libro fue un paso importante. Al trabajar en este libro llegó al problema de la afinidad química, al reconocimiento de la importancia de la termodinámica química y a los problemas del equilibrio químico y la velocidad de las reacciones químicas. A partir de este momento, se puede considerar que Vant-Goff se dedicó a la química física.
En 1884 se publicó el libro más famoso de Vant-Goff, Ensayos sobre dinámica química. La aparición de este libro marcó el nacimiento de la química física. Vant-Goff fue el primero en utilizar ampliamente los principios de la termodinámica y los métodos matemáticos para analizar y explicar los procesos químicos observables. En un libro muy pequeño, Vant-Goff presentó, de forma concentrada, una gran e importantísima contribución a la comprensión de la naturaleza y el mecanismo de las reacciones químicas. A pesar de ello, la aparición del libro no suscitó inicialmente ninguna reacción en el mundo de la química. Los químicos no sólo no se dieron cuenta de la aparición del libro, sino que algunas de sus ideas les resultaron oscuras.
Un año más tarde, el 14 de octubre de 1885, Vant-Goff presentó para su publicación un nuevo trabajo teórico titulado «Equilibrio químico en sistemas de gases y soluciones diluidas», que se publicó en 1886. Este trabajo continuaba y ampliaba las ideas expresadas en el «Resumen de la dinámica química», que adquirió un sentido completamente independiente. Poco después de «El equilibrio químico en sistemas de gases y soluciones diluidas», el científico sueco Svante Arrhenius propuso su famosa teoría de la disociación electrolítica. La aparición de esta teoría está directamente relacionada con los trabajos de Vant-Hoff.
En 1887 W. Ostwald, junto con J. G. Vant-Goff y S. A. Arrhenius fundó en Leipzig la revista internacional «Journal of Physical Chemistry» (Zeitschrift fur phys. Chemie), que alcanzó gran difusión y reconocimiento entre los químicos. Esta revista adquirió gran importancia en el desarrollo y la promoción de nuevas ideas en la química física. Ya en el primer volumen de esta revista aparecieron los artículos más importantes de Want-Hoff y Arrhenius.
Tras la publicación de sus trabajos sobre dinámica y equilibrio químicos, Vant-Goff se convirtió en un nombre muy conocido en el mundo científico. Al mismo tiempo, seguía dedicando mucho tiempo a la enseñanza en la Universidad de Ámsterdam. Además de dar clases, supervisó la investigación en el laboratorio que creó, que acabó atrayendo a un gran número de aprendices y científicos para trabajar bajo la dirección del famoso científico.
Entre 1888 y 1895, Vant-Goff trabajó principalmente en el desarrollo de ideas anteriores, sobre todo en el campo de la teoría de soluciones. Al mismo tiempo, publicó varios artículos sobre estereoquímica y termodinámica. De gran interés es su artículo «Sobre las soluciones sólidas y sobre la determinación del peso molecular en los sólidos», en el que Vant-Goff intentó demostrar que las regularidades que había obtenido para las soluciones líquidas podían aplicarse en algunos casos también a las mezclas sólidas. Con este artículo, Vant-Goff sentó las bases de la teoría de las soluciones sólidas, que desarrolló posteriormente.
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Trabajo en la Universidad de Berlín
A mediados de la década de 1890, las obligaciones docentes empezaban a pesar sobre Wann Goff. Deseoso de asegurarse un entorno cómodo para la investigación, en 1895 aceptó una oferta muy honorable de la Academia de Ciencias de Berlín y de la Universidad de Berlín para ocupar el puesto de profesor universitario sin tener que dar clases. El 30 de enero de 1896 Want-Hoff fue elegido miembro de pleno derecho de la Academia Prusiana de Ciencias.
En marzo de 1896, Wandt-Hoff se trasladó a Berlín, donde inmediatamente comenzó a investigar un nuevo campo: la formación de depósitos naturales de sal de origen oceánico. Se interesó especialmente por la formación de los famosos campos de sal de Stassfurt, cerca de Magdeburgo, y sus mecanismos de formación. Este trabajo fue un audaz intento de utilizar las leyes de la química física para explicar los procesos geoquímicos. El desarrollo de este tema permitió iluminar experimental y teóricamente una de las áreas más importantes de la geología.
Vandt-Hoff llevó a cabo una amplia investigación sobre la formación de depósitos en el depósito de sal de Stassfurt en colaboración con su alumno y amigo de origen ruso Wilhelm Meierhoffer. Era un científico de gran talento e independiente que había trabajado anteriormente en el equilibrio de la sal y era muy original también en sus puntos de vista teóricos.
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Los últimos años de vida, la muerte
En 1896 Meyerhoffer, junto con Want-Hoff, estableció un pequeño laboratorio privado en Berlín, donde se llevó a cabo la mayor parte de la investigación sobre los yacimientos de Stassfurt. El trabajo duró unos 10 años y los resultados se publicaron en informes de la Academia Prusiana de Ciencias. Se publicaron un total de 52 artículos. La investigación sobre la formación de depósitos de sal oceánica y los resultados obtenidos son de gran importancia en geología y mineralogía, así como en química. Han constituido la base de un amplio abanico de investigaciones llevadas a cabo en este campo hasta la actualidad.
En 1901. Vant-Goff fue el primer químico en recibir el Premio Nobel «en reconocimiento a la gran importancia del descubrimiento de las leyes de la dinámica química y la presión osmótica en las soluciones».
La colaboración entre Vant-Goff y Meyerhoffer, que duró diez años, fue muy fructífera. Pero en 1905 se interrumpió repentinamente por la grave enfermedad de Meyerhoffer. El 21 de abril de 1906 murió Meyerhoffer. Vant-Goff se tomó muy a pecho la muerte de su amigo y colaborador. Para entonces, él mismo empezó a sentirse mal: había signos de una grave enfermedad pulmonar: la tuberculosis.
Vant-Goff no quería rendirse. Buscaba un nuevo campo para la investigación sistemática exhaustiva. A finales de 1905, decidió dedicarse al estudio de la acción sintética de las enzimas. Con su amplia experiencia en la investigación de la estereoquímica y la presión osmótica, el científico quería ahora abordar cuestiones de bioquímica.
Sin embargo, una enfermedad progresiva frustró sus intenciones. Hubo que interrumpir la investigación prevista. Sus últimos años se vieron ensombrecidos por la pérdida de varias personas cercanas a él: familiares y colegas.
El 15 de diciembre de 1910. Vant-Goff finalmente cayó enfermo. Sus intentos de volver al trabajo unas semanas después resultaron inútiles. El 1 de marzo de 1911 falleció.
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Estereoquímica
Vant-Goff es uno de los fundadores de la estereoquímica. Su folleto «Propuesta para representar en el espacio las fórmulas estructurales utilizadas actualmente y la correspondiente observación sobre la relación entre la rotatividad óptica y la constitución química de los compuestos orgánicos», publicado en 1874 en neerlandés y traducido posteriormente al alemán y al francés, fue duramente criticado por los químicos de renombre de la época. Sin embargo, con el tiempo, las ideas que Vant-Goff expuso en este panfleto se generalizaron.
Vant-Goff sugirió que el átomo de carbono cuádruple podía representarse como un tetraedro. Basándose en esta idea, el científico sugirió que la aparición de la rotatividad óptica de las moléculas podría deberse a la presencia de un átomo de carbono asimétrico (un átomo de carbono unido a cuatro sustituyentes diferentes). Esta suposición es la idea más importante de la teoría estereoquímica. Posteriormente, se han realizado muchos experimentos para confirmar esta idea.
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Química física
En 1884, Vant-Goff publica su libro Ensayos sobre dinámica química. La aparición de este libro marca el nacimiento de la química física propiamente dicha. Vannt-Goff utilizó por primera vez los principios de la termodinámica y los métodos matemáticos en su tratamiento de los procesos químicos. Cuando comenzó a trabajar en el libro, Vant-Goff se dio cuenta de que tendría que recurrir a los hechos aislados, dispares y escasos establecidos por sus predecesores para proporcionar un marco básico para la descripción cuantitativa del proceso químico.
En esta obra, Vant-Goff formula el concepto de «transformación molecular» y, basándose en las ideas de la cinética molecular, ofrece una clasificación de dichas transformaciones en función del número de moléculas que intervienen en la reacción. Introduce los conceptos de constante de velocidad de reacción, reacciones mono, di y trimoleculares y formula la importante afirmación: «El curso de una transformación química se caracteriza exclusivamente por el número de moléculas que interactúan en la transformación».
A partir de ejemplos concretos de reacciones, Vant-Goff identifica las regularidades de las reacciones monomoleculares, bimoleculares y multimoleculares y ofrece expresiones para sus velocidades en forma de la conocida fórmula:
dcdt=kcn{{displaystyle dcdt=kc^{n}}
donde c{{displaystyle c} es la concentración de los reactivos, n{displaystyle n} es el número de moléculas involucradas en la reacción (n{displaystyle n} = 1 para monomolecular, n{displaystyle n} = 2 para bimolecular, etc.), k{displaystyle k} – es la constante de velocidad de reacción.
Vant-Goff analiza la influencia de la forma y el tamaño de los recipientes de reacción en el curso de las reacciones, las formas de seleccionar un medio adecuado y el efecto de las paredes de los recipientes. En particular, ofrece los resultados de los experimentos sobre el efecto de recubrir las paredes interiores del aparato (por ejemplo, con aceite). También ofrece una visión general de las formas y métodos para determinar el número de moléculas que intervienen en la transformación química.
Vant-Goff también considera el efecto de la temperatura en la transformación química. En particular, utilizando la reacción reversible N2O4↽–⇀2NO2{{displaystyle {ce {N2O4 <=> 2 NO2}} deriva la conocida ecuación que relaciona la temperatura con las constantes de velocidad de las reacciones k′{displaystyle k»} directas y k″{displaystyle k»»} inversas:
dlnk′dT-dlnk″dT=q2T2{displaystyle dln k»dT-dln k»»dT=q2T^{2}}
donde q{{displaystyle q} es el número de calorías liberadas cuando una unidad de la segunda sustancia se convierte en la primera a volumen constante.
A partir de los datos obtenidos, Vant-Goff analiza detenidamente los distintos casos de equilibrio químico. Vannt-Goff señala la estrecha relación entre las tasas de transformación y el equilibrio. Ve el equilibrio como el resultado de dos reacciones opuestas que proceden a ciertas velocidades y llega a otra fórmula importante:
dlnk′dT-dlnk″dT=dlnKdT=q2T2{displaystyle dln k»dT-dln k»»dT=dln KdT=q2T^{2}}.
donde K=k′k″{ muestra K=k»k»}. De este modo, relaciona la constante de equilibrio con las constantes de velocidad de la reacción directa e inversa.
En 1886 se publicó una obra de Vant-Goff titulada Chemical Equilibrium in Systems of Gases and Dilute Solutions. El objetivo principal de este trabajo era intentar establecer angiologías en las leyes que describen el comportamiento de los sistemas gaseosos y las soluciones.
Vant-Goff consideró la relación de la presión osmótica con otros parámetros físico-químicos. Al describir el aparato de Pfeffer y su método propuesto para hacer tabiques semipermeables, Vant-Goff expuso la importante idea de la reversibilidad de los cambios en la presión osmótica. Utilizando las nociones de tabiques semipermeables fue posible realizar procesos circulares reversibles para las soluciones y establecer así una analogía entre los gases y las soluciones. Así, se hizo evidente que las leyes del estado gaseoso son aplicables también a la descripción de la presión osmótica en soluciones diluidas.
Vant-Goff demostró teórica y experimentalmente la aplicabilidad de las leyes de Boyle y Gay-Lussac y la fórmula de Clapeyron a las soluciones diluidas. A partir de ahí, Vannt-Goff llegó a la conclusión de que el principio de Avogadro es también bastante aplicable a las soluciones diluidas y que las soluciones isotónicas deben ser equimoleculares.
Para las soluciones diluidas, Vant-Goff calculó el valor de la constante de los gases R{{displaystyle R} en la ecuación de Clapeyron. El valor de R que obtuvo a partir de las mediciones de la presión osmótica se acercó al valor obtenido para los gases ideales. Sin embargo, en algunos casos (soluciones de ácidos minerales y sales) el valor de la constante de los gases era diferente. Por lo tanto, Vannt-Goff reescribió la ecuación de Clapeyron en la forma
PV=iRT{i}
donde P{{displaystyle P} es la presión; V{{displaystyle V} es el volumen; T{{displaystyle T} es la temperatura; R{displaystyle R} es la constante de los gases, que tiene el mismo valor que para los gases; i{displaystyle i} es un factor de corrección cercano a uno y que depende de la naturaleza de la sustancia a la que se aplica la ecuación (VanT-Goff llamó a este factor «factor de actividad»).
Además, Vant-Goff ha demostrado que
i=5,6mΔ{Ndirección de la pantalla i=5,6mNDelta }
donde m{displaystyle m} es la masa molecular de la sustancia; Δ{displaystyle Delta } es la cantidad en la que la presencia de la sustancia (1 : 100) reduce la presión de vapor del agua. Vant-Goff sugirió otras formas de determinar el coeficiente i{i}, por ejemplo, mediante constantes crioscópicas o ebulloscópicas. Así, Vant-Goff propuso un método para determinar el peso molecular de una sustancia basado en las propiedades físicas de su solución.
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Saldos de sal
Junto con su amigo Wilhelm Meyerhoffer, Vant-Goff llevó a cabo una amplia investigación sobre la formación de los depósitos de sal de Stassfurth. Estos sedimentos son de origen marino. El análisis químico de los depósitos de Stassfurth ha demostrado que su composición química es bastante compleja. Se componen principalmente de cloruros, sulfatos y boratos de sodio, potasio, magnesio y calcio.
Con Meyerhoff, Vant-Goff descubrió que la temperatura era el principal factor en la formación de depósitos de sal. En algunos casos, el tiempo también juega un papel importante. Algunas de las transformaciones realizadas por los investigadores duraron varios meses. El efecto de la presión en la cristalización de las sales de las soluciones multicomponentes ha resultado ser insignificante.
Como resultado de estos estudios se ha demostrado que algunos minerales no podrían formarse a 25°C. Así, las mezclas de kieserita (MgSO4⋅H2O{{displaystyle {ce {MgSO4*H2O}}) y silvina (KCl{{displaystyle {ce {KCl}}) con una mezcla de cloruro de sodio formado a partir de carnallita (KCl⋅MgCl2⋅6H2O{displaystyle {ce {KCl*MgCl2*6H2O}}) y kieserita, sólo podría liberarse a temperaturas mucho más altas. A pesar de las dudas sobre la posibilidad de deposición de sales a temperaturas superiores a 70 °C, las comparaciones de la composición de los minerales en los sedimentos revelaron que su formación se produjo en dos intervalos de temperatura: a 25 °C y a 83 °C.
Se han obtenido varios minerales sintéticos, tanto los que contienen los sedimentos de Stassfurt como los que no, mediante la determinación de las temperaturas de transformación en dichas mezclas complejas.
En 1970, un cráter de la Luna recibió el nombre de Jakob Hendrik van Goff.
Uno de los minerales sintéticos que Vanthoffite, Na5Mg(SO4)4{displaystyle {ce {Na5Mg(SO4)4}, fue nombrado en honor al gran científico, Vanthoffite.
Fuentes
