Jacobus van ’t Hoff

Sammanfattning

Jakob Hendrik (30 augusti 1852 (1852-08-30), Rotterdam – 1 mars 1911, Berlin) var en nederländsk kemist, en av grundarna av stereokemi och kemisk kinetik, den förste vinnaren av Nobelpriset i kemi (1901) med formuleringen ”i erkännande av den stora betydelsen av upptäckten av lagarna för kemisk dynamik och osmotiskt tryck i lösningar”.

De första åren

Jacob Hendrik Wann Goff föddes den 30 augusti 1852 i Rotterdam. Hans familj tillhörde en gammal holländsk familj. Jakobs far, Jakob Hendrik Vant-Goff den äldre, var läkare och hans mor, Alida Jakob Kolf, var hemmafru. Han var det tredje barnet i familjen och hade fyra bröder och två systrar.

Vid åtta års ålder gick Jacob i en offentlig skola i närheten av Rotterdam. Det var en skola med en bred läroplan. Där lärde man sig vetenskap, humaniora, främmande språk, teckning och sång. Redan här började den framtida lärda personens enastående förmågor visa sig. Hans största framgångar var inom matematik och fysik.

År 1867, vid femton års ålder, klarade Vant-Goff inträdesproven och gick in i fjärde klassen i en femklassig gymnasieskola i staden. På den här skolan låg fokus på naturvetenskap och matematik. Det var här som den blivande vetenskapsmannen började intressera sig för kemi och började utföra sina första experiment.

Efter avslutad skolgång åkte Jakob 1869 till Delft, där han skrev in sig vid Polytekniska skolan för att avlägga en examen som kemitekniker. Vant-Goff ägnade sig mest åt kemi och matematik. Han studerade hårt, vilket gjorde att han kunde ta examen på två år i stället för tre.

Under sin första semester åker Vant-Goff på praktik. Den utspelade sig i en sockerfabrik i Nord-Brabant. Under praktikperioden arbetade den blivande forskaren med att bestämma sockerkoncentrationer med hjälp av en polarimeter. Han tyckte att detta arbete var tanklöst och monotont, men det var just monotonin och rutinen i processen som väckte en önskan hos honom om en djupare förståelse av kemiska processer.

Studentåren

I oktober 1871 blir Vant-Goff student vid universitetet i Leiden. Han studerar hårt, som han alltid har gjort, och fascineras av poesi och filosofi. Han hade till och med en idé om att helt ägna sig åt poesi. Men hans första försök i den riktningen misslyckas och han återgår till att bli forskningskemist.

Vant-Goff inser snart att han måste flytta till ett annat universitet för att kunna studera modern kemi på allvar. Han flyttar till Bonn och börjar arbeta vid universitetet i Bonn, där Friedrich August Kekule då var professor i kemi.

Efter att ha registrerat sig började Vant-Goff genast med experimentell forskning. Kekule uppmärksammade genast Vant-Goffs utmärkta flit, men det uppstod snart en konflikt mellan professorn och praktikanten, eftersom Kekule ville använda Vant-Goffs kunskaper och förmågor för sin egen forskning. I ett av sina brev till sina föräldrar skrev Vant-Goff:

”En liten diskussion med professor Kekule: han har några nya idéer om kamfer och terpentin och vill använda några laboratorieassistenter för att hantera dem, det vill säga han vill förvandla de få betalda laboratorieassistenterna till obetalda privatassistenter. Jag accepterade inte erbjudandet och tvingades leta efter ett eget ämne att utveckla, och nu när jag är upptagen med detta ämne behandlar professor Kekule mig inte som han gjorde tidigare och fortsätter att anställa nya assistenter.”

Så småningom beslöt Vant-Goff att lämna Kekules laboratorium. Men för att kunna fortsätta sitt arbete behövde han ett intyg från professorn som bekräftade att hans experiment hade lyckats. Fallet avslutades dock på ett säkert sätt. Efter mycket forskning presenterade Wang Goff sina resultat för professorn. Till den unge vetenskapsmannens förvåning sa professorn efter en kort dialog: ”Du kommer att få ett intyg och ett mycket bra sådant.” Vant-Goff fick sitt certifikat av Kekule den 17 juni 1873. Professorn rådde också den unge forskaren att fortsätta sin forskning vid ett annat universitet. Innan han följde hans råd reste Vant-Goff till Utrecht där han den 22 december 1873 klarade doktorsexamen och fick rätt att doktorera.

I januari 1874 reste Vant-Goff till Paris för att fortsätta sin forskning i organisk kemi i Charles Adolphe Wurz laboratorium. Det var i detta laboratorium som Vant-Goff träffade A.R. Genninger och J.A. Le Bel, som senare blev hans nära vänner. Redan i slutet av oktober 1874 återvände Vant-Hoff dock till Utrecht efter att ha fått ett intyg från Würtz. Här slutförde han sina studier inom några månader och den 22 december 1874 försvarade han sin doktorsavhandling om syntesen av cyanoättiksyra och malonsyra.

Att komma igång med vetenskapen

Strax före sin doktorsavhandling i september 1874 publicerade han ett litet häfte på nederländska med en lång titel ”Förslag till representation av de för närvarande använda strukturformlerna i rummet och en kommentar i anslutning till detta om förhållandet mellan den optiska rotationsförmågan och den kemiska sammansättningen av organiska föreningar”. Senare, i slutet av 1875, publicerades denna pamflett på tyska, översatt av F. Hermann, en assistent till I. Wisselius.

Medan Vant-Goff förberedde en nyutgåva av artikeln på franska var han upptagen med att hitta arbete. Han hade länge inte haft någon framgång i detta avseende och var tvungen att ge privatlektioner. Först i mars 1876 lyckades han få en tjänst som biträdande professor i kemi vid veterinärhögskolan i Utrecht.

Efter att den tyska utgåvan av Vant-Hoffs pamflett publicerades kunde många forskare läsa den. Vant-Goffs åsikter kritiserades dock plötsligt hårt av etablerade kemister. En av de viktigaste motståndarna till Vincent-Hoffs idéer var M. Bertleau och H. Kolbe. Denne tog sig till och med friheten att uttrycka sig ganska rakt och grovt mot Vant-Goff. I slutet av 70-talet på 1800-talet har dock en stor del av kemisterna erkänt den stereokemiska teorin. Många experiment har bekräftat att den är användbar i praktiken. Dessutom fastställdes senare exakt sambandet mellan molekylers optiska rotationsförmåga och närvaron av en asymmetrisk kolatom i dem.

Arbete vid Amsterdams universitet (1877-1895)

Tack vare rekommendationer från vänner får Vant-Goff den 26 juni 1877 en tjänst som lektor vid Amsterdams universitet. Ett år senare, vid 26 års ålder, blev han professor i kemi, mineralogi och geologi (och senare i fysikalisk kemi). Vant-Goff ägnade de första åren åt att organisera och inrätta ett kemiskt laboratorium. Mellan 1878 och 1884 publicerade han endast ett fåtal artiklar, eftersom han var upptagen med att undervisa och inrätta laboratoriet.

Flytten till Amsterdam var förknippad med en viktig händelse i Vant-Goffs privatliv. År 1878 friade han till Johanna Franzina Mees (dotter till en köpman i Rotterdam), som han länge hade varit kär i. Den 27 december samma år gifte de sig. De fick två döttrar, Johanna Francina (1880) och Aleida Jacob (1882), och två söner, Jacobs Hendrikus (1883) och Govert Jacob (1889). I över 30 år var hans fru hans trogna och älskade vän.

År 1881 publicerade Vant-Goff sin bok ”Insights into Organic Chemistry”, som han började arbeta med medan han fortfarande var i Utrecht. I denna bok försökte forskaren fastställa sambandet mellan ämnenas struktur och deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Försöket var dock inte särskilt lyckat, och hittills har inte många människor känt till boken. För Vant-Goff själv var boken dock en viktig språngbräda. Under arbetet med denna bok kom han fram till problemet med kemisk affinitet, till insikten om betydelsen av kemisk termodynamik och till problemen med kemisk jämvikt och hastigheten på kemiska reaktioner. Från och med denna tidpunkt kan Vant-Goff anses ha blivit involverad i fysikalisk kemi.

År 1884 publicerades Vant-Goffs mest kända bok, Essays on Chemical Dynamics. När denna bok kom ut var den fysiska kemins födelse. Vant-Goff var den förste som i stor utsträckning använde termodynamikens principer och matematiska metoder för att analysera och förklara observerbara kemiska processer. I en mycket liten bok presenterade Vant-Goff i koncentrerad form ett stort och mycket viktigt bidrag till förståelsen av kemiska reaktioners natur och mekanism. Trots detta väckte boken till en början ingen reaktion i den kemiska världen. Det var inte bara kemisterna som inte märkte att boken fanns i boken, utan vissa av bokens idéer visade sig också vara obegripliga för dem.

Ett år senare, den 14 oktober 1885, lämnade Vant-Goff in en ny teoretisk uppsats för publicering med titeln ”Chemical equilibria in systems of gases and dilute solutions”, som publicerades 1886. Denna uppsats fortsatte och utvidgade de idéer som uttrycktes i ”Summary of Chemical Dynamics”, som fick en helt självständig innebörd. Strax efter ”Kemisk jämvikt i system av gaser och utspädda lösningar” kom den svenske vetenskapsmannen Svante Arrhenius med sin berömda teori om elektrolytisk dissociation. Uppkomsten av denna teori är mest direkt kopplad till Vant-Hoffs arbete.

År 1887 tog W. Ostwald, tillsammans med J. G. Vant-Goff och S. A. Arrhenius grundade den internationella tidskriften ”Journal of Physical Chemistry” (Zeitschrift fur phys. Chemie) i Leipzig, som blev allmänt spridd och erkänd bland kemister. Tidskriften fick stor betydelse för utvecklingen och främjandet av nya idéer inom fysikalisk kemi. Redan i den första volymen av denna tidskrift publicerades de viktigaste artiklarna av Want-Hoff och Arrhenius.

Efter att ha publicerat sitt arbete om kemisk dynamik och jämvikt blev Vant-Goff ett känt namn i den vetenskapliga världen. Samtidigt undervisade han fortfarande mycket vid Amsterdams universitet. Förutom att föreläsa övervakade han forskningen i det laboratorium han inrättade, vilket så småningom lockade ett stort antal praktikanter och forskare att arbeta under ledning av den berömde forskaren.

Mellan 1888 och 1895 arbetade Vant-Goff huvudsakligen med att utveckla tidigare idéer, främst inom lösningsteorin. Samtidigt publicerade han flera artiklar om stereokemi och termodynamik. Av stort intresse är hans artikel ”On solid solutions and on the determination of molecular weight in solids”, där Vant-Goff försökte visa att de regelbundenheter som han hade fått för flytande lösningar i vissa fall också kunde tillämpas på fasta blandningar. Med denna artikel lade Vant-Goff grunden för teorin om fasta lösningar, som han senare utvecklade.

Arbete vid universitetet i Berlin

I mitten av 1890-talet började undervisningen tynga Wann Goff. För att kunna garantera sig bekväma villkor för forskning accepterade han 1895 ett mycket hedervärt erbjudande från Berlins vetenskapsakademi och Berlins universitet om att bli universitetsprofessor utan att behöva hålla föreläsningar. Den 30 januari 1896 valdes Want-Hoff till fullvärdig medlem av Preussiska vetenskapsakademin.

I mars 1896 flyttade Wandt-Hoff till Berlin, där han genast började forska på ett nytt område – bildandet av naturliga saltlager av oceaniskt ursprung. Han var särskilt intresserad av bildandet av de berömda saltfälten i Stassfurt nära Magdeburg och deras bildningsmekanismer. Detta arbete var ett djärvt försök att använda fysikaliska kemilagar för att förklara geokemiska processer. Utvecklingen av detta ämne gjorde det möjligt att experimentellt och teoretiskt belysa ett av de viktigaste områdena inom geologin.

Vandt-Hoff utförde omfattande forskning om bildandet av avlagringar i saltlagret i Stassfurt i samarbete med sin ryskfödde elev och vän Wilhelm Meierhoffer. Han var en mycket begåvad och oberoende vetenskapsman som tidigare hade arbetat med saltjämvikter och var mycket originell även i sina teoretiska åsikter.

Livets sista år, döden

År 1896 inrättade Meyerhoffer tillsammans med Want-Hoff ett litet privat laboratorium i Berlin, där huvuddelen av forskningen om Stassfurtfyndigheterna utfördes. Arbetet pågick i cirka 10 år och resultaten publicerades i rapporter från Preussiska vetenskapsakademin. Totalt 52 artiklar publicerades. Forskningen om bildandet av saltförekomster i havet och de resultat som erhållits är av stor betydelse för geologi, mineralogi och kemi. De har utgjort grunden för en bredare forskning som bedrivits på detta område fram till i dag.

År 1901. Vant-Goff var den första kemist som fick Nobelpriset ”som ett erkännande av den stora betydelsen av upptäckten av lagarna för kemisk dynamik och osmotiskt tryck i lösningar”.

Samarbetet mellan Vant-Goff och Meyerhoffer, som varade i tio år, var mycket givande. Men 1905 avbröts den plötsligt av Meyerhoffers allvarliga sjukdom. Den 21 april 1906 dog Meyerhoffer. Vant-Goff tog sin vän och medarbetare hårt på dödsfallet. Vid den här tiden började han själv må dåligt: det fanns tecken på en allvarlig lungsjukdom – tuberkulos.

Vant-Goff ville inte ge upp. Han letade efter ett nytt område för omfattande systematisk forskning. I slutet av 1905 bestämde han sig för att ägna sig åt att studera enzymernas syntetiska verkan. Med sin omfattande erfarenhet av stereokemi och forskning om osmotiskt tryck ville forskaren nu ta sig an biokemiska frågor.

En progressiv sjukdom motverkade dock hans avsikter. Planerad forskning måste avbrytas. Hans sista år överskuggades av förlusten av flera personer som stod honom nära – släktingar och kollegor.

Den 15 december 1910. Vant-Goff blev slutligen sjuk. Några veckor senare försökte han återgå till arbetet utan framgång. Han dog den 1 mars 1911.

Stereokemi

Vant-Goff är en av grundarna av stereokemin. Hans pamflett ”Förslag om att representera de nuvarande strukturformlerna i rymden och den tillhörande anmärkningen om förhållandet mellan optisk rotationsförmåga och organiska föreningars kemiska sammansättning”, som publicerades 1874 på nederländska och därefter översattes till tyska och franska, kritiserades hårt av tidens kända kemister. Med tiden blev dock de idéer som Vant-Goff lade fram i sin pamflett allmänt spridda.

Vant-Goff föreslog att den fyrdubbla kolatomen kunde representeras som en tetraeder. Baserat på denna idé föreslog forskaren att uppkomsten av optisk rotationsförmåga hos molekyler kan bero på att det finns en asymmetrisk kolatom (en kolatom som är bunden till fyra olika substituenter). Detta antagande är den viktigaste idén i den stereokemiska teorin. Därefter har många experiment genomförts för att bekräfta denna idé.

Fysikalisk kemi

1884 publicerar Vant-Goff sin bok Essays on Chemical Dynamics. När denna bok kom ut var det själva fysikalisk kemi som föddes. Vannt-Goff använde i huvudsak termodynamikens principer och matematiska metoder för första gången i sin behandling av kemiska processer. När han började arbeta med boken insåg Vant-Goff att han skulle behöva använda sig av de isolerade, olikartade och få fakta som hans föregångare hade fastställt för att skapa en grundläggande ram för en kvantitativ beskrivning av den kemiska processen.

I detta arbete formulerar Vant-Goff begreppet ”molekylär omvandling” och ger, baserat på molekylärkinetiska idéer, en klassificering av sådana omvandlingar enligt antalet molekyler som deltar i reaktionen. Han introducerar begreppen reaktionshastighetskonstant, mono-, di- och trimolekylära reaktioner och formulerar det viktiga påståendet: ”Förloppet av en kemisk omvandling kännetecknas uteslutande av antalet molekyler som interagerar i omvandlingen”.

Med hjälp av konkreta exempel på reaktioner identifierar Vant-Goff regelbundenheterna i mono-, bi- och multimolekylära reaktioner och ger uttryck för deras hastigheter i form av den välkända formeln:

dcdt=kcn{displaystyle dcdt=kc^{n}}

där c{displaystyle c} är koncentrationen av reaktanterna, n{displaystyle n} är antalet molekyler som deltar i reaktionen (n{displaystyle n} = 1 för monomolekylär, n{displaystyle n} = 2 för bimolekylär osv.), k{displaystyle k} – är reaktionshastighetskonstanten.

Vant-Goff diskuterar hur form och storlek på reaktionskärlen påverkar reaktionsförloppet, hur man väljer ett lämpligt medium och hur kärlväggarna påverkar. Han redogör särskilt för resultaten av experiment om effekten av att belägga apparatens innerväggar (t.ex. med olja). Han ger också en översikt över sätt och metoder för att bestämma antalet molekyler som är inblandade i den kemiska omvandlingen.

Vant-Goff tar också hänsyn till temperaturens inverkan på den kemiska omvandlingen. Han använder sig av den reversibla reaktionen N2O4↽–⇀2NO2{displaystyle {ce {N2O4 <=> 2 NO2}}}} och härleder den välkända ekvationen som relaterar temperaturen till hastighetskonstanterna för den framåtriktade k′{displaystyle k”} och den bakåtriktade k″{displaystyle k””}-reaktionen:

dlnk′dT-dlnk″dT=q2T2{displaystyle dln k”dT-dln k””dT=q2T^{2}}

där q{{displaystyle q} är antalet kalorier som frigörs när en enhet av det andra ämnet omvandlas till det första ämnet vid en konstant volym.

På grundval av de erhållna uppgifterna analyserar Vant-Goff noggrant de olika fallen av kemisk jämvikt. Vannt-Goff noterar det nära sambandet mellan omvandlingshastighet och jämvikt. Han ser jämvikt som resultatet av två motsatta reaktioner som sker med en viss hastighet och kommer fram till en annan viktig formel:

dlnk′dT-dlnk″dT=dlnKdT=q2T2{displaystyle dln k”dT-dln k””dT=dln KdT=q2T^{2}}

där K=k′k″{displaystyle K=k”k”k”}. På så sätt kopplar han jämviktskonstanten till hastighetskonstanterna för den framåtriktade och omvända reaktionen.

År 1886 publicerades ett arbete av Vant-Goff med titeln Chemical Equilibrium in Systems of Gases and Dilute Solutions. Huvudsyftet med detta arbete var att försöka fastställa angiologier i de lagar som beskriver beteendet hos gasformiga system och lösningar.

Vant-Goff undersökte förhållandet mellan osmotiskt tryck och andra fysikalisk-kemiska parametrar. Genom att beskriva Pfeffers apparat och hans förslag till metod för att göra halvpermeabla skiljeväggar lade Vant-Goff fram den viktiga idén om att förändringar i det osmotiska trycket är reversibla. Med hjälp av begrepp som halvpermeabla skiljeväggar var det möjligt att genomföra reversibla cirkulära processer för lösningar och därmed upprätta en analogi mellan gaser och lösningar. Det blev därför helt uppenbart att gastillståndets lagar också kan tillämpas för att beskriva det osmotiska trycket i utspädda lösningar.

Vant-Goff bevisade teoretiskt och experimentellt att Boyles och Gay-Lussacs lagar och Clapeyronformeln kunde tillämpas på utspädda lösningar. Vannt-Goff drog av detta slutsatsen att Avogadros princip också är tillämplig på utspädda lösningar och att isotoniska lösningar måste vara ekvimolekylära.

För utspädda lösningar beräknade Vant-Goff värdet av gaskonstanten R{displaystyle R} i Clapeyronekvationen. Det R{displaystyle R}-värde som han fick från osmotiska tryckmätningar låg nära det värde som erhölls för ideala gaser. I vissa fall (lösningar av mineralsyror och salter) skiljer sig dock värdet på gaskonstanten åt. Vannt-Goff skrev därför om Clapeyron-ekvationen i följande form

PV=iRT{displaystyle PV=iRT}

där P{displaystyle P} är tryck; V{displaystyle V} är volym; T{displaystyle T} är temperatur; R{displaystyle R} är gaskonstanten, som har samma värde som för gaser; i{displaystyle i} är en korrektionsfaktor som ligger nära ett och som beror på arten av det ämne som ekvationen gäller för (VanT-Goff kallade denna faktor ”aktivitetsfaktor”).

Vant-Goff har också visat att

i=5.6mΔ{displaystyle i=5.6mDelta }

där m{displaystyle m} är ämnets molekylmassa, Δ{displaystyle Delta } är den mängd med vilken närvaron av ämnet (1:100) minskar vattenångtrycket. Vant-Goff föreslog andra sätt att bestämma koefficienten i{displaystyle i}, t.ex. genom kryoskopiska eller ebulloskopiska konstanter. Vant-Goff föreslog därför en metod för att bestämma molekylvikten hos ett ämne baserat på de fysiska egenskaperna hos dess lösning.

Saltbalans

Tillsammans med sin vän Wilhelm Meyerhoffer utförde Vant-Goff omfattande forskning om bildandet av Stassfurth-saltlagren. Dessa sediment är av marint ursprung. Kemisk analys av Stassfurth-fyndigheterna har visat att deras kemiska sammansättning är ganska komplex. De består huvudsakligen av klorider, sulfater och borater av natrium, kalium, magnesium och kalcium.

Tillsammans med Meyerhoff upptäckte Vant-Goff att temperaturen var den viktigaste faktorn för bildandet av salthalterna. I vissa fall spelar även tiden en stor roll. Vissa av de omvandlingar som forskarna genomförde tog flera månader. Tryckets inverkan på kristalliseringen av salter från flerkomponentlösningar har visat sig vara försumbar.

Som ett resultat av dessa undersökningar har det visat sig att vissa mineraler inte kan bildas vid 25 °C. Blandningar av kieserit (MgSO4⋅H2O{displaystyle {ce {MgSO4*H2O}}) och sylvin (KCl{displaystyle {ce {KCl}}}) med en inblandning av natriumklorid som bildas av carnallit (KCl⋅MgCl2⋅6H2O{displaystyle {ce {KCl*MgCl2*6H2O}}) och kieserit, kunde frigöras först vid mycket högre temperaturer. Trots tvivel om att det är möjligt att salter kan avlagras vid temperaturer över 70 °C, visade jämförelser av sammansättningen av mineraler i sedimenten att de bildades i två temperaturintervall – vid 25 °C och 83 °C.

Flera syntetiska mineraler, både de som finns i Stassfurt-sedimenten och de som inte finns där, har erhållits genom att bestämma omvandlingstemperaturerna i sådana komplexa blandningar.

År 1970 uppkallades en krater på månen efter Jakob Hendrik van Goff.

Ett av de syntetiska mineralerna som Vanthoffit, Na5Mg(SO4)4{displaystyle {ce {Na5Mg(SO4)4}}, har fått sitt namn efter den store vetenskapsmannen Vanthoffit.

Källor

  1. Вант-Гофф, Якоб Хендрик
  2. Jacobus van ’t Hoff
Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Ads Blocker Detected!!!

We have detected that you are using extensions to block ads. Please support us by disabling these ads blocker.