ПЕРВЫЙ НОБЕЛЕВСКИЙ ЛАУРЕАТ

В 1901г. за открытие законов химической динамики и осмотического давления первую Нобелевскую премию по химии получил Якоб Генрих Вант-Гофф. Этой наградой была отмечена важность молодой области науки — физической химии.

         Нидерландский химик Якоб Хендрик Вант-Гофф (Henry van 't Hoff) родился 30 августа 1852 года в Роттердаме в семье Алиды Якобы (Колф) Вант-Гофф и Якоба Хендрика Вант-Гоффа, врача и знатока Шекспира. У Якоба было четыре брата и две сестры. Он был третьим по счёту ребёнком. Двое из братьев погибли в младенческом возрасте, а одна из сестер умерла от туберкулеза в возрасте восьми лет.

         Уже в начальной школе учителя обратили внимание на его способности в музыке и поэзии. В дальнейшем он проявил замечательные способности к естественным наукам. 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 прошёл трехлетнюю программу обучения и лучше всех сдал выпускной экзамен. Там же он увлекся философией, поэзией (особенно произведениями Джорджа Байрона) и математикой, интерес к которым пронёс через всю жизнь.

В 1871 году он стал студентом естественно-математического факультета Лейденского университета, куда за успехи в учёбе был принят без экзаменов.

             В 1872-1874 г.г. Вант-Гофф совершенствовал своё образование в Боннском университете у Фридриха Августа Кекуле. Кекуле сразу обратил внимание на выдающееся трудолюбие Вант-Гоффа, однако вскоре между профессором и практикантом 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 внёсших 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 учёного, профессор после недолгого диалога сказал: «Удостоверение вы получите и очень хорошее». Действительно, 17 июня 1873 года Вант-Гофф получил от Кекуле своё удостоверение. Кроме того, профессор посоветовал молодому учёному продолжить свои исследования в каком-нибудь другом университете. 

         В Высшей медицинской школе в Париже у Ш. Вюрца он завершил работу над диссертацией. Вернувшись в Нидерланды, он представил её к защите в Утрехтском университете.

         В 1874 году Вант-Гофф защитил диссертацию, посвящённую исследованию некоторых органических кислот, и стал доктором математики и натурфилософии. Однако в университетах Голландии ему не нашлось места для работы. Даже в должности учителя химии было отказано. В течение двух лет он давал частные уроки по химии и физике, 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.

           Вант-Гофф в 1878 году женился на дочери роттердамского купца Женни (Иоганне) Франсине Меес, которую он давно любил. У них было две дочери и два сына. С ней он прожил до конца своих дней. Жена всегда была рядом с ним. Она успевала заниматься не только домом и детьми, но и сумела создать своему мужу настоящую творческую атмосферу.

Поиски Вант-Гоффом наиболее общих закономерностей были отражены в его большой работе «Воззрения на органическую химию». Но вскоре учёный перешёл к изучению химической динамики. Свои взгляды по этому вопросу он изложил в книге «Очерки по химической динамике».

В 1874 г. Вант-Гофф пришёл к выводу, что все соединения, содержащие асимметрический атом углерода, должны расщепляться на оптические антиподы. Он доказал, что всякое углеродистое соединение, которое вызывает в растворе отклонение плоскости поляризации, обладает асимметрическим атомом углерода, и что производные оптически активных соединений теряют вращательную способность, когда исчезает асимметрия у всех атомов углерода.

Эти основные положения о пространственном расположении атомов в молекулах легли в основу стереохимии. Стереохимия же породила пространственную модель молекулы.

В 1874 г. Вант - Гофф опубликовал брошюру о пространственном расположении атомов. Его ожидания, что по этому поводу возникнут дискуссии, не оправдались. Положение изменилось спустя два года, когда известный химик И.Вислиценус перевёл эту работу на немецкий язык. Прочитав эту работу, известный немецкий химик Герман Кольбе выступил с резкой критикой. «Стало уже приметой времени, - писал он, - что современные химики считают себя в состоянии всему дать объяснение, и если для этого недостаточно имеющихся опытных данных, то они хватаются за сверхъестественные объяснения». По мнению Кольбе, таких учёных «следовало бы исключить из рядов настоящих учёных и причислить к лагерю натурфилософов, совсем немногим отличающихся от спиритов». Г. Кольби писал: «Некому доктору Вант- Гоффу, работающему в ветеринарном училище, очевидно, не по вкусу точные химические исследования. Он счёл более приятным сесть на крылатого коня Пегаса (вероятно, взятого напрокат из ветеринарного училища) и поведать миру то, что узрел с химического Парнаса в своём смелом полёте, - о расположении атомов в пространстве ... Поражает, как почти неизвестные химики берутся так уверенно судить о высочайшей проблеме химии».

Критика сыграла противоположную роль и Вант-Гофф, следуя своему кумиру Байрону, мог сказать: "Однажды утром я проснулся знаменитостью". Вант—Гоффу была предложена должность преподавателя в Амстердамском университете.

Вант-Гофф отличался редкой работоспособностью, он обычно работал по 12-14 часов в сутки.

В отличие от большинства химиков своего времени Вант-Гофф имел основательную математическую подготовку. Она пригодилась учёному, когда он взялся за сложную задачу изучения скорости реакций и условий, влияющих на химическое равновесие. Вант-Гофф математическим путём подтвердил принцип подвижного равновесия, высказанный до него Ле Шателье и развитый Брауном. Результаты были опубликованы в книге "Очерки по химической динамике", которая по достоинству была оценена в рецензии Сванте Аррениуса и является одной из самых значительных книг в истории химии.

      Вант-Гоффом были созданы или значительно расширены: химическая кинетика, термодинамика химических реакций, теория разбавленных растворов и учение о равновесиях в водно-солевых системах. Основываясь на исследованиях Н.Менщуткина, он установил, что скорость реакции в случае если превращение испытывает только одна молекула, пропорциональна концентрации реагирующего вещества, а в случае если в реакции участвуют 2 или 3 молекулы,- произведению их концентраций. 

          Вант-Гоффу принадлежит одно из основных уравнений химической термодинамики, которое выражает зависимость константы равновесия от температуры реакции и показывает, что эта зависимость определяется тепловым эффектом реакции. Вант-Гофф установил, что при повышении температуры на 10 °С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа). Вывел одно из основных уравнений химической термодинамики - уравнение изохоры, выражающее зависимость константы равновесия от температуры и теплового эффекта, а также уравнение химической изотермы, выражающее зависимость химического сродства от константы равновесия реакции при постоянной температуре.

        Он вывел формулу, выражающую константу равновесия через изменение свободной энергии (энергии Гиббса). Тем самым закон действующих масс для химического равновесия получил термодинамическое обоснование.

Осмотическая теория растворов Вант-Гоффа по существу представляет собой приложение законов газового состояния к растворам. Он установил, что осмотическое давление раствора пропорционально концентрации растворённого вещества.

Вант-Гофф связал воедино наблюдения, относящиеся к осмотическому давлению, давлению пара над раствором, зависимость точки замерзания и точки кипения растворов от концентрации. Им было установлено, что осмотическое давление равно давлению, которое производило бы растворённое вещество, находясь в газообразном состоянии при той же температуре в объёме, равном объёму раствора. Однако оказалось, что электролиты производят более высокое осмотическое давление, чем можно ожидать на основе их молекулярной массы. Для учёта этого Вант-Гофф ввёл в газовую формулу эмпирический коэффициент. Впоследствии С. Аррениус пришёл к выводу, что этот коэффициент указывает на степень диссоциации растворённого вещества. В 1890 г. Вант-Гофф распространил свои представления о растворах также и на твёрдые тела, введя новое понятие - твёрдые растворы.

В 1886 г. появилась выдающаяся в истории учения о химическом равновесии и растворах работа Вант-Гоффа "Химическое равновесие в системах газов и разведённых растворов". В ней он показал, что между явлениями растворения и испарения существует глубокая аналогия. Чистая вода или разведённый раствор играют роль пустоты и разреженного пространства для растворённого вещества, которое стремится занять по возможности больший объём. Если это так, то должно обнаружиться осмотическое давление на перегородку, помещённую между раствором и водою. В связи с этим родилась мысль применить законы газообразного состояния к разбавленным растворам.

       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 учёному 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.

          В 1896г. Вант-Гофф по приглашению Макса Планка и Эмиля Фишера переезжает с семьёй в Берлин, где его избрали членом Берлинской Академии наук и почётным профессором Берлинского университета.

Для Вант-Гоффа была создана специальная исследовательская лаборатория в Академии наук. Он получил полную свободу действий. Единственной его обязанностью была лекция продолжительностью всего один час, и только раз в неделю. Его научные интересы в этот период связаны с вопросами солеобразования при испарении морской воды.

Вант - Гофф не был блестящим лектором, но это был человек, мыслящий крупными и глубокими критериями, способный на большие обобщения, чьи идеи оказали огромное влияние на развитие химии не только при его жизни, но и в последующие годы.

К 70-ым годам 19-го века была подготовлена почва для создания и обоснования принципа подвижного равновесия. Заслуга в этом принадлежит В. Гиббсу, Я. Вант-Гоффу и А. Ле Шателье. "Великая проблема химического равновесия привлекла моё внимание,- вспоминал Вант-Гофф. - Равновесные химические процессы приобрели огромное значение для химии, во - первых, благодаря их общности, во-вторых, благодаря простоте применения к этим явлениям плодотворных и строгих принципов термодинамики. Тут, следовательно, является область, где данные физики, химии и математики могут дополнять друг друга, как нигде в другом месте".

   Представления, идеи и взгляды Вант-Гоффа сыграли большую роль в разработке основ современной минералогии, а также для развития биологии.

     Работая в Берлине, Вант-Гофф занялся применением физической химии для решения геологических проблем, в частности при анализе океанических соляных отложений в Стасфурте.  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.  Вместе с Мейергоффером, родившимся в России, он 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 и сильвина  с примесью хлорида натрия, образующиеся из карналлита 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. 

         При определении температур превращений в таких сложных смесях было получено несколько синтетических минералов, как содержащихся в Стассфуртских отложениях, так и не содержащихся в них. Один из синтетических минералов, полученных во время работы Вант-Гоффа с Мейергоффером на Стассфуртском солевом месторождении, был назван в честь великого учёного — вантгоффит.

         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 1890 г. Вант-Гофф распространил свои представления о растворах также и на твёрдые тела, введя новое понятие — твёрдые растворы.

         Учёный был в Америке, когда узнал, что получил первую Нобелевскую премию по химии «в знак признания огромной важности открытия им законов химической динамики и осмотического давления в растворах».

        10 декабря 1901 года в Стокгольме собрались выдающиеся учёные мира. Торжественная церемония в празднично освещенном зале Шведской Академии наук была действительно незабываема.

      Вечером на банкете Вант-Гофф получил возможность выразить свою сердечную благодарность за большую честь, которой его удостоили, Комитету по Нобелевским премиям в области химии и лично его председателю, профессору П. Клеве. Представляя учёного от имени Шведской королевской академии наук, С.Т.Однер назвал учёного основателем стереохимии и одним из создателей учения о химической динамике, а также подчеркнул, что исследования Вант-Гоффа «внесли значительный вклад в замечательные достижения физической химии». В последующие дни, согласно требованиям Нобелевского комитета, награжденные должны были выступить с сообщениями о научных достижениях, за которые им была присуждена премия. Вант-Гофф в своей лекции говорил о теории растворов.

       Учёный продолжал работать, но давняя тяжелая болезнь помешала Вант-Гоффу глубже изучить синтетическое действие ферментов в живом растительном организме.

        В историю науки Вант-Гофф вошёл как один из основателей стереохимии, учения о химическом равновесии и химической кинетике, осмотической теории растворов и химической геологии. Через всю свою жизнь Вант-Гофф пронёс живой интерес к философии, природе, поэзии.

   Награды и почётные звания Вант-Гоффа: Нобелевская премия по химии (1901), медаль Дэви Лондонского королевского общества (1893), медаль Гельмгольца Прусской академии наук (1911); член Нидерландской королевской академии наук, иностранный член Лондонского королевского общества (1897), член Прусской академии наук, член Британского химического общества, член Американского химического общества, член Американской Национальной академии наук (1901), член Французской академии наук; учёные степени Чикагского, Гарвардского и Йельского университетов.

     В 1896 г. Мейергоффер вместе с Вант-Гоффом основал небольшую частную лабораторию в Берлине, где и была выполнена основная масса исследований, посвящённых Стассфуртским месторождениям. Работы продолжались около 10 лет и полученные результаты публиковались в докладах Прусской академии наук. 

         Совместная работа Вант-Гоффа и Мейергоффера, продолжавшаяся в течение десяти лет, была исключительно плодотворной. Но в 1905 г. она внезапно прервалась из за серьёзной 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: в начале 1907 года появились признаки тяжёлого лёгочного заболевания — туберкулёза.

          Последние годы жизни Вант-Гоффа были омрачены смертями его родных и близких: в 1902 году умер его отец, через шесть лет застрелился муж дочери Евгении. Вскоре после этого умер младший брат, другая дочь уехала в США.

        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 от туберкулёза лёгких в больнице в Стеглице (теперь это часть Берлина). Его старший брат, врач, писал впоследствии: "Переход от жизни к смерти был тихий, совершенно соответствующий тому единственному желанию, которое он высказывал в моменты сознания".

Вант-Гофф ввёл в науку положения, позволившие с новых позиций рассматривать строение химических соединений. Представление, согласно которому в молекуле метана четыре атома водорода равномерно распределены в пространстве и поэтому можно говорить о тетраэдрической форме молекулы, возвращает нас к взглядам Кекуле. В предложенной Вант-Гоффом модели четыре валентности атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится этот атом. Используя такую модель, Вант-Гофф предположил, что за счёт 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».

Рассказывают, что…

• История нобелевской премии. Присуждение первых Нобелевских премий состоялось в 1901 г. Премией по химии был отмечен Я.Г. Вант - Гофф, по физике - В. Рентген.

Альфред Нобель родился в Стокгольме в 1833 г. До 1859 г. работал на заводе своего отца в Петербурге, а затем в Стокгольме. Там он и начал заниматься взрывчатыми веществами. При взрыве первого завода погиб его младший брат. Отец, переживая смерть сына, перенёс апоплексический удар и остался парализованным (он умер в 1872 г.). Альфред Нобель не был женат. Нобель был заядлым пацифистом, что не помешало ему сколотить внушительный капитал на торговле оружием и изобретении динамита. Он считал, что само наличие опасного оружия должно запугивать противника, предотвращая войны, теракты и кровопролития.

Прозрение было болезненным. Когда газеты раньше срока похоронили Альфреда Нобеля, спутав его с умершим в Санкт-Петербурге братом Людвигом, его сильно удивили утренние заголовки: "Продавец смерти", "Кровавый богач", "Динамитный король".

Чтобы не войти в историю миллионером на крови, Альфред Нобель за два года до смерти почти всё своё состояние (32 млн. шведских крон) завещал фонду, названному его именем. Из доходов акционерного общества, производящего взрывчатые вещества, должны были отчисляться определённые суммы и вкладываться в акции. Ежегодно проценты должны были расходоваться на пять премий для лиц, чья деятельность за прошедший год принесла человечеству наибольшую пользу в области физики, химии, медицины, литературы и мира. Первые четыре из этих премий присуждают Королевская Академия наук, Королевский медико-хирургический институт и Шведская академия. Премией мира награждает комитет из пяти человек, избираемый норвежским парламентом (стортингом). Нобелевская премия - наивысшая научная награда в международном масштабе.

Эта премия - покаяние Нобеля за то горе, которое причинило человечеству его изобретение динамита.

Умер А. Нобель в 1896 году.