Jacobus Henricus van 't Hoff
Obsah boxu
Jacobus Henricus van 't Hoff (* 30. srpna 1852, Rotterdam – 1. března 1911, Steglitz u Berlína) byl nizozemský chemik, který je považován za jednoho ze zakladatelů moderní fyzikální chemie a stereochemie. V roce 1901 se stal historicky prvním nositelem Nobelovy ceny za chemii za objev zákonů chemické dynamiky a osmotického tlaku v roztocích.
🧬 Život a kariéra
🎓 Raná léta a vzdělání
Narodil se v Rotterdamu v Nizozemsku jako třetí ze sedmi dětí lékaře Jacobuse Henricuse van 't Hoffa a Alidy Jacoby Kolffové. Již od mládí projevoval velký zájem o vědu a filozofii, zejména ho fascinovaly životopisy slavných vědců. Navzdory přání svého otce, aby se stal lékařem, se rozhodl pro studium chemie.
V roce 1869 nastoupil na Polytechnický institut v Delftu (dnešní Delftská technická univerzita), kde za dva roky, místo obvyklých tří, získal titul chemického technologa. Následně studoval na Univerzitě v Leidenu a poté odjel do zahraničí, aby se učil od největších chemiků své doby. V Bonnu studoval pod vedením slavného Augusta Kekulého a v Paříži u Charlese-Adolpha Wurtze. Během svého pobytu v Paříži se seznámil s Josephem Achillem Le Belem, s nímž nezávisle na sobě formuloval základy stereochemie.
Doktorát získal v roce 1874 na Univerzitě v Utrechtu pod vedením Eduarda Muldera. Jeho disertační práce se však netýkala jeho revolučních myšlenek o prostorovém uspořádání atomů.
🔬 Akademická dráha
Po získání doktorátu se van 't Hoff stal docentem na Veterinární škole v Utrechtu. Jeho průlomová práce o trojrozměrné struktuře molekul byla zpočátku přijímána s velkou skepsí, zejména ze strany vlivných chemiků, jako byl Hermann Kolbe.
V roce 1878 byl jmenován profesorem chemie, mineralogie a geologie na nově založené Univerzitě v Amsterdamu. Zde strávil osmnáct let a provedl většinu svých klíčových výzkumů v oblasti fyzikální chemie, zejména v chemické kinetice, chemické rovnováze a teorii roztoků. Jeho práce mu přinesla mezinárodní uznání.
Rostoucí administrativní zátěž a povinnosti spojené s výukou ho však stále více odváděly od výzkumu. Proto v roce 1896 přijal nabídku stát se profesorem na prestižní Pruské akademii věd v Berlíně. Tato pozice mu umožnila plně se věnovat vědecké práci bez pedagogických povinností. V Berlíně zůstal až do své smrti v roce 1911. Zemřel na tuberkulózu ve věku 58 let.
🧪 Vědecký přínos
Van 't Hoffův přínos chemii je fundamentální a položil základy hned několika jejím oborům.
🧊 Stereochemie a tetraedrický uhlík
V roce 1874, ještě před získáním doktorátu, publikoval jedenáctistránkový spis, ve kterém navrhl revoluční myšlenku: čtyři vazby atomu uhlíku nesměřují v jedné rovině, jak se tehdy předpokládalo, ale do vrcholů pravidelného čtyřstěnu (tetraedru). Tento model dokázal elegantně vysvětlit jev optické izomerie – existenci molekul, které mají stejný sumární vzorec, ale jsou navzájem svými zrcadlovými obrazy (tzv. enantiomery) a stáčejí rovinu polarizovaného světla na opačné strany.
Tato teorie, kterou nezávisle na něm ve stejném roce publikoval i francouzský chemik Joseph Achille Le Bel, se stala základním kamenem stereochemie, oboru zabývajícího se prostorovým uspořádáním atomů v molekulách.
🔥 Chemická kinetika a rovnováha
Během svého působení v Amsterdamu se van 't Hoff zaměřil na studium rychlostí chemických reakcí a podmínek, za kterých nastává chemická rovnováha. Zavedl moderní terminologii a metody pro popis reakční kinetiky.
Jeho jméno nese Van 't Hoffova rovnice, která kvantitativně popisuje závislost rovnovážné konstanty chemické reakce na teplotě. Tato rovnice má zásadní význam pro chemickou termodynamiku a průmyslovou chemii, protože umožňuje předpovídat, jak změna teploty ovlivní výtěžek reakce.
🌡️ Fyzikální chemie a roztoky
Největší slávu mu přinesla práce o vlastnostech zředěných roztoků, za kterou obdržel Nobelovu cenu. Van 't Hoff ukázal, že osmotický tlak zředěného roztoku se chová analogicky jako tlak ideálního plynu. Zjistil, že molekuly rozpuštěné látky v roztoku vyvíjejí na polopropustnou membránu tlak, který lze popsat rovnicí formálně shodnou se stavovou rovnicí ideálního plynu:
kde je osmotický tlak, je objem, je látkové množství rozpuštěné látky, je molární plynová konstanta a je absolutní teplota.
Pro elektrolyty (látky, které se v roztoku štěpí na ionty, jako např. chlorid sodný) zavedl tzv. Van 't Hoffův faktor i, který koriguje rovnici na skutečný počet částic v roztoku. Tato práce poskytla silnou podporu teorii elektrolytické disociace, kterou ve stejné době rozvíjel Svante Arrhenius.
🏆 Nobelova cena a odkaz
V roce 1901 byl Jacobus Henricus van 't Hoff oceněn první Nobelovou cenou za chemii "jako uznání za mimořádné služby, které prokázal objevem zákonů chemické dynamiky a osmotického tlaku v roztocích".
Jeho práce položila teoretické základy fyzikální chemie a propojila do té doby oddělené obory fyziky a chemie. Jeho koncept tetraedrického uhlíku způsobil revoluci v organické chemii a umožnil pochopení struktury a vlastností organických sloučenin, včetně biologicky důležitých molekul, jako jsou sacharidy a aminokyseliny. Je po něm pojmenována řada konceptů, kráter na Měsíci a v roce 2021 i asteroid.
📖 Významná díla
- La chimie dans l'espace (Chemie v prostoru, 1874)
- Études de Dynamique chimique (Studie chemické dynamiky, 1884)
- Lois de l'équilibre chimique dans l'état dilué, gazeux ou dissous (Zákony chemické rovnováhy ve zředěném, plynném nebo rozpuštěném stavu, 1886)
- Vorlesungen über theoretische und physikalische Chemie (Přednášky o teoretické a fyzikální chemii, 1898–1900)
💡 Pro laiky
- Tetraedrický uhlík: Představte si atom uhlíku jako malou kuličku se čtyřma rukama. Van 't Hoff přišel na to, že tyto "ruce" (chemické vazby) netrčí do plochého kříže, ale míří do rohů trojboké pyramidy (čtyřstěnu neboli tetraedru). Díky tomuto prostorovému uspořádání mohou existovat molekuly, které jsou sice složeny ze stejných atomů, ale jsou navzájem svými zrcadlovými obrazy – podobně jako vaše levá a pravá ruka. To vysvětluje, proč některé látky, ač chemicky stejné, mají v biologii úplně jiné účinky.
- Osmotický tlak: Představte si sáček od čaje ponořený do vody. Stěna sáčku je jako plot s malými dírkami – molekuly vody projdou, ale větší molekuly čaje ne. Voda se přirozeně snaží "ředit" koncentrovaný čaj uvnitř sáčku a proudí dovnitř, čímž sáček napíná. Tlak, který byste museli na sáček zvenčí vyvinout, abyste tomuto proudění vody zabránili, se nazývá osmotický tlak. Van 't Hoff zjistil, že pro tento tlak platí překvapivě jednoduchý matematický vzorec, velmi podobný tomu, který popisuje chování plynů.