100 великих нобелевских лауреатов

С 1877 по 1896 год Вант-Гофф был профессором химии, минералогии и геологии в незадолго до того основанном Амстердамском университете. Всегда рядом с ним была его жена Женни Вант-Гофф-Меес. Она успевала заниматься не только домом и детьми, но и сумела создать своему мужу настоящую творческую атмосферу.

Интересы Вант-Гоффа к поискам наиболее общих закономерностей вновь проявились в его большой работе «Воззрения на органическую химию». Но вскоре ученый перешел к изучению химической динамики. Свои взгляды по этому вопросу он изложил в книге «Очерки по химической динамике» (1884).

Вант-Гофф 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), 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 была отражена взаимосвязь температуры и теплоты реакции с константой равновесия. Эта закономерность сейчас известна как выведенное Вант-Гоффом уравнение изохоры реакции.

Еще одним 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 понижении точки замерзания растворов Вант-Гофф в 1885 году разработал осмотическую теорию растворов.

К. Манолов рассказывает в своей книге, как ученый пришел к этому открытию: «Почему бы не представить систему в осмометре «вода – полупроницаемая перегородка – раствор» в виде цилиндра с поршнем? Раствор находится на дне цилиндра, поршень представляет собой перегородку, а над ним – вода. Это же основной метод термодинамики. Принципы газовой термодинамики применимы также к свойствам разбавленных растворов».

Вант-Гофф нарисовал цилиндр с поршнем, в пространстве под поршнем он написал «Раствор», а над поршнем – «Вода». Стрелки, направленные из раствора к воде, показывали, что в растворе существует давление, которое стремится поднять поршень вверх.

«Сначала надо рассчитать, какая работа требуется, чтобы поршень под действием осмотического давления передвинулся вверх, но можно и наоборот – выяснить, какая работа необходима, чтобы вернуть поршень вниз, преодолев осмотическое давление».

Вант-Гофф провел математические расчеты, заполняя лист формулами, и вот он, конечный результат!

«Невероятно! Зависимость точно такая же, как и для газов! Выражение абсолютно идентично уравнению Клапейрона—Клаузиуса!» Вант-Гофф взял лист и повторил все расчеты. «Тот же результат! Законы осмотического давления идентичны газовым законам. Если и константа имеет то же самое значение, тогда можно рассматривать молекулы разбавленного вещества как молекулы газа, представив себе, что растворитель удален из сосуда. Константу можно вычислить по данным Пфеффера». Он снова взял тетрадь, и перо быстро заскользило по бумаге. Для сахарных растворов константа имела такое же значение, что и газовая постоянная. Аналогия была полной».

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. 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» (1886).

В марте 1896 года Вант-Гофф покинул Амстердам, переехав в Берлин по приглашению Прусской академии наук. В соответствии 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 Германии он провел обширные экспериментальные и теоретические работы, которые помогли установить условия образования месторождений калийных солей и создать рациональную технологию их переработки.