Jacobus Henricus van ’t Hoff

Jacobus Henricus van ’t Hoff (1899)

Jacobus Henricus van ’t Hoff (* 30. August 1852 in Rotterdam; † 1. März 1911 in Steglitz b. Berlin) war ein niederländischer Chemiker und der erste Nobelpreisträger für Chemie. Van ’t Hoff hat die Chiralität des Kohlenstoffatoms, die Änderung der physikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Zahl der Teilchen in einer Lösung, die Kinetik von chemischen Reaktionen und ihre Temperaturabhängigkeit erforscht.

Leben

van ’t Hoff (links) und Wilhelm Ostwald im Labor (1905)

Van 't Hoffs Vater war als praktischer Arzt in Rotterdam tätig.

In Rotterdam besuchte der junge Henricus eine lateinlose „Hoogere Burgerschool“, die etwa einer Realschule in Deutschland zu damaliger Zeit entsprach. Seit frühester Jugend interessierte sich van 't Hoff für die Chemie. Nach seinem Abitur im Jahr 1869 studierte er am Polytechnischen Institut in Delft Technik. Nach zwei Jahren erhielt er seinen Abschluss und die Berechtigung für ein Studium. Ab 1871 studierte er Mathematik an der Universität Leiden, dann Chemie ab 1872 bei August Kekulé in Bonn und ab 1873 bei Charles Adolphe Wurtz in Paris. Während seines Studiums interessierte sich van 't Hoff auch für Philosophie (Auguste Comte) und Dichtkunst (Lord Byron, Heinrich Heine). Schon vor Abschluss seiner Doktorarbeit überraschte van 't Hoff die Fachwelt mit einem kurzen Artikel zum optischen Drehvermögens und zur Stereochemie von Kohlenstoffbindungen.^[1] Dieser Artikel wurde jedoch von den Fachkollegen nicht beachtet.

1874 erhielt er seinen Doktorgrad an der Universität Utrecht. Es folgte eine Phase vergeblicher Bewerbungen für eine Hochschullaufbahn. Als Hilfslehrer bekam van 't Hoff eine Assistentenstelle an der Tierarzneischule der Universität Utrecht. 1876 übersetzte Johann Wislicenus van 't Hoffs Arbeit über das asymmetrische Kohlenstoffatom ins Deutsche. Auch in Deutschland wurde die überragende Bedeutung dieses Artikels zunächst nicht gewürdigt.

1878 konnte er jedoch zum Fachbereich Chemie der Universität Amsterdam überwechseln und erhielt ab 1878 eine Professur. Dort entwickelte er einfache Apparaturen und beschäftigte sich mit dem osmotischen Druck. Seine 1887 veröffentlichte Arbeit „Die Rolle des osmotischen Druckes in Analogie zwischen Lösungen und Gasen“ legte die Grundlagen für die Bestimmung des Molekulargewichts von Stoffen in Lösung. Svante Arrhenius und Wilhelm Ostwald erkannten die Bedeutung von van 't Hoffs Arbeiten. Auf der Grundlage seiner Ãœberlegungen wurde die Ionentheorie von wässrigen Lösungen (Dissoziation) entwickelt. Van 't Hoff und Wilhelm Ostwald begründeten im Jahr 1887 die Zeitschrift für physikalische Chemie.

Nun erhielt er viele Ehrungen. 1896 folgte er einem Ruf an die Preußische Akademie der Wissenschaften (bzw. Universität Berlin) in Berlin und wirkte dort bis zu seinem Tode. Er befasste sich hier mit der Bildung von Salzen aus dem Meerwasser und der Reihenfolge der Ablagerungen verschiedener Salzschichtungen bei bestimmten Temperaturen und Drucken.

Er erhielt 1901 den ersten Nobelpreis für Chemie für seine Entdeckung der Gesetze der chemischen Dynamik und des osmotischen Druckes in Lösungen. Für seine Versuche nutzte er die künstlichen semipermeablen Membranen des Chemikers Moritz Traube.

Sein Grab befindet sich auf dem Berliner Friedhof Dahlem. Das Ehrengrab der Stadt Berlin befindet sich im Feld 1.

Wissenschaftliches Werk

Denkmal in Rotterdam

Schon vor der Verleihung des Doktorgrades publizierte er den ersten seiner bedeutenden Beiträge zur organischen Chemie. Er erklärte das Phänomen der optischen Aktivität durch die Annahme, in optisch aktiven Verbindungen seien die chemischen Bindungen zwischen den Kohlenstoff-Atomen und ihren vier Nachbarn räumlich so angeordnet, dass sich das Kohlenstoffatom im Zentrum und die benachbarten Atome an den Ecken eines Tetraeders befinden. Die vier Bindungen müssen alle unterschiedlich sein. Diese Anordnung ermöglicht es, dass das Molekül in Form zweier Enantiomere, also spiegelbildlich gleichen Bauweisen, vorkommen kann. Die gleiche Idee der Erklärung der optischen Aktivität hatte unabhängig von ihm auch der französische Chemiker Joseph LeBel.

Avogadrosche Gesetz für Lösungen, Dissoziationstheorie

Van 't Hoff entwickelte die Idee, dass das Avogadrosche Gesetz auch für Lösungen gelten könnte. Er fand, dass der osmotische Druck einer Lösung direkt proportional zur darin gelösten Menge eines Stoffes ist. Er folgerte, dass bei gleichem osmotischen Druck und gleicher Temperatur auch die jeweils gleiche Teilchenzahl gelöst sein müsste. Er wendete nun die Zustandsgleichung (nach dem Avogadroschen Gesetz, dem Boyle-Mariotte-Gesetz) für Gase auf Lösungen an und konnte so exakte Molekulargewichtsbestimmungen durchführen.

Analoge Ãœberlegungen übertrug van â€™t Hoff auch auf Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung, die François Marie Raoult schon rein empirisch nachweisen konnte. Dadurch konnte van â€™t Hoff Molekulargewichtsbestimmungen und Molekülgrößen von gelösten Stoffen abschätzen. Abweichungen bei der bisherigen Theorie gab es jedoch bei Salzen (z. B. Kaliumchlorid) im Vergleich zu Rohrzucker. Die für Kaliumchlorid gefundene Teilchenzahl war doppelt so hoch wie nach der Molekülmasse erwartet. Diese Erkenntnis stützte die Theorie von Svante Arrhenius, der erst nach van ’t Hoffs Vorarbeit seine Dissoziationstheorie darstellte.

Eine komplexere Theorie zur Beschreibung der elektrolytischen Lösungstension, der elektromotorischen Kraft (EMK) von galvanischen Elementen, wurde von Walter Nernst entwickelt.^[2]Auch bei dieser Theorie wurde eine ähnliche Beschreibung wie beim osmotischen Druck genutzt.

Kinetik

Bahnbrechende Arbeiten leistete van ’t Hoff auch auf dem Gebiet der Kinetik mit der Studie Etudes, Studien zur chemischen Dynamik (1896).^[3]. Van ’t Hoff untersuchte die Umsetzungen von Chloressigsäure und Verseifung von Essigester mit Natriumhydroxid (beides bimolekulare Reaktionen).

Vorausgegangen waren jedoch schon Untersuchungen von Ludwig Wilhelmy, Wilhelm Ostwald, Guldberg-Waage. Wilhelmy machte die ersten kinetischen Untersuchungen durch Säureeinwirkung auf Zucker; die Reaktionsgeschwindigkeit wurde mit einem Polarimeter bestimmt.^[4] Später befasste sich auch Wilhelm Ostwald mit der chemischen Kinetik^[5].

Im Buch wurde auch die Temperaturabhängigkeit von Reaktionsgeschwindigkeiten untersucht. Die Lösung der Differentialgleichung der Temperaturabhängigkeit gibt das van-’t-Hoff’sches Gesetz. Die nach van â€™t Hoff benannte van â€™t Hoff’sche Regel besagt, dass sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion verdoppelt, wenn sich die Temperatur um etwa zehn Grad Celsius erhöht. Der Van-’t-Hoff-Faktor bringt das molare Lösungsverhalten eines Stoffes zum Ausdruck. Die van-’t-Hoff’sche Reaktionsisobare gibt die Ableitung des Logarithmus der thermodynamischen Gleichgewichtskonstanten nach der Temperatur bei konstantem Druck an.

Sonstige Leistungen

Weitere Arbeitsgebiete waren die Thermodynamik (1884 definierte van â€™t Hoff die Affinität) sowie ozeanische Salzablagerungen und geologische Ablagerungen.

Schriften

• La chimie dans l’espace. 1875; deutsch: Die Lagerung der Atome im Raume. Braunschweig 1877
• Ansichten über die organische Chemie. 3 Teile, Braunschweig 1878–1881
• Etudes de dynamique chimique. 1884; deutsch: Studien zur chemischen Dynamik. 1898
• Lois de l’equilibre chimique. 1885
• Vorlesungen über Bildung und Spaltung von Doppelsalzen. Leipzig 1897
• Untersuchungen über die Bildungsverhältnisse der oceanischen Salzablagerungen, insbesondere des Staßfurter Salzlagers. Berlin 1897
• Vorlesungen über theoretische und physikalische Chemie. Braunschweig 1898–1900

Einzelnachweise

1. ↑ „Vorschlag zur Ausdehnung der gegenwärtig in der Chemie gebrauchten Strukturformeln in den Raum nebst einer damit zusammenhängenden Bemerkung über die Beziehung zwischen dem optischen Drehvermögen und der chemischen Konstitution organischer Verbindungen“, in Günther Bugge, Das Buch der großen Chemiker, Verlag Chemie, Weinheim 1970, S. 397.
2. ↑ Z. f. physik. Chem. 4, 129 (1889)
3. ↑ J. H. van ’t Hoff: Studien zur chemischen Dynamik, W. Engelmann, Leipzig 1896
4. ↑ Pogg. Ann. d. Ph.,Über das Gesetz, nach welchem die Einwirkung der Säuren auf den Zucker stattfindet, 81, 413, 499 (1850)
5. ↑ J. pr. Ch. (2), 29, 385, (1884)

Literatur

• Eintrag im Biografisch Woordenboek van Nederland (niederländisch).
• Hans-Georg Bartel und Horst Remane: Van ’t Hoff, Nachrichten aus der Chemie, 59 (April 2011), 411−415.
• Viktor A. Kritsman: Wilhelmy, Jacobus H. van ’t Hoff, Svante Arrhenius und die Geschichte der chemischen Kinetik, Chemie in unserer Zeit, 6/97, S. 297 ff. ISSN 0009-2851 CUNZAW

Weblinks

 Commons: Jacobus Henricus van ’t Hoff â€“ Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Literatur von und über Jacobus Henricus van ’t Hoff im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1901 an Jacobus Henricus van ’t Hoff (englisch)