范霍夫

雅可比·亨利克·范霍夫( Jacobus Henricus Van't Hoff 1852一1911)是荷蘭物理化學家。1852年8月30日出生於荷蘭鹿特丹。

這個醫學博士的兒子，從小就聰明過人。他在中學讀書時，對化學實驗很感興趣。經常在放學以後或假日里，偷偷地溜進學校，從地下室的窗戶鑽進實驗室里去做化學實驗。少年的好奇心，使他專門樂於選用那些易燃易爆和劇毒的危險藥品做實驗。一天。該校的霍克維爾夫先生髮現了他的秘密，責備了他的違紀行為。范霍夫請求這位老師不要去報告校長。但他還是被帶去見他的父親。鹿特丹的這位名醫了解了事情的經過後，對自己兒子不規矩的舉動深為尷尬和憤慨。但轉念一想，兒子的肯鑽好學不該過分去責備。於是，他把自己原來的一間醫療室讓給了兒子。范霍夫有了自己這一間簡陋的實驗室，幹得更加起勁了。想不到少年時代的這種愛好，註定了後來范霍夫成為化學家的命運。

在荷蘭，當時人們普遺存在著輕視化學的偏見。父親反對兒子當化學家，17歲那年，范霍夫中學畢業，還是聽從了父親的意見。在上大學前， 1869年他先到德爾夫特高等工藝學校學習工業技術。在那裡，他以優異的成績博得了在該校任教的化學家A.C.奧德曼斯和物理學家范德·桑德·巴克胡依仁的器重，兩年就學完了規定三年學習的內容。這段學習，更增強了范霍夫畢生從事化學的信心和決心。在家裡時，父親對拜倫詩篇的酷愛曾感染了他們全家。往後，孔德的實證哲學思想又使范霍夫俯首傾倒。這些都使他學會了從哲學的角度來看待生活中的一切。也使他一生在化學研究方面，經常站到哲學高度來窺視大自然的奧秘。

1872年，范霍夫在萊頓大學畢業后，為了在化學上得到深造，他先後到柏林拜德國著名有機化學家凱庫勒為師。次年凱庫勒又推薦他去巴黎醫學院的武茲實驗室。在著名化學家武茲的指導下，范霍夫與他法國的同窗好友勒·貝爾得到了深造。此後他們雙雙成為新的立體化學學科的創立者。19世紀中葉，關於有機化合物的經典結構理論，已經由凱庫勒和俄國化學家布特列洛夫等人基本上建立起來了。但同時，人們越來越多地發現了某些有機化合物具有旋光現象。法國人巴斯德首先發現酒石酸、葡萄酸等具有左旋和右旋兩種不同結構。後來，德國化學家威利森努斯也發現了乳酸的旋光異構現象。范霍夫在巴黎由武茲指導，同勒·貝爾分別對某些有機化合物為什麼會有旋光異構現象的問題，進行了廣泛的實驗和探索。1874年，范霍夫和勒·貝爾分別提出了關於碳的正四面體構型學說。

一天，范霍夫坐在烏德勒支大學的圖書館里，認真地閱讀著威利森努斯研究乳酸的一篇論文，他隨手在紙上畫出了乳酸的化學式，當他把視線集中到分子中心的一個碳原子上時，他立即聯想到，如果將這個碳原子上的不同取代基都換成氫原子的話，那麼這個乳酸分子就變成了一個甲烷分子。由此他想像，甲烷分子中的氫原子和碳原子若排列在同一個平面上，情況會怎樣呢？這個偶然產生的想法，使范霍夫激動地奔出了圖書館。他在大街上邊走邊想，讓甲烷分子中的4個氫原子部與碳原子排列在一個平面上是否可能呢？這時，具有廣博的數學、物理學等知識的范霍夫突然想起，在自然界中一切都趨向於最小能量的狀態。這種情況，只有當氫原子均勻地分佈在一個碳原子周圍的空間時才能達到。那麼在空間里甲烷分子是個什麼樣子呢？范霍夫猛然領悟，正四面體！當然應該是正四面體！這才是甲烷分子最恰當的空間排列方式，他由此進一步想象出，假如用4個不同的取代基換去碳原子周圍的氫原子，顯然，它們可能在空間有兩種不同的排列方式。想到這裡，范霍夫重新跑回圖書館坐下來，在乳酸的化學式旁畫出了兩個正四面體，並且一個是另一個的鏡像。他把自己的想法歸納了一下，驚奇地發現，物質的旋光特性的差異，是和它們的分子空間結構密切相關的。這就是物質產生旋光異構的秘密所在。范霍夫認為，在已經建立起來的經典有機結構理論中，由於人們還不了解原子所處的實際位置，所以原有的化學結構式不能反映出某些有機化合物的異構現象。他根據自己的研究，於1875年發表了《空間化學》一文。首次提出了一個“不對稱碳原子”的新概念。不對稱碳原子的存在，使酒石酸分子產生兩個變體——右旋酒石酸和左旋酒石酸；二者混合后，可得到光學上不活潑的外消旋酒石酸。范霍夫用他所提出的“正四面體模型”解釋了這些旋光現象。

例如，荷蘭烏德勒支大學的物理學教授畢易·巴洛稱“這是一個出色的假說！我認為，它將在有機化學方面引起變革。”著名有機化學家咸利森努斯教授寫信給范霍夫說：“您在理論方面的研究成果使我感到非常高興。我在您的文章中，不僅看到了說明迄今未弄清楚的事實的極其機智的嘗試，而且我也相信，這種嘗試在我們這門科學中……將具有劃時代的意義。”他們都積極支持和鼓勵范霍夫把自己的論文譯成法文、德文等多種文字予以廣泛傳播。然而在當時，許多人還不了解新學說的真正含義，他們甚至激烈反對范霍夫的觀點。德國萊比錫的赫爾曼·柯爾貝教授寫文章尖銳地諷刺說：“有一位烏德勒支獸醫學院的范霍夫博士，對精確的化學研究不感興趣。在他的《立體化學》中宣告說，他認為最方便的是乘上他從獸醫學院租來的飛馬，當他勇敢地飛向化學的帕納薩斯山的頂峰時，他發現，原子是如何自行地在宇宙空間中組合起來的。”而菲諦格等人卻斷言范霍夫的假說與物理定律不相容。但是，這些反對意見不僅沒有損害范霍夫的新理論，反而為這一理論的推廣和傳播起了宣傳作用、因為那些凡是讀過柯爾貝等人的尖銳評論文章的人，都會對·范霍夫的理論發生興趣，都要去了解一下他論文的內容。於是，反倒使新理論在科學界迅速傳播開來。正如拜倫說過的話一樣“一朝醒來，名聲大噪。”柯爾貝等人的批評竟使范霍夫成了顯赫一時的人物。不久，范霍夫就被阿姆斯特丹大學聘為講師，1878年又成為化學教授。

因此，范霍夫首創的“不對稱碳原子”概念，以及碳的正四面體構型假說（有時又稱為范霍夫一勒·貝爾模型）的建立，儘管學術界對其褒貶不一，但往後的實踐卻證明，這個假說成了立體化學誕生的標誌。 1878到1896年間，范霍夫在阿姆斯特丹大學先後擔任過化學教授，礦物學、地質學教授，並曾任化學系主任。這期間，他又集中精力研究了物理化學問題。他對化學熱力學與化學親合力、化學動力學和稀溶液的滲透壓及有關規律等問題進行了探索。

物質能否發生化學反應以及它們反應能力的大小，這是一個古老的化學理論課題。早期的化學家們一直以含糊不清的“化學親合力”“化學力”、“作用力”等概念來表述和解釋這些問題。因此，在早期的化學文獻中，關於化學反應時間或反應速度的概念總是同“親合力”“化學力”一類的概念分不開的。直到19世紀初，人們仍不能正確區分物質發生化學反應的可能性和實際發生時的化學反應速度。

從1877年之後，范霍夫開始注意研究化學動力學和化學親合力問題。1884年，他出版了《化學動力學研究》一書。書中他不僅闡明了反應速度等化學動力學問題，而且還專門論述了化學平衡理論和以自由能為基礎的親合力理論。

這本書首先著重討論了化學反應速度及其變化規律。他創造性地把反應速度分為單分子、雙分子和多分子反應三種不同類型來研究。其次，范霍夫對於兩個方向相反的反應（即可逆反應）採用了化學平衡的觀點來研究。他首倡以雙箭頭符號來表明化學平衡的動態特性。最後，他還給化學親合力下了明確的定義，並對它進行了研究。在物理化學領域中，范霍夫重點研究的另一個課題是稀溶液的滲透壓及有關規律。他做了許多關於溶液滲透壓的實驗，提出了一個能普遍適用的滲透壓公式。

PV=iRT i>1

式中P是溶液的滲透壓，V是其體積；R是理想氣體常數，T是溶液的絕對溫度。

范霍夫還證明，對許多物質來說：i值均為1，即滲透壓關係式為PV=RT。同時，他還對此式的應用以及i不等於的體系（電解質溶液）進行了大量研究。范霍夫從化學動力學開始，進而廣泛地研究了熱力學，特別是有關稀溶液的滲透壓問題。他把化學動力學、熱力學和物理測定統一起來，建立了物理化學的基礎。正如范霍夫在創建立體化學時的遭遇一樣，物理化學的誕生也遇到了不少挫折。瑞典有一位大學畢業不久的年輕人，名叫斯特萬·阿累尼烏斯。他根據自己對溶液導電性的研究，提出了關於溶液的電離假說。但這一新理論的出現立即遭到國內不少學者的強烈反對。為了尋求理解與支持，阿累尼烏斯把自己的論文寄給范霍夫請求詣正。想不到身處異國的范霍夫一口氣讀完了論文後，不僅馬上領會了阿累尼烏斯的基本觀點，並且由此受到了極大啟迪。他的腦子豁然開朗：電離作用！對，電離作用！這正是電解質溶液i>=1的原因。范霍夫認為，如果溶液中的電解質確實分解為離子，那麼溶液中的粒子數就會增多。同樣地，如果是由於粒子撞擊半透膜隔層而引起的滲透壓力，則很容易理解測量壓力為什麼會高於計算壓力值。他把自己的想法寫成論文並寫信告訴了阿累尼烏斯，表示完全贊同電離學說。

范霍夫關於電解質溶液的滲透壓的文章在斯德哥爾摩發表后，引起了德國科學家威廉·奧斯特瓦爾德的極大興趣。幾個月後，他專程來到阿姆斯特丹，同范霍夫進行了長時間的交談。他倆一致認為阿累尼烏斯的電離學說是一種了不起的創造。奧斯特瓦爾德對范霍夫說：“我認為，這是一個新理論的開端，它將會成為研究溶液特性的基礎。而您本人的研究，將會證實和發展這個理論。”他還倡議道：“事業需要大家更緊密地進行合作，把一切力量都聯合起來。”當他得知阿累尼烏斯已決定要來阿姆斯特丹同范霍夫一起進行實驗，隨後還要去里加拜訪他時，非常高興。1887年8月初，他們共同創辦的《物理化學雜誌》第一期在萊比錫問世。這標誌著一門新興的邊緣學科一物理化學的誕生。范霍夫同阿累尼烏斯、奧斯特瓦爾德的友誼與協作，使他們突破了國界和學科的局限，共同為新學科的創立奠基、為新興的基本理論的確立進行了頑強的戰鬥。固此，他們被譽為“物理化學的三劍客”。范霍夫畢生從事有機立體化學與物理化學的廣泛研究，取得了累累碩果，使他成為世界上第一個諾貝爾化學獎的獲得者。1901年12月10日，他來到斯德哥爾摩，“在瑞典科學院舉行的隆重的授獎儀式上，發表了演講，他著重講到了關於溶液的理論方面的科學成就。

范霍夫在化學上的這些開創性貢獻，表明他高於前人和他的同代人，從而得到了崇高的榮譽。這當然與他自幼熱愛化學和在數學、物理學等方面的廣博而深逢的知識素養分不開。然而，注意哲學修養、不斷探求科學方法更使他具有非凡的創造想像能力，小時候對化學實驗的濃厚興趣，後來變成了他取得各項成果的基礎。他重視實驗，但又不像當時絕大多數科學家那樣局限於狹隘的經驗。他善於巧妙地運用數學方法去整理實驗結果，並注意用類比等邏輯推理從數學方程式裡面推導出一些理論上的新緒論，這是他創立物理化學新學科的重要方法。而在立體化學創立過程中，則主要體現了他列模型方法以及科學假說方法的深刻理解和靈活應用、他總是站在哲學的高度去把握問題的精髓，勝人一籌。

自1885年以後，范霍夫一直被選為荷蘭皇家科學院成員。還先後當選為哥根廷皇家科學院、倫敦化學會、美國化學會以及德國研究院的外籍成員，獲得了許多榮譽獎章。1901年他在接受了諾貝爾化學獎以後，應邀訪問了美國、德國等一些經濟、文化先進國家，多次得到榮譽博士學位。但他始終念念不忘報效自己的祖國。當科研工作遇到困難時，他也曾多次出國從事研究。然而，外國的高薪聘請、優越舒適的生活條件都役能挽留住這位荷蘭人。一旦國內有了適當的設備條件，他就毅然返回祖國。他以罕見的熱情與幹勁勤奮終生，他常常廢寢忘食，計以繼夜地每天工作10多個小時。年近花甲時，范霍夫終固長期積勞成疾，彼越來越重的肺結核病困擾著。在當時，這是種使人類束手無策的“不治之症”，使他日趨虛弱，身體消瘦，呼吸不暢。在朋友們的勸助下，他在柏林做了手術治療，卻仍不能恢復昔日的工作能力。頑強的范霍夫每天躺在病床上仍離不了看書、整理資料和寫日記。精神稍好一點，他就躺不住了，要求醫生允許他去工作。一離開病床，他彷彿忘了病痛，又沉浸在研究工作之中。剛到瑞士不久的阿累尼烏斯，立即專程來柏林看望這位同行摯友。當他看到這位科學劍客被病魔折磨得已不像樣子時，心裡非常難過。阿累尼烏斯強忍著內心的不安，仍以熾烈的友情去寬慰他的異國戰友，鼓勵他安心休養，以便東山再起。然而這終歸只是一種願望，這次會面竟是兩位化學巨匠的訣別。1911年3月1日，年僅59歲的范霍夫不幸早逝。一顆科學巨星的隕落，震驚了世界化學界。荷蘭人民經受了失去一位忠實兒子的痛苦。為了永遠地懷念他，范霍夫的遺體火化后，人們將他的骨灰安放在柏林達萊姆公墓，供後人瞻仰。