ياكوبس هنريكوس فانت هوف: شكل غير المرئي

في خريف عام 1874، نشر طالب هولندي، كان تفصله ثلاثة أشهر فقط عن نيل درجة الدكتوراه، كتيباً يجادل فيه بأن الروابط الأربع لذرة الكربون تتجه نحو زوايا رباعي السطوح. لم ير أحد جزيئاً من قبل، ولن يراه أحد لعقود. استنتج فانت هوف (Jacobus Henricus van 't Hoff) هذا الشكل من الطريقة التي تقوم بها مواد معينة بليّ شعاع من الضوء المستقطب. كان في الثانية والعشرين من عمره، وكان على حق. وكان رد فعل أحد أبرز الكيميائيين في ألمانيا هو اتهامه بأنه "امتطى بيغاسوس" (الحصان المجنح).

روتردام، ديلفت، وبايرون

ولد في 30 أغسطس 1852 في روتردام، وكان الثالث من بين سبعة أطفال لطبيب يدعى ياكوبس هنريكوس فانت هوف الأب (Jacobus Henricus van 't Hoff Sr.) وأليدا كولف (Alida Kolff). اهتم بالعلم في وقت مبكر، لكنه اهتم أيضاً بالشاعر بايرون (Byron)، الذي قرأ شعره وفلسفته بجدية عندما كان تلميذاً؛ وهي تفصيلة تستحق الذكر، لأن الصفة التي صنعت مسيرته المهنية كانت أقرب إلى الروح الشعرية منها إلى الصبر في المختبر.

حصل على شهادة في التكنولوجيا الكيميائية في ديلفت بين عامي 1869 و1871، وأنهى دراسته في عامين بدلاً من السنوات الثلاث المعتادة، ثم درس في ليدن، وفي بون تحت إشراف أوغست كيكوليه (August Kekulé)، وفي باريس تحت إشراف أدولف فورتز (Adolphe Wurtz)، قبل أن يكمل درجة الدكتوراه في أوتريخت عام 1874 تحت إشراف إدوارد مولدر (Eduard Mulder).

الكتيب

كانت المشكلة التي هاجمها قديمة ومعقدة. فمركبات معينة تقوم بتدوير الضوء المستقطب، ومركبات أخرى لها نفس الصيغ الكيميائية تتصرف بشكل مختلف عن بعضها البعض. لم يكن هناك شيء في الكيمياء الهيكلية المسطحة ثنائية الأبعاد يفسر سبب ذلك.

كانت إجابة فانت هوف هي منح الجزيئات بُعداً ثالثاً. إذا كانت روابط الكربون الأربع تتجه نحو رؤوس رباعي سطوح منتظم، فإن ذرة الكربون التي تحمل أربع مجموعات مختلفة يمكن ترتيبها بطريقتين تكونان صورتين مرآتيتين ولا يمكن تطابقهما؛ وسيقوم هذان الترتيبان بتدوير الضوء في اتجاهين متعاكسين. نتج النشاط البصري والتشاكل عن افتراض هندسي واحد. ظهر الكتيب الهولندي في أواخر عام 1874، وظهرت النسخة الفرنسية، الكيمياء في الفضاء (La chimie dans l'espace)، في مايو 1875. توصل الكيميائي الفرنسي جوزيف لو بيل (Joseph Le Bel) إلى نفس النتيجة بشكل مستقل وفي نفس الوقت.

لإقناع مهنة لم تكن قادرة على رؤية ما كان يصفه، أرسل فانت هوف نماذج ورقية ثلاثية الأبعاد لجزيئات رباعية السطوح إلى كبار الكيميائيين في ذلك اليوم.

بيغاسوس كولبي

كان الاستقبال عدائياً، وجاء الهجوم الأكثر اقتباساً من هيرمان كولبي (Hermann Kolbe)، الذي سخر من الشاب لأنه "امتطى بيغاسوس" ليعلن "كيف بدت الذرات له". كان المقصود هو القضاء عليه. وبما أن الذرات بدت له بالفعل على هذا النحو، وكانت صحيحة، فقد تحولت الإهانة مع مرور الوقت إلى مجرد مجاملة غير مقصودة.

انتظرت النظرية حوالي ست سنوات لتنال الاحترام. حوالي عام 1880، أعلن يوهانس ويسليسينوس (Johannes Wislicenus) وفيكتور ماير (Viktor Meyer) دعمهما، وأصبحت الكيمياء الفراغية مجالاً علمياً بدلاً من كونها فضيحة.

الديناميكا الكيميائية

بعد أن استقر على شكل الجزيئات، تحول إلى مسألة ما تفعله، وهنا لم تكن مساهمته مجرد رؤية واحدة، بل كانت استيراداً كاملاً لتخصص إلى آخر. طرحت دراسات في الديناميكا الكيميائية (Études de dynamique chimique، 1884) طرقاً رسومية لتحديد رتبة التفاعل وطبقت قوانين الديناميكا الحرارية على التوازن الكيميائي. لقد استبدلت المفهوم الغامض للألفة الكيميائية — الميل الغامض للمواد للاتحاد — بمقدار يمكن حسابه من بيانات الديناميكا الحرارية.

العلاقة بين ثابت التوازن ودرجة الحرارة التي ظهرت لا تزال تُدرس كمعادلة فانت هوف. وفي عام 1889 قدم الأساس المنطقي الفيزيائي الذي دعم معادلة سفانتي أرينيوس (Svante Arrhenius) لمعدلات التفاعل.

المحاليل التي تتصرف كغازات

في عام 1886، أثبت التماثل الذي أثار إعجاب معاصريه أكثر من غيره: المحاليل المخففة للغاية تخضع لقوانين رياضية تشبه إلى حد كبير تلك التي تحكم الغازات، حيث يلعب الضغط الأسموزي الدور الذي يلعبه ضغط الغاز في الحاوية. بعبارة أخرى، يمكن معاملة المادة المذابة كما لو كانت غازاً يشغل حجم المذيب.

كانت النتيجة تخصصاً كاملاً. أسس مع فيلهلم أوستوالد (Wilhelm Ostwald) مجلة الكيمياء الفيزيائية (Zeitschrift für physikalische Chemie) في عام 1887، مما منح الكيمياء الفيزيائية مجلة وبالتالي هوية، وعمل مع أرينيوس على تفكك الإلكتروليتات. أصبحت الكيمياء، التي كانت علماً للمواد، علماً للمقادير القابلة للقياس.

برلين والملح

حاضر أولاً في كلية الطب البيطري في أوتريخت، ثم شغل كرسياً في جامعة أمستردام لما يقرب من عقدين كأستاذ للكيمياء وعلم المعادن والجيولوجيا، وترأس القسم في النهاية. في عام 1896 انتقل إلى برلين، وتولى منصباً في الأكاديمية البروسية للعلوم صُمم لمنحه وقتاً للبحث بدلاً من التدريس. هناك طبق الديناميكا الحرارية للمحاليل على رواسب الملح المحيطية في شتاسفورت، وهو عمل ذو قيمة كبيرة للصناعة البروسية.

في عام 1901 منحت الأكاديمية السويدية أول جائزة نوبل في الكيمياء له، "اعترافاً بالخدمات الاستثنائية التي قدمها من خلال اكتشاف قوانين الديناميكا الكيميائية والضغط الأسموزي في المحاليل". لقد اعتبرها قمة مسيرته المهنية.

لماذا يُدعى ياكوبس عبقرياً

الموهبة المعنية هي الخيال المكاني المنضبط بالأدلة، وكتيب عام 1874 هو أوضح مثال يقدمه تاريخ العلوم. أخذ فانت هوف قياساً - دوران الضوء المستقطب - واستنتج منه هندسة جسم لم تستطع أي أداة في عصره حله. إنه لم يصف شيئاً مرصوداً؛ بل كان يجادل بأن الواقع يجب أن يكون له شكل معين لكي تظهر الأرقام كما فعلت. إنه السبب في رسم الجزيئات في ثلاثة أبعاد منذ ذلك الحين.

الإنجاز الثاني مختلف في نوعه ويمكن القول إنه أكبر. إن استيراد الديناميكا الحرارية بالكامل إلى الكيمياء، وإظهار أن المواد المذابة تخضع لقوانين تشبه الغازات، حول علماً وصفياً إلى علم كمي. قلة قليلة من الناس يساهمون بشكل أساسي في مجالين؛ فقد أسس فانت هوف الكيمياء الفراغية في سن الثانية والعشرين والكيمياء الفيزيائية في الثلاثينيات من عمره.

المؤهلات حقيقية. فقد توصل لو بيل إلى الكربون رباعي السطوح بشكل مستقل في نفس العام، مما يشير إلى أن الفكرة كانت ناضجة وليست بعيدة المنال - وقد قسمت الجمعية الملكية (Royal Society) ميدالية ديفي (Davy Medal) بينهما في عام 1893 لهذا السبب. كان الاقتراح قفزة دون دليل مباشر، ورفضته المهنة لمدة ست سنوات؛ لو كانت الهندسة غير ذلك، لقرأ الناس اليوم الكتيب كتكهنات شاب. ولم تُمنح جائزة نوبل له عن رباعي السطوح، فكرته الأكثر شهرة، بل عن عمل المحاليل. كان اتهام كولبي بركوب بيغاسوس خاطئاً بشأن الوجهة، وليس بشأن الطريقة.

الإرث

تزوج يوهانا فرانسينا ميس (Johanna Francina Mees) في عام 1878؛ وأنجبا أربعة أطفال. تراكمت الأوسمة بثبات - وسام جوقة الشرف في عام 1894، وسام الاستحقاق في عام 1895، العضوية الأجنبية في الجمعية الملكية في عام 1897، درجات الدكتوراه الفخرية من هارفارد وييل في عام 1901، مانشستر في عام 1903، هايدلبرغ في عام 1908، وميدالية هيلمهولتز (Helmholtz Medal) في عام وفاته. توفي بسبب مرض السل في شتيجليتز، خارج برلين، في 1 مارس 1911، عن عمر يناهز الثامنة والخمسين.

بقي اسمه في المفردات العملية بدلاً من الآثار: معادلة فانت هوف، عامل فانت هوف، قاعدة لو بيل-فانت هوف. سُمي كويكب باسمه في عام 2021. كل صيغة هيكلية مرسومة بأسفين وخط متقطع تنحدر من كتيب اعتقد كيميائي عظيم أنه كُتب من قبل رجل فقد عقله.