Jacobus Henricus van 't Hoff: La forma de lo invisible

En el otoño de 1874, un estudiante neerlandés al que le faltaban tres meses para doctorarse publicó un folleto argumentando que los cuatro enlaces de un átomo de carbono apuntan hacia las esquinas de un tetraedro. Nadie había visto una molécula; nadie lo haría durante décadas. Van 't Hoff había deducido la forma a partir de la manera en que ciertas sustancias hacen girar un haz de luz polarizada. Tenía veintidós años y tenía razón. Uno de los químicos más eminentes de Alemania respondió acusándolo de subirse a Pegaso.

Róterdam, Delft y Byron

Nació el 30 de agosto de 1852 en Róterdam, el tercero de siete hijos de un médico, Jacobus Henricus van 't Hoff Sr., y Alida Kolff. La ciencia le interesó pronto, pero también Byron, cuya poesía y filosofía leyó con seriedad siendo escolar; un detalle que merece la pena retener, porque la cualidad que forjó su carrera estaba más cerca de la paciencia poética que de la de laboratorio.

Obtuvo el título de tecnólogo químico en Delft entre 1869 y 1871, terminando en dos años en lugar de los tres habituales, y luego estudió en Leiden, en Bonn bajo la tutela de August Kekulé, y en París con Adolphe Wurtz, antes de completar su doctorado en Utrecht en 1874 bajo la dirección de Eduard Mulder.

El folleto

El problema que abordó era antiguo y persistente. Ciertos compuestos hacían girar la luz polarizada, y algunos compuestos con fórmulas idénticas se comportaban de manera diferente entre sí. Nada en la química estructural plana y bidimensional explicaba por qué.

La respuesta de van 't Hoff fue dotar a las moléculas de una tercera dimensión. Si los cuatro enlaces del carbono irradian hacia los vértices de un tetraedro regular, entonces un átomo de carbono que porte cuatro grupos diferentes puede organizarse de dos maneras que son imágenes especulares y no pueden superponerse; y esas dos disposiciones harían girar la luz en direcciones opuestas. La actividad óptica y la isomería surgieron de una única suposición geométrica. El folleto neerlandés apareció a finales de 1874, la versión francesa, La chimie dans l'espace, en mayo de 1875. El químico francés Joseph Le Bel llegó a la misma conclusión de forma independiente y al mismo tiempo.

Para convencer a una profesión que no podía ver lo que él describía, van 't Hoff envió modelos tridimensionales de papel de moléculas tetraédricas a los principales químicos de la época.

El Pegaso de Kolbe

La recepción fue hostil, y el ataque más citado provino de Hermann Kolbe, quien se burló del joven por haber "montado a Pegaso" para proclamar "cómo le parecían a él los átomos". Pretendía ser una aniquilación. Dado que los átomos, de hecho, se le aparecían a él, y correctamente, el insulto ha envejecido hasta convertirse en un cumplido accidental.

La teoría esperó unos seis años para alcanzar respetabilidad. Alrededor de 1880, Johannes Wislicenus y Viktor Meyer se manifestaron a su favor, y la estereoquímica se convirtió en un campo de estudio en lugar de un escándalo.

Dinámica química

Tras establecer la forma de las moléculas, pasó a la cuestión de qué hacen, y aquí su contribución fue menos una intuición aislada que la importación completa de una disciplina a otra. Études de dynamique chimique (1884) presentó métodos gráficos para determinar el orden de una reacción y aplicó las leyes de la termodinámica al equilibrio químico. Reemplazó la vaga noción de afinidad química —la misteriosa tendencia de las sustancias a combinarse— con una cantidad que podía calcularse a partir de datos termodinámicos.

La relación entre una constante de equilibrio y la temperatura que surgió todavía se enseña como la ecuación de van 't Hoff. En 1889 proporcionó el razonamiento físico que sustentaba la ecuación de Svante Arrhenius para las velocidades de reacción.

Soluciones que se comportan como gases

En 1886 demostró la analogía que más impresionó a sus contemporáneos: las soluciones altamente diluidas obedecen leyes matemáticas que se parecen mucho a las que rigen los gases, con la presión osmótica desempeñando el papel que la presión del gas juega en un contenedor. Una sustancia disuelta, en otras palabras, podría tratarse como si fuera un gas que ocupa el volumen del solvente.

La consecuencia fue toda una disciplina. Con Wilhelm Ostwald fundó la Zeitschrift für physikalische Chemie en 1887, dando a la química física una revista y, por tanto, una identidad, y trabajó con Arrhenius en la disociación de los electrolitos. La química, que había sido una ciencia de sustancias, se convirtió en una ciencia de cantidades medibles.

Berlín y la sal

Dio clases primero en la Escuela Veterinaria de Utrecht, luego ocupó una cátedra en la Universidad de Ámsterdam durante casi dos décadas como profesor de química, mineralogía y geología, llegando a dirigir el departamento. En 1896 se trasladó a Berlín, ocupando un puesto en la Academia Prusiana de las Ciencias diseñado para darle tiempo de investigación en lugar de docencia. Allí aplicó su termodinámica de soluciones a los depósitos salinos oceánicos de Stassfurt, un trabajo de valor considerable para la industria prusiana.

En 1901 la Academia Sueca le otorgó el primer Premio Nobel de Química, "en reconocimiento de los servicios extraordinarios que ha prestado mediante el descubrimiento de las leyes de la dinámica química y de la presión osmótica en las soluciones". Lo consideró el punto culminante de su carrera.

Por qué a Jacobus se le llama genio

La facultad en cuestión es la imaginación espacial disciplinada por la evidencia, y el folleto de 1874 es un ejemplo tan limpio como ofrece la historia de la ciencia. Van 't Hoff tomó una medición —la rotación de la luz polarizada— e infirió de ella la geometría de un objeto que ningún instrumento de su época podía resolver. No estaba describiendo algo observado; estaba argumentando que la realidad debía tener una forma particular para que los números resultaran como lo hicieron. Es la razón por la que las moléculas se han dibujado en tres dimensiones desde entonces.

El segundo logro es diferente en especie y posiblemente mayor. Importar la termodinámica por completo a la química, y mostrar que las sustancias disueltas obedecen leyes similares a las de los gases, convirtió una ciencia descriptiva en una cuantitativa. Muy pocas personas contribuyen fundamentalmente a dos campos; van 't Hoff fundó la estereoquímica a los veintidós años y la química física a los treinta.

Las calificaciones son reales. Le Bel llegó al carbono tetraédrico de forma independiente en el mismo año, lo que sugiere que la idea estaba madura más que inalcanzable; la Royal Society dividió la Medalla Davy entre ambos en 1893 por esa razón. La propuesta fue un salto sin evidencia directa, y la profesión la rechazó durante seis años; si la geometría hubiera sido otra, el folleto se leería hoy como la especulación de un joven. Y su Premio Nobel fue otorgado no por el tetraedro, su idea más famosa, sino por el trabajo con las soluciones. La acusación de Kolbe de montar a Pegaso estaba equivocada respecto al destino, no respecto al método.

Legado

Se casó con Johanna Francina Mees en 1878; tuvieron cuatro hijos. Los honores se acumularon constantemente: la Legión de Honor en 1894, el Pour le Mérite en 1895, miembro extranjero de la Royal Society en 1897, doctorados honoris causa por Harvard y Yale en 1901, Manchester en 1903, Heidelberg en 1908, y la Medalla Helmholtz en el año de su muerte. Murió de tuberculosis en Steglitz, a las afueras de Berlín, el 1 de marzo de 1911, a los cincuenta y ocho años.

Su nombre sobrevive en el vocabulario de trabajo más que en monumentos: la ecuación de van 't Hoff, el factor de van 't Hoff, la regla de Le Bel-van 't Hoff. Un asteroide fue nombrado en su honor en 2021. Cada fórmula estructural dibujada con una cuña y una línea discontinua desciende de un folleto que un gran químico pensó que fue escrito por un hombre que había perdido la razón.