ヤコブス・ヘンリクス・ファントホフ（Jacobus Henricus van 't Hoff）：不可視の形状

1874年の秋、博士号取得まであと3ヶ月というオランダの学生が、炭素原子の4つの結合が正四面体の頂点に向かって伸びていると主張する小論文を発表した。分子を見た者は誰もおらず、その後数十年にわたって誰も見ることはなかった。ファントホフ（van 't Hoff）は、ある物質が偏光を回転させる仕組みからこの形状を論理的に導き出した。彼は22歳で、正しかった。ドイツで最も著名な化学者の一人は、彼が「ペガサスに乗った」と非難することで反応した。

ロッテルダム、デルフト、そしてバイロン

彼は1852年8月30日、医師ヤコブス・ヘンリクス・ファントホフ・シニア（Jacobus Henricus van 't Hoff Sr.）とアリダ・コルフ（Alida Kolff）の間の7人の子供の3番目としてロッテルダムに生まれた。彼は早くから科学に関心を持っていたが、学生時代に詩や哲学を熱心に読んだバイロンにも惹かれていた。この詳細は記憶に値する。なぜなら、彼のキャリアを築いた資質は、実験室での忍耐力よりも詩的な忍耐力に近かったからである。

彼は1869年から1871年の間にデルフトで化学技術者の学位を取得し、通常3年かかるところを2年で修了した。その後、ライデンで学び、ボンでアウグスト・ケクレ（August Kekulé）の下で、パリでアドルフ・ヴュルツ（Adolphe Wurtz）の下で学び、1874年にユトレヒトでエドゥアルト・ムルダー（Eduard Mulder）の下で博士号を取得した。

小論文

彼が挑んだ問題は古く、手ごわいものだった。特定の化合物は偏光を回転させ、同じ式を持つ特定の化合物は互いに異なる挙動を示した。平面的で2次元的な構造化学では、その理由は説明できなかった。

ファントホフの答えは、分子に3次元的な空間を与えることだった。炭素の4つの結合が正四面体の頂点に向かって放射状に伸びているならば、4つの異なる基を持つ炭素原子は、重ね合わせることができない鏡像関係にある2つの方法で配置できる。そして、それら2つの配置は光を反対方向に回転させることになる。光学活性と異性体は、一つの幾何学的な仮定から導き出された。オランダ語の小論文は1874年後半に出版され、フランス語版『空間における化学』（La chimie dans l'espace）は1875年5月に出版された。フランスの化学者ジョゼフ・ルベル（Joseph Le Bel）は、同時期に独自に同じ結論に達していた。

彼が記述しているものを見ることができない専門家たちを説得するために、ファントホフは正四面体分子の3次元紙模型を当時の主要な化学者たちに郵送した。

コルベのペガサス

反応は敵対的で、最も引用される攻撃はヘルマン・コルベ（Hermann Kolbe）によるものだった。彼は、この青年が「ペガサスに乗って」「原子がどのように彼に見えるか」を宣言したと嘲笑した。これは滅殺を意図したものだった。実際に原子は彼にそのように見え、しかも正しく見えていたため、その侮辱は時を経て偶然の称賛へと変わった。

この理論が尊敬されるようになるまで約6年を要した。1880年頃、ヨハネス・ウィスリセヌス（Johannes Wislicenus）とヴィクトル・マイヤー（Viktor Meyer）が支持を表明し、立体化学はスキャンダルではなく、一つの学問分野となった。

化学力学

分子の形状を決定した後、彼は分子が何をするかという問いに目を向けた。ここでの彼の貢献は、単独の洞察というよりも、ある学問分野を別の学問分野へと丸ごと輸入したことにあった。『化学力学研究』（Études de dynamique chimique、1884年）は、反応次数を決定するためのグラフ法を提示し、化学平衡に熱力学の法則を適用した。それは、物質が結合する謎めいた傾向という化学親和力の曖昧な概念を、熱力学データから計算可能な量へと置き換えた。

出現した平衡定数と温度の関係は、現在でもファントホフの式として教えられている。1889年、彼はスヴァンテ・アレニウス（Svante Arrhenius）の反応速度式を支える物理的根拠を提供した。

気体のように振る舞う溶液

1886年、彼は同時代の人々を最も感銘させた類推を証明した。非常に希薄な溶液は、気体を支配する法則と酷似した数学的法則に従い、浸透圧が容器内の気圧と同じ役割を果たすことを示したのである。言い換えれば、溶質は、溶媒の体積を占める気体であるかのように扱うことができた。

その結果、一つの学問分野全体が形成された。1887年、ヴィルヘルム・オストヴァルト（Wilhelm Ostwald）と共に『物理化学雑誌』（Zeitschrift für physikalische Chemie）を創刊し、物理化学という学問に学術誌を与え、アイデンティティを確立させた。また、電解質の解離についてアレニウスと協力した。物質の科学であった化学は、測定可能な量の科学へと変貌した。

ベルリン、そして塩

彼はまずユトレヒトの獣医学校で講義を行い、その後約20年間アムステルダム大学で化学、鉱物学、地質学の教授として教鞭をとり、最終的には学部長を務めた。1896年にベルリンに移り、教育よりも研究時間を確保するために設けられたプロイセン科学アカデミーの職に就いた。そこで彼は、溶液の熱力学をシュタースフルトの海洋塩鉱床に応用し、プロイセンの産業に多大な価値をもたらす研究を行った。

1901年、スウェーデン・アカデミーは彼に「化学力学および溶液における浸透圧の法則の発見による並外れた貢献」を認め、第1回ノーベル化学賞を授与した。彼はこれを自身のキャリアの頂点と見なした。

なぜヤコブスが天才と呼ばれるのか

問題の能力とは、証拠によって規律された空間的想像力であり、1874年の小論文は、科学史が提供する最も鮮明な例の一つである。ファントホフは偏光の回転という測定値を取り、それから当時のいかなる装置でも解明できなかった物体の幾何学を推論した。彼は観察された何かを記述していたのではなく、数字がそのようになるとすれば、現実は特定の形をしていなければならないと論じていたのである。それが、分子がそれ以来3次元で描かれている理由である。

2つ目の業績は種類が異なり、おそらくより大きい。熱力学を化学に丸ごと輸入し、溶質が気体のような法則に従うことを示したことは、記述的な科学を定量的な科学へと変えた。2つの分野に根本的に貢献する者は非常に少なく、ファントホフは22歳で立体化学を、30代で物理化学を創設した。

留保事項は本物である。ルベルは同じ年に独立して正四面体炭素に到達しており、これはそのアイデアが到達不可能というよりも熟していたことを示唆している。1893年に王立協会（Royal Society）がデービーメダルを彼らで分割したのもそのためである。その提案は直接的な証拠のない飛躍であり、専門家たちは6年間それを拒絶した。もし幾何学が異なっていたら、この小論文は今日、ある若者の推測として読まれていただろう。そして彼のノーベル賞は、最も有名なアイデアである正四面体に対してではなく、溶液の研究に対して授与された。コルベのペガサスに乗るという非難は、方法ではなく、目的地について間違っていたのである。

レガシー

1878年にヨハンナ・フランシナ・メース（Johanna Francina Mees）と結婚し、4人の子供をもうけた。1894年にレジオンドヌール勲章、1895年にプール・ル・メリット勲章、1897年に王立協会外国人会員、1901年にハーバード大学とイェール大学、1903年にマンチェスター大学、1908年にハイデルベルク大学の名誉博士号、そして没年にはヘルムホルツ・メダルを授与されるなど、栄誉は絶え間なく蓄積された。1911年3月1日、ベルリン近郊のシュテグリッツで結核により58歳で死去した。

彼の名はモニュメントとしてではなく、実用的な語彙として生き残っている。ファントホフの式、ファントホフ係数、ルベル・ファントホフ則などである。2021年には小惑星に彼の名が冠された。くさび形と破線で描かれたすべての構造式は、ある偉大な化学者が「気が狂った男によって書かれた」と考えた小論文に端を発している。