雅各布斯·亨里科斯·范托夫：无形之形

1874年秋，一位距离博士学位仅差三个月的荷兰学生发表了一本小册子，主张碳原子的四个键指向四面体的四个角。当时没有人见过分子，且在之后的几十年里也没有人能见到。范托夫（Jacobus Henricus van 't Hoff）是从某些物质扭转偏振光束的方式推断出了这一形状。他当时二十二岁，而且他是对的。德国一位最著名的化学家对此作出的回应是，指责他骑上了“珀伽索斯”（飞马）。

鹿特丹、代尔夫特与拜伦

他于1852年8月30日出生在鹿特丹，是家中七个孩子里的第三个，父亲是医生雅各布斯·亨里科斯·范托夫（Jacobus Henricus van 't Hoff Sr.），母亲是阿丽达·科尔夫（Alida Kolff）。他很早就对科学产生了兴趣，但也对拜伦（Byron）情有独钟；作为学生，他认真阅读过拜伦的诗歌和哲学——这一细节值得注意，因为造就他职业生涯的特质更接近于诗意，而非实验室里的耐心。

1869年至1871年间，他在代尔夫特获得了化学工艺学学位，仅用两年时间就完成了原本需要三年的学业。随后，他在莱顿求学，在波恩师从奥古斯特·凯库勒（August Kekulé），在巴黎师从阿道夫·武尔茨（Adolphe Wurtz），最后于1874年在乌得勒支师从爱德华·穆尔德（Eduard Mulder）获得了博士学位。

小册子

他所攻克的难题既古老又顽固。某些化合物能旋转偏振光，而某些具有相同化学式的化合物表现却各不相同。平面的、二维的结构化学无法解释其中原因。

范托夫的回答是赋予分子第三维度。如果碳的四个键向正四面体的顶点辐射，那么携带四个不同基团的碳原子可以以两种互为镜像且无法重叠的方式排列——这两种排列会使光向相反方向旋转。旋光性和异构现象都源于一个简单的几何假设。这本荷兰语小册子出现在1874年底，法文版本《空间化学》（La chimie dans l'espace）则于1875年5月出版。法国化学家约瑟夫·勒贝尔（Joseph Le Bel）几乎在同时独立得出了相同的结论。

为了说服一个无法看到他所描述对象的专业领域，范托夫向当时领先的化学家们寄去了四面体分子的三维纸模型。

科尔贝的飞马

他的理论遭到了敌视，引用最多的一次攻击来自赫尔曼·科尔贝（Hermann Kolbe），他嘲笑这位年轻人“骑上了飞马”，以便宣扬“原子在他眼中是什么样子”。这本意是想摧毁他。但由于原子在他眼中确实就是那个样子，而且事实证明是正确的，这一侮辱随时间推移反而变成了一种无意的赞美。

该理论等待了约六年才获得尊重。1880年左右，约翰内斯·维斯利采努斯（Johannes Wislicenus）和维克多·迈耶（Viktor Meyer）公开表示支持，立体化学从此成为一个学科，而非丑闻。

化学动力学

确定了分子的形状后，他转而研究它们的行为。在这里，他的贡献与其说是一个单一的见解，不如说是一个学科对另一个学科的全面引入。《化学动力学研究》（Études de dynamique chimique，1884年）陈述了确定反应级数的图形方法，并将热力学定律应用于化学平衡。它取代了模糊的“化学亲和力”概念——即物质结合的神秘倾向——将其替换为一个可以根据热力学数据计算出的量。

由此得出的平衡常数与温度之间的关系，至今仍作为“范托夫方程”被教授。1889年，他为斯凡特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）的反应速率方程提供了物理推理基础。

像气体一样表现的溶液

1886年，他展示了一个让同时代人印象深刻的类比：高度稀释的溶液遵循着与气体极其相似的数学定律，渗透压在溶液中的作用就如同气体压力在容器中的作用一样。换言之，溶解的物质可以被视为占据了溶剂体积的气体。

其结果催生了一个完整的学科。1887年，他与威廉·奥斯特瓦尔德（Wilhelm Ostwald）共同创办了《物理化学杂志》（Zeitschrift für physikalische Chemie），为物理化学提供了一本期刊，从而确立了其身份；他还与阿伦尼乌斯合作研究了电解质的离解。化学，这门曾经是研究物质的科学，变成了一门研究可测量量的科学。

柏林与盐

他先是在乌得勒支兽医学院任教，随后在阿姆斯特丹大学担任了近二十年的化学、矿物学和地质学教授，并最终担任系主任。1896年他搬到柏林，在普鲁士科学院担任了一个职位，该职位旨在为他提供研究时间而非教学任务。在那里，他将溶液热力学应用于施塔斯富特的海洋盐沉积物研究，这项工作对普鲁士工业具有相当大的价值。

1901年，瑞典科学院授予他历史上首个诺贝尔化学奖，“以表彰他在发现化学动力学定律和溶液渗透压定律方面所作出的卓越贡献”。他视其为职业生涯的巅峰。

为什么雅各布斯被称为天才

他所具备的天赋是受证据约束的空间想象力，而1874年的那本小册子是科学史上最完美的例证。范托夫进行了一次测量——偏振光的旋转——并由此推断出那个时代没有任何仪器能观测到的物体的几何形状。他描述的不是被观察到的事物；他是在论证，为了使数字达到这种结果，现实必然具有特定的形状。这就是为什么从那时起分子一直以三维形式绘制的原因。

他的第二个成就在本质上不同，且重要性可以说更大。将热力学全面引入化学，并证明溶解物质遵循类似气体的定律，将一门描述性科学转化为了一门定量科学。很少有人能在两个领域都做出奠基性贡献；范托夫在二十二岁时创立了立体化学，在三十多岁时创立了物理化学。

这些限定条件是真实的。勒贝尔在同一年独立得出了四面体碳的观点，这表明这个想法是成熟的而非高不可攀的——正因如此，皇家学会（Royal Society）在1893年将戴维奖章（Davy Medal）授予了他们两人。这一提议在没有直接证据的情况下是一个飞跃，化学界拒绝了它六年；如果几何结构并非如此，今天的人们只会把这本小册子看作一个年轻人的臆想。此外，他的诺贝尔奖不是因为他最著名的四面体构想，而是因为溶液的研究。科尔贝指责他“骑飞马”的结论错了，但对方法的批评并不完全错误。

遗产

他于1878年与约翰娜·弗朗西娜·梅斯（Johanna Francina Mees）结婚，育有四个孩子。荣誉接踵而至——1894年获得荣誉军团勋章（Legion of Honour），1895年获得功绩勋章（Pour le Mérite），1897年成为皇家学会外籍会员，1901年获得哈佛和耶鲁的荣誉博士学位，1903年获得曼彻斯特大学荣誉博士学位，1908年获得海德堡大学荣誉博士学位，并在他去世的那一年获得了赫尔姆霍茨奖章（Helmholtz Medal）。1911年3月1日，他因肺结核在柏林郊外的斯特格利茨去世，享年五十八岁。

他的名字在科学词汇中流传，而非通过纪念碑：范托夫方程、范托夫因子、勒贝尔-范托夫规则。2021年，一颗小行星以他的名字命名。每一个用楔形和虚线绘制的结构式，都源自一本被某位大化学家认为是出自疯子之手的小册子。