Analytical chemistry has never been served by a more original mind,nor a more prolific pen, than Kolthoff’s.J.J. Lingane Исаак Мориц КольтгофСогласно нидерландско-русской практической транскрипции, правильным вариантом передачи фамилии является Колтхофф. (; 11 февраля 1894, Алмело, Нидерланды — 4 марта 1993, Сент-Пол, Миннесота, США) — американский , внёс значительный вклад во многие области аналитической химии: титриметрию, теорию осадков, электрохимию, усовершенствовал условия проведения кондуктометрического, потенциометрического и амперометрического титрования, вольтамперометрии.
Детские годы, учёба, начало карьеры Исаак Мориц Кольтгоф, сын Мозеса Кольтгофа (1862, Хогевен — 1936, Алмело) и Розетты Вейзенбек (1862, Кулемборг — 1943, Собибор), родился в Алмело 11 февраля 1894 года. Он был младшим из трёх детейУ него были сестра Элизабет Роза Кольтгофф (1887—1943) и брат Абрахам Кольтгофф (1889—1976). в религиозной еврейской семье, ещё в детстве получил прозвище «Пит», так его называли почти все знакомые. Во время обучения в средней школе, он проявил особый интерес к химии и превратил часть кухни в лабораторию. К неудовольствию других членов семьи, многие из его домашних опытов были связаны с использованием сероводорода. Сам же Кольтгоф вспоминает случай, когда его мать, делая куриный суп на званый ужин, по ошибке добавила соду вместо поваренной соли. Она была очень расстроена и уже готова сдаться, когда 15-летний Исаак пришёл на помощь. Он добавлял соляную кислоту в суп, пока лакмусовая бумажка, которую он использовал в качестве индикатора, не порозовела. По его воспоминаниям суп получился превосходным. Через 6 лет Кольтгоф опубликует свою первую работу по актуальной для того времени теме — изучению значений рН в различных средахKolthoff I. M. Phosphoric acid as mono- and dibasic acid. // Chem. Weekbl. 1915. V. 12. P. 644—653.
Окончив среднюю школу в 1911 году, Кольтгоф поступил в Школу фармации в университете Утрехта. Причиной, по которой он начал своё обучение по курсу фармации, а не химии, явилось то, что его знания латинского и греческого языков оказались недостаточными для поступления на «чистые» физические науки. Тем не менее, он уже достаточно свободно говорил на немецком, французском и английском языках в дополнение к родному голландскому. Учебные программы в Утрехте были тщательно продуманы и включали в себя большое количество материала по аналитической химии. Кроме того, значительное влияние на Кольтгофа оказал профессор Николас Шурл, который считал необходимым соблюдать баланс между описательными и фундаментальными аспектами дисциплины. В то время аналитика считалась эмпирической наукой и тот факт, что Шурл уделял особое внимание фундаментальным принципам химии, казался необычным. В своей будущей карьере Кольтгоф также будет уделять много внимания основополагающим принципам.
Кольтгоф получил свой аптекарский диплом в 1915 году и приступил к посещению курсов по коллоидной и физической химии в университете Утрехта. В том же году он опубликовал свою первую работу по теории кислотно-основного титрования, в то время концепция определения рН Сёренсена только появилась.
В 1918 году университет Утрехта упразднил требования к знанию латинского и греческого, и Кольтгоф получил степень Ph.D. по химии, защитив диссертацию по теме: «Основы йодометрии». К тому времени он опубликовал 32 работы, все на темы, отличные от его докторского исследования. В период с 1923 по 1927 гг. он работал в университете в качестве лектора по электрохимии. Важность использования в исследованиях данных по рН не была в то время общепризнанной, и Кольтгоф посвятил этой теме много лекций, которые он читал химикам-теоретикам и практикам, биохимикам, фармацевтам. В то же время число его исследований достигало астрономических значений. За десять лет, с 1917 до 1927 гг. он опубликовал 270 статей и 3 книги, и все эти работы отличались оригинальностью, содержательностью и актуальностью. Большинство из его ранних публикаций были на голландском, немецком или французском, а после 1924 года, он всё чаще пишет на английском языке.
В 1924 году Кольтгоф совершил поездку по университетам Канады и Соединённых Штатов, читая там лекции. В 1927 году ему предложили на один год занять должность профессора и заведующего кафедрой аналитической химии в университете Миннесоты. В своём ответном письме он обещал: «Я могу заверить вас, что с моей стороны я постараюсь выполнить свои обязанности как можно лучше, и я надеюсь, что не обману ваши ожидания». Этот один год назначения стал его постоянным местом работы, и он оставался в Миннесоте до своей отставки в 1962 г., несмотря на попытки других учреждений (в том числе его родного университета Утрехта) привлечь его. То, что Кольтгоф полностью оправдал своё обещание, можно проиллюстрировать следующими данными: на момент выхода на пенсию он опубликовал 809 научных работ; в течение последующих 30 лет он написал ещё 136 трудов.
Семья Его мать Розетта Вейзенбек и старшая сестра Элизабет Роза Вейлер (с мужем и двумя детьми), оставшиеся в Нидерландах, стали жертвами Холокоста: в 1942 году их депортировали в концентрационный лагерь Собибор, где они в 1943 году погибли. Муж сестры — Якоб Самуэл Вейлер (1884—1943) — литературовед, специалист по французской литературе, автор монографии о Исааке де ПинтоJacob Samuel Wijler.
Сын его брата Абрахама — Барух Дик Кольтгоф (1922—2010) — стал известным переводчиком и литераторомDick Kolthoff.
Научная деятельность Можно сказать, что Кольтгоф появился на сцене аналитической химии в подходящее время, так как необходим был кто-то, способный модернизировать эту дисциплину. К 1915 году аналитическая химия была уже достаточно хорошо развита, ключевые элементы основных принципов существовали и в других дисциплинах, в частности, физической химии, биохимии, фармацевтике. Одним из наиболее значимых достижений Кольтгофа было то, что он обратил внимание на этот факт и начал дальнейшие разработки по применению этих основ для исследования различных процессов с аналитической точки зрения. При этом он всегда внимательно следил за новыми исследованиями в других областях. В 1978 году в своей статьеKolthoff I. M. Development of analytical chemistry as a scientific discipline. In Treatise on Analytical Chemistry, pp. 1-28, part I, 2nd ed., vol. I, eds. I. M. Kolthoff and P. J. Elving. New York: John Wiley, 1978. Кольтгоф обобщил важнейшие аспекты исследований учёных из смежных областей, которые послужили значительным вкладом в развитие аналитической химии: работы Гиббса (термодинамика, правило фаз), Вант-Гоффа (стереохимия, кинетика), Аррениуса (электролитическая диссоциация), Нернста (электрохимия) и Бьеррума (электрохимия, принципы кислотно-основных реакций). Значение этих работ для аналитической химии ещё не было оценено в то время, когда Кольтгоф начинал свои исследования, и одним из его главных достижений было то, что он объединил такие разнообразные результаты и развил на их основе многие аналитические методы. Исследования Кольтгофа характеризуются большим разнообразием и глубиной проникновения в саму суть процессов. Ниже представлены основные области, в которых Кольтгоф достиг значительных результатов.
Реакции с переносом протона: рН, титрование, индикаторы, буферы Первая работа Кольтгофа, посвящённая титрованию фосфорной кислоты как одно- и двухосновной появилась в 1915 году. За этим последовал ряд работ, посвященных как фундаментальным, так и прикладным аспектам реакций с переносом протона. В 1922 году Кольтгоф издал свою первую монографию: «Der Gebrauch von Farbenindikatoren». Эта книга пережила несколько немецких изданий, была переведена на английский язык Н. Фурманом из Принстонского университета, и, наконец, была издана в расширенной версии в 1937 году С. Розенблюмом как соавтором под названием «Acid-Base Indicators».
Перенос электрона и реакции осаждения За докторской работой Кольтгофа по основам йодометрии последовали 19 публикаций в 1919 и 1920 ггKolthoff I. M. Iodometric studies. XIX. // Pharm. Weekbl. 1920. V. 57. P. 53 — 65Kolthoff I. M. Oxidation potential of a ferri — ferrocyanide solution. // Z. anorg. Chem. 1920. V. 110. P. 143—152. В этих работах рассмотрены разнообразные реакции, протекающие при йодометрии, механизмы этих реакций, побочные реакции и погрешности титрования. В данный период Кольтгоф также интенсивно работал над кондуктометрическими (1918) и потенциометрическими (1920) методами, итогом исследований стали две монографии, написанные в соавторстве с Н. Фурманом: «Konduktometrische Titrationen» и «Potentiometric Titrations». В то же время он продолжал свои фундаментальные исследования классических методов, в 1927—1928 гг. были изданы два тома «Massanalyse». Эта монография была переведена на несколько языков и в течение 1942—1958 гг. была издана в расширенном трёхтомном издании.
Образование и свойства осадков Кольтгоф уделял большое внимание тщательному изучению формирования и свойств осадков. В 1920—1921 гг. он опубликовал 9 работ, посвящённых роли адсорбции в аналитической химииKolthoff I. M. Estimation of the adsorption power of charcoal. HgCl2, Hg(CN)2. PhOH used as standarts. // Pharm. Weekbl. 1921. V. 58. P. 630—656Kolthoff I. M. The significance of adsorption in analytical chemistry. V. Adsorption by filter paper of salts of alkalies, alkaline earths and alkaloids. Experimental. // Pharm. Weekbl. 1921. V. 58. P. 94 — 101Kolthoff I. M. The significance of adsorption in analytical chemistry. VI. Adsorption of lead and copper by filter paper. // Pharm. Weekbl. 1921. V. 58. P. 152—159Kolthoff I. M. The significance of adsorption in analytical chemistry. VII. Adsorption of silver — mercury and other metals. // Pharm. Weekbl. 1921. V. 58. P. 233—241. По прошествии 11 лет он возобновил исследования в этой области в университете Миннесоты. Он изучал старение осадков, выяснил, что имеет возможно проводить очистку методом перекристаллизации, исследовав этот метод с помощью радиоактивных индикаторов: тория и брома, активированного нейтронами от радон-бериллиевых источников. В период 1932—1948 гг. он опубликовал 37 работ по старению осадков и соосаждениюKolthoff I. M. The theory of coprecipitation — formation and properties of crystalline precipitates. // J. Phys. Chem. 1932. V. 36. P. 860—881Kolthoff I. M., Sandell E. B. Coprecipitation. IV—VI. // J. Phys. Chem. 1933. V. 37. P. 443 — 58, 459 — 73, 723 — 33Kolthoff I. M. Perfection and agglomeration of crystalline precipitates on aging. // Science. 1934. V. 84. P. 376—377.Kolthoff I. M., Shapiro I. Studies on aging of precipitates and coprecipitation. XLI. The bulkiness and porosity of silica powder. // J. Phys. Colloid Chem. 1948. V. 52. P. 1020—1033. Он продолжал эти исследования, но в несколько меньших масштабах вплоть до 1960 года.
Вольтамперометрия Кольтгоф заинтересовался вольтамперометрией в 1933 году, когда Я. Л. Гейровский, изобретатель полярографии, будущий нобелевский лауреат, посетил Миннеаполис. Двое из лучших студентов Кольтгофа, Лингейн и Лайтинен начали выполнять работы по вольтамперометрии: Лингейн — по основам ртутного капающего электрода, Лайтинен — по твёрдым микроэлектродам. В 1939 году Кольтгоф и Лингейн опубликовали 94-страничную статью в Chemical ReviewsKolthoff I. M., Lingane J. J. The fundamental principles and applications of electrolysis with the dropping mercury electrode and Heyrovsky’s polarographic method of chemical analysis. // Chem. Rev. 1939. V. 24. P. 1 — 94.. Вслед за этим в 1941 году вышла монография Кольтгофа в соавторстве с Лингейном «Polarography», в 1952 году она была расширена до двух томов. Кольтгоф с несколькими своими учениками продолжал изучать вольтамперометрию как в водных, так и в неводных средах и в 1960-х гг.
Эмульсионная полимеризация