尤斯蒂斯·馮·李比希(德國化學(xué)家)
尤斯圖斯·馮· 李比希 ,男爵(Justus von Liebig,1803年5月12日出生于德國達姆施塔特,1873年4月18日逝世于德國慕尼黑)是一位德國化學(xué)家,他最重要的貢獻在于農業(yè)和生物化學(xué),他創(chuàng )立了有機化學(xué)。因此被稱(chēng)為“有機化學(xué)之父”。作為大學(xué)教授,他發(fā)明了現代面向實(shí)驗室的教學(xué)方法,因為這一創(chuàng )新,他被譽(yù)為歷史上最偉大的化學(xué)教育家之一。他發(fā)現了氮對于植物營(yíng)養的重要性,因此也被稱(chēng)為“肥料工業(yè)之父”。
人物簡(jiǎn)介
德國著(zhù)名的化學(xué)家、化學(xué)教育家李比希1803年5月12日生于德國達姆斯塔特(Darnistadt)一個(gè)經(jīng)營(yíng)藥物、染料及化學(xué)試劑的小商人家庭。兒童時(shí)代,李比希隨父親制造過(guò)家庭藥物和涂料,后來(lái)又當過(guò)藥劑師的徒弟。少年時(shí)代的李比希對當時(shí)德國學(xué)校正規化、公式化一套的陳舊教育感到乏味,但卻酷愛(ài)閱讀化學(xué)書(shū)籍和動(dòng)手做化學(xué)試驗。
1820年在波恩大學(xué)學(xué)習,上了大學(xué)他來(lái)到了波恩,進(jìn)入埃爾蘭根大學(xué)并于1822年取得博士學(xué)位。1822年獲哲學(xué)博士學(xué)位。同年到巴黎,常聽(tīng)J.-L. 蓋-呂薩克和P.-L.杜隆等化學(xué)家的講演。不久就在蓋-呂薩克的實(shí)驗室中工作。1824年回到德國,任吉森大學(xué)化學(xué)教授,創(chuàng )立了吉森實(shí)驗室。1824年完成了一系列雷酸化合物的研究。此時(shí)韋勒正在研究氰化物。他們分別寫(xiě)的文章同時(shí)在蓋呂薩克主編的雜志上發(fā)表,蓋呂薩克指出這兩類(lèi)不同的化合物具有相同的分子式。這是化學(xué)家首次發(fā)現不同化合物具有同樣的分子式,從此誕生了“同分異構體”這個(gè)名詞。同時(shí)也以此為契機與韋勒成為終生不渝的密友。從這一年開(kāi)始他在一個(gè)叫吉森的小城的大學(xué)里教書(shū),開(kāi)創(chuàng )性地建立了學(xué)生普通實(shí)驗室。
李比希以極大的熱情投入了有機化學(xué)。1840年當選為英國皇家學(xué)會(huì )會(huì )員。1842年榮譽(yù)當選為法國科學(xué)院院士。1852年李比希任慕尼黑大學(xué)教授。當時(shí)中歐處于反動(dòng)時(shí)期,李比希由于持有自由派的觀(guān)點(diǎn)并積極參與政治活動(dòng)而被通緝。他不得不離開(kāi)波恩到了巴黎,在那里得到德國科學(xué)界泰斗洪堡的幫助和推薦到蓋呂薩克的實(shí)驗室工作。
1873年4月18日卒于慕尼黑。
青年時(shí)代
不遠千里到波恩求學(xué),他的第一個(gè)老師是卡斯特納。后來(lái),李比希又轉到埃爾蘭根大學(xué)學(xué)習,并于1822年獲博士學(xué)位,博士論文的題目是《論雷酸汞的成分》。獲博士學(xué)位以后,他又到法國巴黎繼續深造。經(jīng)洪堡(A·Von·Htmboldt,1769一1859)教授推薦,他進(jìn)入了蓋·呂薩克實(shí)驗室進(jìn)行研究工作。
在1822一1824兩年的研究中,在探索各種有機化合物的同時(shí),他系統地研究了雷酸鹽。找到了防止雷酸鹽爆炸的填充劑,發(fā)現用烘焙過(guò)的苦土(MgO)與雷酸鹽相混和,可以非常有效地防止雷酸鹽爆炸。李比希在1823年6月23日向科學(xué)院報告了他的研究成果。當時(shí),會(huì )議主持人洪堡教授對李比希說(shuō):“您的研究不僅本身具有重要意義,更重要的是這一成果使人們感到,您是一位有杰出才干的人?!?/p>
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前期
擔任了吉森(Giessen)大學(xué)編外教授,兩年以后升為正式教授,當時(shí)他年僅22歲。
李比希在化學(xué)上建樹(shù)極多,除雷酸鹽的研究成果之外, 1829年發(fā)現了馬尿酸,18N年合成了氯醛和氯仿,1832年和維勒鑒定苯乙?;?834年提出乙醇、乙醚等,都可視為乙基的化合物,并命名了乙基(C2H5一)。
后期
李比希和法國化學(xué)家杜馬合作,在1837年10月23日呈送法國科學(xué)院的論文中指出:“無(wú)機化學(xué)中的‘基’是簡(jiǎn)單的多有機化學(xué)中的‘基’是化合物,這是二者的不同點(diǎn)。但是,在無(wú)機化學(xué)和有機化學(xué)中,化學(xué)的規律是一樣的?!?838年,李比希還給“基”下了如下的定義。
1.有機化學(xué)中的“基”是一系列化合物中不變的部分。
2.“基”在化合物中,可被元素置換。
3.置換“基”的元素,可以被其他元素所取代。
一個(gè)原子團滿(mǎn)足以上三個(gè)條件中的兩條就可以稱(chēng)為“基”。從此,有機化學(xué)中“基”的概念就確定了。
1837年,李比希還提出了有關(guān)多元酸的理論,開(kāi)展了對有機酸的研究,說(shuō)明了酸和氫的內在聯(lián)系。1839年,李比希研究了“發(fā)酵”和“腐敗”問(wèn)題,對“發(fā)酵”和“腐敗”做了理論說(shuō)明。同時(shí),他還研究了尿酸的衍生物、生物堿、氨基酸、胱胺、肌酸等多種有機化合物的結構和性質(zhì)。
人物貢獻
分析化學(xué)
他作過(guò)大量的有機化合物的準確分析,改進(jìn)了有機分析的若干方法,定出大批化合物的化學(xué)式,發(fā)現了同分異構現象。他在化學(xué)上的重要貢獻還有:1829年發(fā)現并分析馬尿酸;1831年發(fā)現并制得氯仿和三氯乙醛;1832年與F.維勒共同發(fā)現安息香基并提出基團理論,為有機結構理論的發(fā)展作出貢獻;1839年提出多元酸理論。1840年以后的30年里,他轉而研究生物化學(xué)和農業(yè)化學(xué)。他用實(shí)驗方法證明:植物生長(cháng)需要碳酸、氨、氧化鎂、磷、硝酸以及鉀、鈉和鐵的化合物等無(wú)機物;人和動(dòng)物的排泄物只有轉變?yōu)樘妓?、氨和硝酸等才能被植物吸收。這些觀(guān)點(diǎn)是近代農業(yè)化學(xué)的基礎。他大力提倡用無(wú)機肥料來(lái)提高收成。他還認為動(dòng)物的食物不但需要一定的數量,還需要各種不同的種類(lèi),或有機物或無(wú)機物,而且須有相當的比例。他又證明糖類(lèi)可生成脂肪。還提出發(fā)酵作用的原理。李比希一生共發(fā)表了318篇化學(xué)和其他科學(xué)的論文。著(zhù)有《有機物分析》、《生物化學(xué)》、《化學(xué)通信》、《化學(xué)研究》、《農業(yè)化學(xué)基礎》、《關(guān)于近世農業(yè)之科學(xué)信件》等。他還和維勒合編了《純粹與應用化學(xué)詞典》。1831年創(chuàng )辦《藥物雜志》并任編輯,1840年后此雜志改名為《化學(xué)和藥物雜志》,他和維勒同任編輯。
當時(shí)有機物的分析技術(shù)還相當落后,他改進(jìn)并完善了由蓋呂薩克和泰納爾提出的有機物燃燒分析法,使之根據產(chǎn)生的二氧化碳和水的量能夠精確的確定碳和氫的含量。后來(lái)杜馬又發(fā)明測定有機氮的好方法,這樣就形成了完整的有機分析體系。吉森這個(gè)小地方也成為當時(shí)世界的化學(xué)中心,對19世紀德國成為化學(xué)強國起著(zhù)重要作用。1845年他被封為男爵,1852年后因健康惡化而退出教學(xué)工作,但仍然從事力所能及的研究工作。并開(kāi)始對生物化學(xué)產(chǎn)生了興趣,對生命的活力是由體內食物氧化產(chǎn)生的能量提供的觀(guān)點(diǎn)之建立起了積極作用。然而對發(fā)酵過(guò)程的理解卻和貝采利烏斯犯了同樣的錯誤。在對農業(yè)化學(xué)方面,他也是成功和失敗并存。首先他正確地指出:土地肥力喪失的主要原因是,植物消耗了土壤里的生命所必需的礦物成分,諸如鈉、鈣、磷等。他還是第一個(gè)主張用化肥代替天然肥料進(jìn)行施肥的人。不過(guò),他錯誤的認為植物所必需的氮是從大氣中直接吸收的,所以在他的化肥配料表中沒(méi)有加入氮化物。這一點(diǎn)后來(lái)被糾正了,從而使農業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了巨大的飛躍。
教學(xué)改革
李比希對化學(xué)教學(xué)一貫盡心竭力,自1824年回國后,他發(fā)現德國的化學(xué)教育落后于法國,許多德國大學(xué)沒(méi)有化學(xué)教授,化學(xué)課由醫學(xué)博士講授?;瘜W(xué)實(shí)驗教學(xué)的條件就更差了,全國只有湯姆遜設立的一處實(shí)驗室,一些著(zhù)名化學(xué)家的實(shí)驗室,都是私人性質(zhì)的。只能接受一兩名學(xué)生做專(zhuān)題研究。
李比希從巴黎回國擔任了吉森大學(xué)的化學(xué)教授,立即著(zhù)手實(shí)施一項前所未聞的計劃,那就是改革德國的傳統化學(xué)教育體制與教學(xué)方式,探索造就新一代化學(xué)家的方法。當時(shí)德國大學(xué)中的化學(xué)教育,通常是把化學(xué)知識混雜在自然哲學(xué)中講授,而且沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的化學(xué)教學(xué)實(shí)驗室,學(xué)生得不到實(shí)驗操作的訓練。李比希深知,作為一個(gè)真正的化學(xué)家僅有哲學(xué)思辨是不夠的,化學(xué)知識只有從實(shí)驗中獲得。而這種實(shí)驗訓練在那時(shí)的德國大學(xué)中還得不到。于是李比希下決心借鑒國外化學(xué)實(shí)驗室的經(jīng)驗,在吉森建立一個(gè)現代化的實(shí)驗室,讓一批又一批的青年人在那里得到訓練,從中培養出一代化學(xué)家。吉森實(shí)驗室是一座供化學(xué)教學(xué)使用的實(shí)驗室,它向全體學(xué)生開(kāi)放,可以同時(shí)容納22名學(xué)生做實(shí)驗,并在化學(xué)實(shí)驗過(guò)程的同時(shí)進(jìn)行講授,講臺的兩側有各種實(shí)驗設備和儀器,可以方便地為聽(tīng)講人做各種演示實(shí)驗。
為了發(fā)展化學(xué)教學(xué),李比希還用新的體系編制了化學(xué)教學(xué)大綱。他認為,化學(xué)不僅是一門(mén)實(shí)驗科學(xué),同時(shí)直接關(guān)系到國家的命運和人民的生活。所以他認為:“學(xué)習化學(xué)的真正中心,不在于講課,而在于實(shí)際工作?!痹摯缶V規定:開(kāi)始,學(xué)生在學(xué)習講義的同時(shí)還要做實(shí)驗,先使用已知化合物進(jìn)行定性分析和定量分析,然后從天然物質(zhì)中提純和鑒定新化合物以及進(jìn)行無(wú)機合成和有機合成;學(xué)完這一課程后,在導師指導下進(jìn)行獨立的研究作為畢業(yè)論文項目;最后通過(guò)鑒定獲得博士學(xué)位。他要求他的學(xué)生既會(huì )定性分析,又會(huì )定量分析,然后自行制備各種有機化合物。這樣就可以培養出較強的實(shí)際工作能力。李比希這種讓學(xué)生在實(shí)驗室中從系統訓練逐步轉入獨立研究的教學(xué)體制,在他之前并未被人們認識到,而它為近代化學(xué)教育體制奠定了基礎。由于這一實(shí)驗室培養出一大批第一流的化學(xué)人才,所以成了全世界化學(xué)化工工作者注目和向往的地方。李比希實(shí)驗室科研和教學(xué)的風(fēng)格,很快傳遍了全世界。
化學(xué)教學(xué)大綱的編制和李比希熱誠而嚴謹的治學(xué),使得化學(xué)教育運動(dòng)在德國比在其他任何地方以更大的勢頭和更深遠的影響發(fā)展起來(lái),從而吸引著(zhù)四面八方的學(xué)生擁向吉森大學(xué),聚集于李比希門(mén)下。
在李比希的精心指導下,通過(guò)實(shí)驗室中的系統訓練培養出了一大批聞名于世的化學(xué)家。其中名列前茅的有為染料化學(xué)和染料工業(yè)奠定基礎的霍夫曼、發(fā)現鹵代烷和金屬鈉作用制備烴的武慈、提出苯環(huán)狀結構學(xué)說(shuō)為有機結構理論奠定堅實(shí)基礎而被譽(yù)為“化學(xué)建筑師”的凱庫勒,以及被門(mén)捷列夫譽(yù)為“俄國化學(xué)家之父”的沃斯克列先斯基,此外還有俄國的齊寧、法國的日拉爾、英國的亞歷山大·威廉·威廉姆遜等。值得指出的是這些學(xué)生還在本國仿效吉森的做法,建立了一批面向學(xué)生的教學(xué)實(shí)驗室,使吉森的化學(xué)教育模式在全世界得到積極推廣,培養出眾多著(zhù)名的化學(xué)家,并形成了吉森一李比希學(xué)派,為世界化學(xué)發(fā)展作出了巨大貢獻。
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