高中生物学教材中的科学家 第36期 | 李比希
尤斯图斯·冯·李比希（justus von liebig，1803-1873年），德国化学家，化学教育家。他最重要的贡献在于农业和生物化学，创立了有机化学，因此被称为“有机化学之父”。动作大学教授，他发明了现代面向实验室的教学方法， 被誉为历史上最伟大的化学教育家之一。他发现了氮对于植物营养的重要性，因此也被称为“肥料工业之父”。
1803年5月12日，李比希生于德国的达姆斯塔特，父亲是一个染料制造商，家中有许多化学药品。小小的李比希经常自己动手做化学实验，他对实验和观察有着浓厚的兴趣。后来他把父亲店铺后边的厨房改造成自己的实验室，自己在阁楼上偷偷做雷酸盐的实验。有一次他在做雷酸汞的尝试时引起了爆炸，震动了整个楼房，屋顶的一角也被炸毁了，但他本人没有受伤。对于这件事，李比希的父亲并没有责备他，反而说他有胆量、有追求精神。每当李比希回忆往事时，他都深有感触他说：童年的化学实验，激发了他的想象力和对化学的热爱。
晚年已经功成名就的李比希，作为贵族经常出入皇宫，由于他生平多次炸毁实验室的名声，多次受邀给贵族们表演爆炸实验。据说有好几次，李比希没有控制好化学制剂的计量，把王妃和亲王的脸都炸伤了（没有证据表明，出名化学家是否因为不愿意表演而故意炸伤别人）。甚至还有一次，受邀参加贵族舞会的李比希，由于时间仓促，拿起实验室的煤焦油充当鞋油，当时的贵族哪见过这阵仗，直接捂着鼻子集体劝退，舞会也因此泡汤。
1820年，李比希不远千里到波恩求学，他的第一个老师是卡斯特纳。后来，李比希又转到埃尔兰根大学学习，并于1822年获博士学位，博士论文的题目是《论雷酸汞的成分》。获博士学位以后，他又到法国巴黎继续深造。经洪堡特教授推荐，他进入了盖-吕萨克实验室进行研究工作。在两年的研究中，在探索各种有机化合物的同时，他系统地研究了雷酸盐。找到了防备雷酸盐爆炸的填充剂，发现用烘焙过的苦土(mgo)与雷酸盐相混和，可以非常有效地防止雷酸盐爆炸。李比希向科学院报告了他的研究成果。当时，会议主持人洪堡特教授对李比希说：“您的研究不仅本身具有重要意义，更重要的是这一成果使人们感到，您是一位有杰出才干的人。”
图1 李比希的导师吕萨克
法国大学学风严谨，对科学实验的规范性极为重视，导师吕萨克也是言传身教，他对李比希的影响是极其正直、严谨、科学的态度以及生活作风，这一切对李比希产生了一生的影响。在吕萨克实验室，李比希又结束搞起了雷酸盐实验，但这一次不再是瞎捣鼓摔炮、炸药什么的，而是对这些雷酸盐进行精密分析。吕萨克对这位来自德国邦联的年轻学子大加赞赏。
李比希也在1823年的一次法国科学院的学术活动认识了德国邦联的学术泰斗洪堡。由于李比希的出色表现以及洪堡的推荐，李比希被吕萨克吸收到自己的私人实验室，就这样，李比希的业务能力得到了进一步的提升。在吕萨克的私人实验室，他掌握了多种复杂的化学分析法子，并且学会了系统设计、整体把握，将一种学问往高深精处发展研究。在法国，李比希还认识了同样来自德国邦联的另一位伟大化学家——贝采里乌斯的“忤逆”弟子维勒。他俩自此结成了长达四十几年的友谊，共同为德国的化学事业做出贡献。
1824年，李比希回到德国，担任了吉森大学编外教授，两年以来升为正式教授，当时他年仅23岁。
李比希在化学上建树极多，除雷酸盐的研究成果之外， 1829年发现了马尿酸，接着合成了氯醛和氯仿，1832年和维勒鉴定出苯乙酰基，1834年提出乙醇、乙醚等都可视为乙基的化合物，并定名了乙基（-c2h5）。1838年，李比希还给“基”下了如下的定义：
（1）有机化学中的“基”是一系列化合物中不变的局部。
（2）“基”在化合物中，可被元素置换。
（3）置换“基”的元素，不妨被其他元素所取代。
李比希认为，一个原子团满足以上三个条件中的两条就可以称为“基”。今后，有机化学中“基”的概念就确定了。
1837年，李比还提出了有关多元酸的理论，开展了对有机酸的研究，说明了酸和氢的内在联系。1839年，李比希研究了“发酵”和“腐败”问题，对“发酵”和“腐败”做了理论说明。同时，他还研究了尿酸的衍生物、生物碱、氨基酸、胱胺、肌酸等多种有机化合物的结构和性质。1840年，李比希结束研究生物化学和农业化学。他用实验方法证明了，植物生长需要碳酸、氨、氧化镁、磷、硝酸以及钾、钠和铁的化合物等无机物；人和动物的排泄物只有转变为碳酸、氨和硝酸等才能被植物吸收。他还提出土地肥力丧失的主要原因是植物消耗了土壤中生命所必需的钠、钙、磷等矿物成分。
在农业化学方面，李比希提出了植物矿质营养学说、归还律学说和最小养分定律三大学说。其中植物矿质营养学说认为，土壤中的矿物质是一切绿色植物的唯一养料，并指出植物生长需要氮、磷、钾等基本元素，这奠定了农业化学的基础。归还律学说认为，只要用矿质肥料将植物吸收的矿质养分归还给土壤，就能保住土壤的肥力。最小养分定律认为，植物产量的高低决定于最小的养分因子。同时，他提出了N、P、K三种元素对植物的生长至关重要。
人们根据李比希的植物矿质营养学说，创立了化肥工业，从而发展了化学农业，极大提升了农业的产量。19世纪中叶世界化肥工业开始起步。1841年英国劳斯发明过磷酸钙，从处理天然磷酸钙而得。1854年，英国首先生产出磷肥。1861年，德国首次开采出钾盐，用于农业生产。1864年，法国威尔建议使用人造肥料。1906年，挪威伊德罗发明硝酸肥。1908年，德国化学家弗里茨哈伯发明了合成氨技术。1910年，巴斯夫建立了世界上第一座和承担合成氨工厂。1913年进一步建成世界上第一座合成氨工业化工厂。
李比希对化学教学一贯尽心竭力，1824年回国后，他发现德国的化学教育远远落后于法国，许多德国大学没有化学教授，化学课都是由医学博士讲授。化学实验教学的条件就更差了，全国只有汤姆逊设立的一处实验室，一些著名化学家的实验室都是私人性质的，只能接受一两名学生做专题研究。为了改变这种情况，李比希加强了对实验室建设和化学教学法的研究，使化学教学真正具备了实验科学的特色。他的努力得到了校方和国家的支持，经过两年努力，他在吉森大学建立了一个完善的实验教学系统，实验室可以同时容纳22名学生做实验，教室可以供120人听讲，讲台的两侧有各种实验设备和仪器，可以方便地为听讲人做各种演示实验。
图2 李比希在吉森大学建立的实验室
李比希建立的实验室后来被称为“李比希实验室”，由于这一实验室培养出一大批第一流的化学人才，所以成了全世界化学化工工作者注目和向往的地方。李比希实验室科研和教学的风格，很快传遍了全世界。
图3 李比希设计的燃烧装置
（将有机物和CuO混合后放在最左端的燃烧架上进行充分燃烧，在b管中放入CaCl2吸收H2O，d中放入KOH吸收CO2，实验结束，测定d中的增加重量便可获知CO2的量）
为了发展化学教学，李比希还采用新的体系编制了化学教学大纲。他认为，化学不仅是一门实验科学，同时直接关系到国家的命运和人民的生活。所以他认为：“学习化学的真正中心，不在于讲课，而在于实际工作。”他要求他的学生既会定性分析，又会定量分析，然后自行制备各种有机化合物。这样就可以培养出较强的实际工作能力。
李比希一生为化学事业培养了一大批第一流的化学家，俄国的齐宁、法国的日拉尔、英国的威廉姆逊、德国的霍夫曼、凯库勒，此外象富兰克兰、武兹等都是李比希的学生。
李比希一生获得过许多荣誉， 1860年被选为巴伐利亚科学院院长，还曾被选为德国、法国、英国、俄国、瑞典等国家科学院的院士或名誉院士。
1873年4月18日，李比希因感冒逝于德国的慕尼黑。
1. 关于发酵理论之争
17世纪后期，荷兰商人列文虎克用显微镜观察酿制啤酒时沉淀下来的酵母，发现它是由很多球形或卵球形小颗粒组成。随着显微镜制造技术的提高，陆续有法国科学家拉图尔、德国生物学家施旺等发现啤酒酵母，并且观察到它们有细胞结构，能出芽生殖。他们通过观察发现，酒精发酵与酵母菌增殖总是相伴而生，因此认为酒精发酵可能是由酵母菌细胞的生命活动引起的。为此施旺还为这种微生物取名为“糖真菌”，于是争论一方的观点就此形成，此观点被人们称为“生命说”。
19世纪，人们在化学领域中关于无机物和有机物关系的研究方面取得巨大进展，维勒在实验室中合成尿素，科尔比第一个完全在体外合成有机物。这些成就使得化学家有信心解释发生在生物体内的一些变化。他们发现发酵过程中总有两类物质：一类是可发酵物质（如淀粉、蛋白质等），另一类是与蛋白质类似的含氮有机物。而且发酵过程投入的原料（反应物）和发酵产物之间存在明确的对应关系，这使得化学家坚信发酵就是化学变化过程。因而争论的另一方观点也正式形成，被称为“化学说”。两排相互独立，由此展开了一场长达50年之久的学术争论。
在著名化学家巴拉发现元素溴的前四年（1822年），李比希曾收到一瓶棕红色的液体，这是一位德国商人给他的，据说是海藻灰的滤液。商人希望李比希能分析说明这瓶液体的成分。以当时李比希的实验设备和实验技术，完全有条件从这瓶液体中发现新元素溴。但是，李比希没有做认真的化学分析，只用肉眼看了看，就匆忙断定，瓶中之物是“氯化碘”然后就把这瓶液体放在柜子里，一放就是四年。
1826年8月14日，法国化学家巴拉宣布，发现了新元素溴，这种元素性质介于氯和碘之间，这一发现，震惊了化学界。李比希看到了巴拉的报告以后，顿时想起四年前他放到柜子里的那瓶“氯化碘”，他赶紧翻箱倒柜，找出了那瓶棕色液体，认真地进行了化学分析，分析结果使他激动又痛心。原来，那瓶棕色液体不含有氯，也不含有碘，更不是他猜测的“氯化碘”，其成分正是巴拉发现的新元素溴。如果四年前李比希采取严格的科学态度，认真分析那瓶棕色液体，那么发现元素溴的不是巴拉，而将是李比希。
一个重大的科学发现，李比希失之交臂，他懊悔极了，恨自己粗心大意，恨自己进行了大半辈子的化学研究，却缺乏严格的科学态度。他为了警诫自己，特别把那瓶棕色液体放在原来的柜子里，并把柜子搬到大厅中，在上面贴上一个工整的字条：“错误之柜”。
李比希用“错误之柜”警示自己，教育学生。李比希逝世后，学术界对他十分怀念。人们把吉森大学李比希工作过的地方，改为李比希纪念馆，把李比希看成有机化学、生物化学和农业化学的开路人。
李比希是19世纪最著名和最有成果的化学家，对无机化学、有机化学、生物化学、农业化学都做出了卓越的贡献。他发明和改进了有机分析的方法，准确地分析过大量的有机化合物，合成过氯仿(CHCl3)、三氯乙醛(CCl3CHO)和多种有机酸，他还曾与他人合作，提出了化合物基团的概念以及多元酸的理论。1840年李比希发表了他最重要的关于农业化学的书，开创了农业化学的研究提出植物需要氮、磷，钾等基本元素，研究了提高土壤肥力的问题。为了普及化学知识，他从1841年开始不定期地在《奥格斯堡汇报》上发表科普性的、名为《化学邮件》的小文，获得很大欢迎。因此，他被农学界称为“农业化学之父”。
李比希是第一个将试验引入自然科学教学的人。通过他的研究他改善了化学中的分析方法，使得化学成为一门精确的学术。他一生从没有获得过诺贝尔化学奖，因为在他去世三十年后诺贝尔奖才创立，但是在最早的60名诺贝尔化学奖获得者中有42人是他的学生的学生。
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