高中生物科學家小故事化學家李比希

化學家李比希尤斯圖斯·馮·李比希（JustusvonLiebig，1803-1873年），德國化學家，化學教化家。他最重要的貢獻在于農(nóng)業(yè)和生物化學，創(chuàng)立了有機化學，因此被稱為“有機化學之父”。作為高校教授，他獨創(chuàng)了現(xiàn)代面對試驗室的教學方法，

被譽為歷史上最宏大的化學教化家之一。他發(fā)覺了氮對于植物養(yǎng)分的重要性，因此也被稱為“肥料工業(yè)之父”。1803年5月12日，李比希生于德國的達姆斯塔特，父親是一個染料制造商，家中有很多化學藥品。小小的李比希常常自己動手做化學試驗，他對試驗和視察有著深厚的愛好。后來他把父親店鋪后邊的廚房改造成自己的試驗室，自己在閣樓上偷偷做雷酸鹽的試驗。有一次他在做雷酸汞的試驗時引起了爆炸，振動了整個樓房，屋頂?shù)囊唤且脖徽Я耍救藳]有受傷。對于這件事，李比希的父親并沒有責怪他，反而說他有膽識、有追求精神。每當李比?；貞浲聲r，他都深有感受他說：童年的化學試驗，激發(fā)了他的想象力和對化學的酷愛。晚年已經(jīng)功成名就的李比希，作為貴族常常出入皇宮，由于他生平多次炸毀試驗室的名聲，多次受邀給貴族們表演爆炸試驗。據(jù)說有好幾次，李比希沒有限制好化學制劑的計量，把王妃和親王的臉都炸傷了（沒有證據(jù)表明，聞名化學家是否因為不情愿表演而有意炸傷別人）。甚至還有一次，受邀參與貴族舞會的李比希，由于時間倉促，拿起試驗室的煤焦油充當鞋油，當時的貴族哪見過這陣仗，干脆捂著鼻子集體勸退，舞會也因此泡湯。1820年，李比希不遠千里到波恩求學，他的第一個老師是卡斯特納。后來，李比希又轉(zhuǎn)到埃爾蘭根高校學習，并于1822年獲博士學位，博士論文的題目是《論雷酸汞的成分》。獲博士學位以后，他又到法國巴黎接著深造。經(jīng)洪堡特教授舉薦，他進入了蓋-呂薩克試驗室進行探討工作。在兩年的探討中，在探究各種有機化合物的同時，他系統(tǒng)地探討了雷酸鹽。找到了防止雷酸鹽爆炸的填充劑，發(fā)覺用烘焙過的苦土（MgO）與雷酸鹽相混和，可以特別有效地防止雷酸鹽爆炸。李比希向科學院報告了他的探討成果。當時，會議主持人洪堡特教授對李比希說：“您的探討不僅本身具有重要意義，更重要的是這一成果使人們感到，您是一位有杰出才能的人?！眻D1李比希的導師呂薩克法國高校學風嚴謹，對科學試驗的規(guī)范性極為重視，導師呂薩克也是言傳身教，他對李比希的影響是極其正直、嚴謹、科學的看法以及生活作風，這一切對李比希產(chǎn)生了一生的影響。在呂薩克試驗室，李比希又起先搞起了雷酸鹽試驗，但這一次不再是瞎搗鼓摔炮、炸藥什么的，而是對這些雷酸鹽進行精密分析。呂薩克對這位來自德國邦聯(lián)的年輕學子大加贊許。李比希也在1823年的一次法國科學院的學術(shù)活動相識了德國邦聯(lián)的學術(shù)泰斗洪堡。由于李比希的精彩表現(xiàn)以及洪堡的舉薦，李比希被呂薩克汲取到自己的私人試驗室，就這樣，李比希的業(yè)務實力得到了進一步的提升。在呂薩克的私人試驗室，他駕馭了多種困難的化學分析方法，并且學會了系統(tǒng)設(shè)計、整體把握，將一種學問往高深精處發(fā)展探討。在法國，李比希還相識了同樣來自德國邦聯(lián)的另一位宏大化學家——貝采里烏斯的“忤逆”弟子維勒。他倆自此結(jié)成了長達四十幾年的友情，共同為德國的化學事業(yè)做出貢獻。1824年，李比?；氐降聡瑩斄思咝＞幫饨淌?，兩年以后升為正式教授，當時他年僅23歲。李比希在化學上建樹極多，除雷酸鹽的探討成果之外，1829年發(fā)覺了馬尿酸，接著合成了氯醛和氯仿，1832年和維勒鑒定出苯乙?；?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）。1838年，李比希還給“基”下了如下的定義：（1）有機化學中的“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。李比希認為，一個原子團滿意以上三個條件中的兩條就可以稱為“基”。從今，有機化學中“基”的概念就確定了。1837年，李比還提出了有關(guān)多元酸的理論，開展了對有機酸的探討，說明白酸和氫的內(nèi)在聯(lián)系。1839年，李比希探討了“發(fā)酵”和“腐敗”問題，對“發(fā)酵”和“腐敗”做了理論說明。同時，他還探討了尿酸的衍生物、生物堿、氨基酸、胱胺、肌酸等多種有機化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。1840年，李比希起先探討生物化學和農(nóng)業(yè)化學。他用試驗方法證明白，植物生長須要碳酸、氨、氧化鎂、磷、硝酸以及鉀、鈉和鐵的化合物等無機物；人和動物的排泄物只有轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓帷焙拖跛岬炔拍鼙恢参锛橙?。他還提出土地肥力丟失的主要緣由是植物消耗了土壤中生命所必需的鈉、鈣、磷等礦物成分。在農(nóng)業(yè)化學方面，李比希提出了植物礦質(zhì)養(yǎng)分學說、歸還律學說和最小養(yǎng)分定律三高校說。其中植物礦質(zhì)養(yǎng)分學說認為，土壤中的礦物質(zhì)是一切綠色植物的唯一養(yǎng)料，并指出植物生長須要氮、磷、鉀等基本元素，這奠定了農(nóng)業(yè)化學的基礎(chǔ)。歸還律學說認為，只要用礦質(zhì)肥料將植物汲取的礦質(zhì)養(yǎng)分歸還給土壤，就能保住土壤的肥力。最小養(yǎng)分定律認為，植物產(chǎn)量的凹凸確定于最小的養(yǎng)分因子。同時，他提出了N、P、K三種元素對植物的生長至關(guān)重要。人們依據(jù)李比希的植物礦質(zhì)養(yǎng)分學說，創(chuàng)立了化肥工業(yè)，從而發(fā)展了化學農(nóng)業(yè)，極大提升了農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量。19世紀中葉世界化肥工業(yè)起先起步。1841年英國勞斯獨創(chuàng)過磷酸鈣，從處理自然磷酸鈣而得。1854年，英國首先生產(chǎn)出磷肥。1861年，德國首次開采出鉀鹽，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1864年，法國威爾建議運用人造肥料。1906年，挪威伊德羅獨創(chuàng)硝酸肥。1908年，德國化學家弗里茨哈伯獨創(chuàng)了合成氨技術(shù)。1910年，巴斯夫建立了世界上第一座和擔當合成氨工廠。1913年進一步建成世界上第一座合成氨工業(yè)化工廠。李比希對化學教學一貫盡心竭力，1824年回國后，他發(fā)覺德國的化學教化遠遠落后于法國，很多德國高校沒有化學教授，化學課都是由醫(yī)學博士講授。化學試驗教學的條件就更差了，全國只有湯姆遜設(shè)立的一處試驗室，一些聞名化學家的試驗室都是私人性質(zhì)的，只能接受一兩名學生做專題探討。為了變更這種狀況，李比希加強了對試驗室建設(shè)和化學教學法的探討，使化學教學真正具備了試驗科學的特色。他的努力得到了校方和國家的支持，經(jīng)過兩年努力，他在吉森高校建立了一個完善的試驗教學系統(tǒng)，試驗室可以同時容納22名學生做試驗，教室可以供120人聽講，講臺的兩側(cè)有各種試驗設(shè)備和儀器，可以便利地為聽講人做各種演示試驗。圖2李比希在吉森高校建立的試驗室李比希建立的試驗室后來被稱為“李比希試驗室”，由于這一試驗室培育出一大批第一流的化學人才，所以成了全世界化學化工工作者注目和憧憬的地方。李比希試驗室科研和教學的風格，很快傳遍了全世界。圖3李比希設(shè)計的燃燒裝置（將有機物和CuO混合后放在最左端的燃燒架上進行充分燃燒，在b管中放入CaCl2汲取H2O，d中放入KOH汲取CO2，試驗結(jié)束，測定d中的增加重量便可獲知CO2的量）為了發(fā)展化學教學，李比希還采納新的體系編制了化學教學大綱。他認為，化學不僅是一門試驗科學，同時干脆關(guān)系到國家的命運和人民的生活。所以他認為：“學習化學的真正中心，不在于講課，而在于實際工作?！彼笏膶W生既會定性分析，又會定量分析，然后自行制備各種有機化合物。這樣就可以培育出較強的實際工作實力。李比希一生為化學事業(yè)培育了一大批第一流的化學家，俄國的齊寧、法國的日拉爾、英國的威廉姆遜、德國的霍夫曼、凱庫勒，此外象富蘭克蘭、武茲等都是李比希的學生。李比希一生獲得過很多榮譽，1860年被選為巴伐利亞科學院院長，還曾被選為德國、法國、英國、俄國、瑞典等國家科學院的院士或名譽院士。1873年4月18日，李比希因感冒逝于德國的慕尼黑。1.關(guān)于發(fā)酵理論之爭17世紀后期，荷蘭商人列文虎克用顯微鏡視察釀制啤酒時沉淀下來的酵母，發(fā)覺它是由很多球形或卵球形小顆粒組成。隨著顯微鏡制造技術(shù)的提高，接連有法國科學家拉圖爾、德國生物學家施旺等發(fā)覺啤酒酵母，并且視察到它們有細胞結(jié)構(gòu)，能出芽生殖。他們通過視察發(fā)覺，酒精發(fā)酵與酵母菌增殖總是相伴而生，因此認為酒精發(fā)酵可能是由酵母菌細胞的生命活動引起的。為此施旺還為這種微生物取名為“糖真菌”，于是爭辯一方的觀點就此形成，此觀點被人們稱為“生命說”。19世紀，人們在化學領(lǐng)域中關(guān)于無機物和有機物關(guān)系的探討方面取得巨大進展，維勒在試驗室中合成尿素，科爾比第一個完全在體外合成有機物。這些成就使得化學家有信念說明發(fā)生在生物體內(nèi)的一些變更。他們發(fā)覺發(fā)酵過程中總有兩類物質(zhì)：一類是可發(fā)酵物質(zhì)（如淀粉、蛋白質(zhì)等），另一類是與蛋白質(zhì)類似的含氮有機物。而且發(fā)酵過程投入的原料（反應物）和發(fā)酵產(chǎn)物之間存在明確的對應關(guān)系，這使得化學家堅信發(fā)酵就是化學變更過程。因而爭辯的另一方觀點也正式形成，被稱為“化學說”。兩排相互獨立，由此綻開了一場長達50年之久的學術(shù)爭辯。雙方爭辯過程和主要觀點如下：2.“錯誤之柜”在聞名化學家巴拉發(fā)覺元素溴的前四年（1822年），李比希曾收到一瓶棕紅色的液體，這是一位德國商人給他的，據(jù)說是海藻灰的濾液。商人希望李比希能分析說明這瓶液體的成分。以當時李比希的試驗設(shè)備和試驗技術(shù)，完全有條件從這瓶液體中發(fā)覺新元素溴。但是，李比希沒有做仔細的化學分析，只用肉眼看了看，就匆忙斷定，瓶中之物是“氯化碘”然后就把這瓶液體放在柜子里，一放就是四年。1826年8月14日，法國化學家巴拉宣布，發(fā)覺了新元素溴，這種元素性質(zhì)介于氯和碘之間，這一發(fā)覺，震驚了化學界。李比?？吹搅税屠膱蟾嬉院螅鋈幌肫鹚哪昵八诺焦褡永锏哪瞧俊奥然狻?，他抓緊翻箱倒柜，找出了那瓶棕色液體，仔細地進行了化學分析，分析結(jié)果使他激烈又痛心。原來，那瓶棕色液體不含有氯，也不含有碘，更不是他揣測的“氯化碘”，其成分正是巴拉發(fā)覺的新元素溴。假如四年前李比希實行嚴格的科學看法，仔細分析那瓶棕色液體，那么發(fā)覺元素溴的不是巴拉，而將是李比希。一個重大的科學發(fā)覺，李比希失之交臂，他后悔極了，恨自己馬虎大意，恨自己進行了大半輩子的化學探討，卻缺乏嚴格的科學看法。他為了警誡自己，特殊把那瓶棕色液體放在原來的柜子里，并把柜子搬到大廳中，在上面貼上一個工整的字條：“錯誤之柜”。李比希用“錯誤之柜”警示自己，教化學生。李比希逝世后，學術(shù)界對他特別懷念。人們把吉森高校李比希工作過的地方，改為李比希紀念館，把李比?？闯捎袡C化學、生物化學和農(nóng)業(yè)化學的開路人。李比希是19世紀最聞名和最有成果的化學家，對無機化學、有機化學、生物化學、農(nóng)業(yè)化學都做出了卓越的貢獻。他獨創(chuàng)和改進了有機分析的方法，精確地分析過大量的有機化合物，合成過氯仿（CHCl3）、三氯乙醛（CCl3CHO）和多種有機酸，他還曾與他人合作，提出了化合物基團的概念以及多元酸的理論。1840年李比希發(fā)表了他最重要的關(guān)于農(nóng)業(yè)化學的書，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)化