יוסטוס פון ליביג

יוסטוס פון ליביג

יוסטוס פרייהר פון ליביג (Justus Freiherr von Liebig) (12 במאי 1803 – 18 באפריל 1873) היה מדען גרמני שתרם תרומות מרכזיות לתיאוריה, לפרקטיקה ולפדגוגיה של הכימיה, כמו גם לכימיה חקלאית וביולוגית; הוא נחשב לאחד ממייסדיה העיקריים של הכימיה האורגנית. כפרופסור באוניברסיטת גיסן (University of Giessen), הוא פיתח את שיטת ההוראה המודרנית הממוקדת במעבדה, ובזכות חידושים אלו הוא נחשב לאחד ממורי הכימיה הבולטים ביותר בכל הזמנים. הוא תואר כ"אבי תעשיית הדשנים" בשל הדגש ששם על חנקן ומינרלים כחומרי הזנה חיוניים לצמחים, ועל הפצת "חוק המינימום" שלו, הקובע כי צמיחת צמחים מוגבלת על ידי משאב ההזנה הנדיר ביותר, ולא על ידי הכמות הכוללת של המשאבים הזמינים. הוא גם פיתח תהליך ייצור לתמציות בקר, ובהסכמתו נוסדה חברה בשם "חברת תמציות הבשר של ליביג" (Liebig Extract of Meat Company) כדי לנצל את הקונספט; לימים הציגה החברה את קוביות מרק הבקר של המותג אוקסו (Oxo). הוא הפך להפופולרי המצאה קודמת לעיבוי אדים, שנודעה מאוחר יותר בשם "מעבה ליביג" (Liebig condenser).

חיים מוקדמים וחינוך

יוסטוס ליביג נולד בדרמשטאדט למשפחה ממעמד הביניים של יוהאן גאורג ליביג ומריה קרולין מוזר בתחילת מאי 1803. אביו היה סוחר צבעים וציוד טכני שערבב ומכר צבעים, לכות ופיגמנטים, אותם פיתח בסדנה משלו. מילדותו, יוסטוס היה מרותק לכימיה.

בגיל 13, חווה ליביג את "השנה ללא קיץ", כאשר רוב יבולי המזון בחצי הכדור הצפוני הושמדו על ידי חורף וולקני. גרמניה הייתה בין המדינות שנפגעו קשה ביותר ברעב העולמי שבא בעקבות זאת, ועל פי הדיווחים חוויה זו עיצבה את עבודתו המאוחרת של ליביג. בשל החידושים של ליביג בדשנים ובחקלאות, רעב 1816 נודע כ"משבר הקיום הגדול האחרון בעולם המערבי".

ליביג למד בבית הספר לדקדוק "לודוויג-גאורגס-גימנזיום" (Ludwig-Georgs-Gymnasium) בדרמשטאדט, מגיל 8 עד 14. לאחר שעזב ללא תעודת גמר, הוא התלמד במשך כמה חודשים אצל הרוקח גוטפריד פירש (Gottfried Pirsch) (1792–1870) בהפנהיים לפני שחזר הביתה, ייתכן משום שאביו לא יכול היה להרשות לעצמו לשלם על חוזה ההתמחות שלו (חוזה משפטי המשקף או מכסה חוב או התחייבות רכישה). הוא עבד עם אביו במשך השנתיים הבאות, ולאחר מכן למד באוניברסיטת בון, תחת הדרכתו של קארל וילהלם גוטלוב קסטנר, שותפו העסקי של אביו. כשקסטנר עבר לאוניברסיטת ארלנגן-נירנברג, ליביג הלך בעקבותיו.

ליביג עזב את ארלנגן במרץ 1822, בחלקו בשל מעורבותו ב"קורפס רהנניה" (Korps Rhenania) הרדיקלי (ארגון סטודנטים לאומני), אך גם בשל תקוותיו ללימודי כימיה מתקדמים יותר. הנסיבות לוטות בערפל בשל שערורייה אפשרית. חוקרים מסוימים טוענים שהוא נמלט לפריז בגלל מעורבותו בקבוצות סטודנטים רדיקליות. בסוף אוקטובר 1822, נסע ליביג לפריז כדי ללמוד על בסיס מלגה שהשיג עבורו קסטנר מממשלת הסן. הוא עבד במעבדה הפרטית של ז'וזף לואי גיי-לוסאק (Joseph Louis Gay-Lussac) וכן התיידד עם אלכסנדר פון הומבולדט (Alexander von Humboldt) וז'ורז' קיווייה (Georges Cuvier) (1769–1832). הדוקטורט של ליביג מארלנגן הוענק לו ב-23 ביוני 1823, זמן ניכר לאחר שעזב, כתוצאה מהתערבותו של קסטנר מטעמו. קסטנר טען שיש לוותר על דרישת התזה ולהעניק את התואר שלא בנוכחותו.

מחקר ופיתוח

ליביג עזב את פריז כדי לחזור לדרמשטאדט באפריל 1824. ב-26 במאי 1824, בגיל 21 ובהמלצתו של הומבולדט, הפך ליביג לפרופסור מן המניין (professur extraordinarius) באוניברסיטת גיסן. מינויו של ליביג היה חלק מניסיון למודרניזציה של אוניברסיטת גיסן ולמשוך סטודנטים נוספים. הוא קיבל מלגה קטנה, ללא מימון למעבדה או גישה למתקנים.

נוכחות הסגל הקיים סיבכה את מצבו: פרופסור וילהלם צימרמן (1780–1825) לימד כימיה כללית כחלק מהפקולטה לפילוסופיה, והשאיר את הכימיה הרפואית והרוקחות לפרופסור פיליפ ווגט בפקולטה לרפואה. ווגט שמח לתמוך בארגון מחדש שבו הרוקחות נלמדה על ידי ליביג והפכה לאחריות הפקולטה לאמנויות, ולא לפקולטה לרפואה. צימרמן מצא את עצמו מתחרה ללא הצלחה עם ליביג על סטודנטים ושכר הלימוד שלהם. הוא סירב לאפשר לליביג להשתמש במקום ובציוד קיימים ולבסוף התאבד ב-19 ביולי 1825. מותם של צימרמן ופרופסור בלומנהוף, שלימד טכנולוגיה וכרייה, סלל את הדרך לליביג להגיש מועמדות למשרת פרופסור מן המניין. ליביג מונה לקתדרה לכימיה ב-7 בדצמבר 1825, וקיבל שכר גבוה משמעותית וקצבת מעבדה.

ליביג נישא להנרייטה "יטשן" מולדנהאואר (1807–1881), בתו של פקיד מדינה, במאי 1826. נולדו להם חמישה ילדים: גאורג (1827–1903), אגנס (1828–1862), הרמן (1831–1894), יוהאנה (1836–1925) ומארי (1845–1920). למרות שליביג היה לותרני ויטשן קתולית, נראה שהבדלי הדת ביניהם נפתרו בדרכי שלום על ידי גידול בניהם באמונה הלותרנית ובנותיהם כקתוליות.

### הפיכת הוראת הכימיה

ליביג וכמה עמיתים הציעו להקים מכון לרוקחות ולייצור בתוך האוניברסיטה. הסנאט, עם זאת, דחה באופן נחרץ את הרעיון שלהם, וקבע כי הכשרת "רוקחים, יצרני סבון, מבשלי בירה, צבעים ומייצרי חומץ" אינה משימתה של האוניברסיטה. החל מ-17 בדצמבר 1825, הם קבעו שכל מוסד כזה יצטרך להיות מיזם פרטי. החלטה זו פעלה לטובתו של ליביג. כמיזם עצמאי, הוא יכול היה להתעלם מחוקי האוניברסיטה ולקבל סטודנטים רשומים ולא רשומים. המכון של ליביג פורסם באופן נרחב בכתבי עת פרמצבטיים ונפתח ב-1826. השיעורים שלו בכימיה מעשית ונהלי מעבדה לניתוח כימי נלמדו בנוסף לקורסים הרשמיים של ליביג באוניברסיטה.

בין השנים 1825–1835, המעבדה שכנה בחדר המשמר של צריפים שיצאו מכלל שימוש בקצה העיירה. שטח המעבדה המרכזי היה בגודל של כ-38 מ"ר (410 רגל רבוע) וכלל חדר הרצאות קטן, ארון אחסון וחדר מרכזי עם תנורים ושולחנות עבודה. ניתן היה להשתמש בעמודים פתוחים בחוץ לתגובות מסוכנות. ליביג יכול היה לעבוד שם עם שמונה או תשעה סטודנטים בכל פעם. הוא גר בדירה צפופה עם אשתו וילדיו בקומה שמעל.

ליביג היה מהכימאים הראשונים שארגנו מעבדה במתכונתה הנוכחית, תוך עיסוק עם סטודנטים במחקר אמפירי בהיקף נרחב באמצעות שילוב של מחקר והוראה. שיטותיו לניתוח אורגני אפשרו לו לכוון את העבודה האנליטית של סטודנטים רבים לתואר שני. הסטודנטים של ליביג הגיעו ממדינות גרמניות רבות, כמו גם מבריטניה ומארצות הברית. הם סייעו ליצור מוניטין בינלאומי עבור "דוקטורווטר" (Doktorvater - המנחה שלהם). המעבדה שלו הפכה מפורסמת כמוסד מופת להוראת כימיה מעשית. היא הייתה משמעותית גם בשל הדגש שלה על יישום תגליות במחקר יסודי לפיתוח תהליכים ומוצרים כימיים ספציפיים.

בשנת 1833, שכנע ליביג את הקנצלר יוסטוס פון לינדה לכלול את המכון בתוך האוניברסיטה. בשנת 1839 הוא השיג כספי ממשלה לבניית אולם הרצאות ושתי מעבדות נפרדות שתוכננו על ידי האדריכל פאול הופמן. מעבדת הכימיה החדשה כללה מנדפים חדשניים עם חזית זכוכית וארובות אוורור. עד 1852, כשעזב את גיסן למינכן, למדו עם ליביג יותר מ-700 סטודנטים לכימיה ורוקחות.

### מכשור

אתגר משמעותי שעמד בפני כימאים אורגניים במאה ה-19 היה המחסור במכשירים ובשיטות ניתוח התומכים בניתוחים מדויקים וניתנים לשחזור של חומרים אורגניים. כימאים רבים עבדו על בעיית הניתוח האורגני, כולל הצרפתי ז'וזף לואי גיי-לוסאק והשוודי יונס יאקוב ברצליוס (Jöns Jacob Berzelius), לפני שליביג פיתח את הגרסה שלו למכשיר לקביעת תכולת הפחמן, המימן והחמצן בחומרים אורגניים בשנת 1830. הוא כלל מערך של חמש נורות זכוכית, שנקרא "קליאפרט" (Kaliapparat), כדי ללכוד את תוצר החמצון של הפחמן בדגימה לאחר בעירתו. לפני שהגיעו לקליאפרט, גזי הבעירה הועברו דרך צינור המכיל סידן כלורי היגרוסקופי, שספג ושמר את תוצר החמצון של המימן בדגימה, כלומר אדי מים. לאחר מכן, בקליאפרט, דו-תחמוצת הפחמן נספגה בתמיסת אשלגן הידרוקסידי בשלוש הנורות התחתונות ושימשה למדידת משקל הפחמן בדגימה. לכל חומר המורכב רק מפחמן, מימן וחמצן, אחוז החמצן נמצא על ידי חיסור אחוזי הפחמן והמימן מ-100%; השארית חייבת להיות אחוז החמצן. לבעירה נעשה שימוש בתנור פחם (מגש פלדה שבו הונח צינור הבעירה). שקילת הפחמן והמימן ישירות, במקום להעריך אותם נפחית, הגדילה משמעותית את דיוק המדידה של השיטה. העוזר של ליביג, קארל אטלינג, שכלל את טכניקות ניפוח הזכוכית לייצור הקליאפרט והדגים אותן למבקרים. הקליאפרט של ליביג פישט את שיטת הניתוח האורגני הכמותי והפך אותה לרוטינית. ברוק מציע כי הזמינות של מכשור טכני מעולה הייתה אחת הסיבות לכך שליביג הצליח למשוך כל כך הרבה סטודנטים למעבדה שלו. שיטת ניתוח הבעירה שלו שימשה ברוקחות, ובוודאי אפשרה תרומות רבות לכימיה אורגנית, חקלאית וביולוגית.

ליביג גם הפך לפופולרי את השימוש במערכת קירור מים בזרם נגדי לזיקוק, שעדיין מכונה "מעבה ליביג". ליביג עצמו ייחס את מכשיר עיבוי האדים לרוקח הגרמני יוהאן פרידריך אוגוסט גוטלינג (Johann Friedrich August Gottling), שביצע שיפורים בשנת 1794 בתכנון שהתגלה באופן עצמאי על ידי הכימאי הגרמני כריסטיאן ארנפריד וייגל (Christian Ehrenfried Weigel) בשנת 1771, על ידי המדען הצרפתי פ. ג'. פואסונייה (P. J. Poisonnier) בשנת 1779, ועל ידי הכימאי הפיני יוהאן גדולין (Johan Gadolin) בשנת 1791.

אף על פי שלא אומץ באופן נרחב עד לאחר מותו של ליביג, כאשר חקיקת בטיחות אסרה סוף סוף את השימוש בכספית בייצור מראות, ליביג הציע תהליך להכספה שהפך בסופו של דבר לבסיס של ייצור מראות מודרני. בשנת 1835 דיווח כי אלדהידים מפחיתים מלחי כסף לכסף מתכתי. לאחר שעבד עם מדענים אחרים, פנה קארל אוגוסט פון שטיינהייל (Carl August von Steinheil) לליביג ב-1856 כדי לראות אם הוא יכול לפתח טכניקת הכספה המסוגלת לייצר מראות אופטיות באיכות גבוהה לשימוש בטלסקופים מחזירי אור. ליביג פיתח מראות ללא פגמים על ידי הוספת נחושת לחנקת כסף אמוניאקלית וסוכר. ניסיון למסחר את התהליך ו"לגרש את ייצור מראות הכספית ואת השפעתו המזיקה על בריאות העובדים" לא צלח. המראות של ליביג התקשו מסחרית בגלל זכוכית גרועה, שיצרה השתקפות צהובה-ירקרקה לא צבעונית. בבוטות, ליביג העיר שנשים צרפתיות במיוחד שנאו את המראות שלו כי נשים צרפתיות כבר נראו צהובות וחולניות, והמראות רק הזכירו להן כמה הן מכוערות.

### כימיה אורגנית

אחד השותפים התכופים של ליביג היה פרידריך וולר (Friedrich Wöhler). הם נפגשו ב-1826 בפרנקפורט, לאחר שדיווחו באופן עצמאי על הכנת שני חומרים, חומצה ציאנית וחומצה פולמינטית, שבאופן מוזר היו בעלי אותו הרכב, אך בעלי מאפיינים שונים מאוד. הכספית הפולמינטית שנחקרה על ידי ליביג הייתה נפיצה, בעוד הציאנט הכספי שמצא וולר לא היה. לאחר שבחנו את הניתוחים השנויים במחלוקת יחד, הם הסכימו ששניהם תקפים. גילוי חומרים אלו ואחרים הוביל את יונס יאקוב ברצליוס להציע את הרעיון של איזומרים, חומרים המוגדרים לא רק על פי מספר וסוג האטומים במולקולה, אלא גם על פי סידור האטומים הללו.

בשנת 1832 פרסמו ליביג ופרידריך וולר מחקר על שמן שקדים מרים. הם הפכו שמן טהור לכמה תרכובות הלוגניות, אשר עברו טרנספורמציה נוספת בתגובות אחרות. לאורך הטרנספורמציות הללו, "תרכובת בודדת" (אותה כינו בנזואיל) "שומרת על טבעה והרכבה ללא שינוי כמעט בכל ההתקשרויות שלה עם גופים אחרים". הניסויים שלהם הוכיחו שקבוצה של אטומי פחמן, מימן וחמצן יכולה להתנהג כמו יסוד, לתפוס מקום של יסוד, וניתן להחליפה ביסודות בתרכובות כימיות. זה הניח את היסוד לדוקטרינת הרדיקלים המורכבים, שניתן לראות בה צעד מוקדם בפיתוח הכימיה המבנית.

שנות ה-30 של המאה ה-19 היו תקופה של חקירה אינטנסיבית של תרכובות אורגניות על ידי ליביג ותלמידיו, ושל ויכוח עז על ההשלכות התיאורטיות של תוצאותיהם. ליביג פרסם בנושאים רבים ושונים, ובממוצע אישי של 30 מאמרים בשנה בין 1830 ל-1840. ליביג לא רק בודד חומרים בודדים, אלא גם חקר את הקשרים ביניהם ואת הדרכים שבהן התפרקו והשתנו לחומרים אחרים, בחיפוש אחר רמזים להבנת הרכב כימי ותפקוד פיזיולוגי כאחד. תרומות משמעותיות אחרות של ליביג במהלך תקופה זו כוללות את בדיקתו של: תכולת החנקן של בסיסים; לימוד הכלרה ובידוד כלורל (1832); זיהוי הרדיקל האתיל (1834); חמצון אלכוהול ויצירת אלדהיד (1835); התיאוריה הפולי-בסיסית של חומצות אורגניות (1838); ופירוק אוריאה (1837).

בכותבו על ניתוח השתן, תוצר אורגני מורכב, הוא הצהיר הצהרה שחשפה גם את השינויים שהתרחשו בכימיה בפרק זמן קצר וגם את ההשפעה של עבודתו שלו. בתקופה שבה כימאים רבים כמו יונס יאקוב ברצליוס עדיין התעקשו על הפרדה קשיחה ומוחלטת בין האורגני לאי-אורגני, ליביג טען:

> "הייצור של כל החומרים האורגניים אינו שייך עוד רק לאורגניזמים חיים. יש לראות בכך לא רק כסביר, אלא כוודאי, שנהיה מסוגלים לייצר אותם במעבדות שלנו. סוכר, סאליצין ומורפין ייוצרו באופן מלאכותי. כמובן, אנחנו עדיין לא יודעים איך לעשות זאת, כי אנחנו עדיין לא מכירים את חומרי המוצא שמהם נוצרות תרכובות אלו, אבל אנחנו נבוא להכיר אותם."

— [ליביג ווולר (1838)]

טיעוניו של ליביג נגד כל הבחנה כימית בין תהליכים כימיים חיים (פיזיולוגיים) למתים הוכיחו השראה גדולה לכמה מתלמידיו ולאחרים שהתעניינו במטריאליזם. למרות שליביג התרחק מההשלכות הפוליטיות הישירות של המטריאליזם, הוא תמך בשתיקה בעבודתם של קארל ווגט (1817–1895), יעקב מולשוט (1822–1893) ולודוויג ביכנר (1824–1899).

### הזנת צמחים

עד שנות ה-40 של המאה ה-19, ליביג ניסה ליישם ידע תיאורטי מהכימיה האורגנית לבעיות בעולם האמיתי של זמינות המזון. ספרו "Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie" (כימיה אורגנית ביישומה על חקלאות ופיזיולוגיה) (1840) קידם את הרעיון שכימיה יכולה לחולל מהפכה בפרקטיקה החקלאית, להגדיל יבולים ולהוזיל עלויות. הוא תורגם באופן נרחב, זכה לביקורת קולנית והיה בעל השפעה רבה.

ספרו של ליביג דן בטרנספורמציות כימיות בתוך מערכות חיות, צמחיות ובעלי חיים כאחד, ותיאר גישה תיאורטית לכימיה חקלאית. חלקו הראשון של הספר התמקד בהזנת צמחים; השני עסק במנגנונים כימיים של ריקבון והתפוררות. מודעותו של ליביג לסינתזה ופירוק כאחד הובילה אותו להיות תומך מוקדם של שימור, וקידום רעיונות כמו מיחזור ביוב.

ליביג טען נגד תיאוריות רווחות על תפקיד ההומוס (חומר אורגני בקרקע) בהזנת צמחים, שגרסו כי חומר צמחי נרקב הוא המקור העיקרי לפחמן להזנת צמחים. האמינו כי דשנים פועלים על ידי פירוק ההומוס, מה שמקל על הצמחים לספוג אותו. הקשור לרעיונות כאלה הייתה האמונה שסוג של "כוח חיוני" מבדיל בין תגובות הכוללות חומרים אורגניים לעומת אי-אורגניים.

מחקרים מוקדמים של פוטוסינתזה זיהו פחמן, מימן, חמצן וחנקן כחשובים, אך לא הסכימו על מקורותיהם ומנגנוני פעולתם. היה ידוע כי דו-תחמוצת הפחמן נלקחת פנימה וחמצן משתחרר במהלך הפוטוסינתזה, אך חוקרים הציעו כי חמצן התקבל מדו-תחמוצת הפחמן, ולא ממים. האמינו כי מימן מגיע בעיקר ממים. חוקרים לא הסכימו בשאלה אם מקורות הפחמן והחנקן הם אטמוספריים או מבוססי קרקע. הניסויים של ניקולא-תיאודור דה סוסור (Nicolas-Théodore de Saussure), שדווחו ב-"Recherches Chimiques sur la Végétation" (1804), הציעו כי פחמן התקבל ממקורות אטמוספריים ולא מבוססי קרקע. זה גם הצביע על כך שמים הם מקור סביר למימן. הוא גם חקר את ספיגת המינרלים על ידי צמחים, וצפה כי ריכוזי מינרלים בצמחים נוטים לשקף את נוכחותם בקרקע שבה גודלו הצמחים. עם זאת, ההשלכות של תוצאות דה סוסור על תיאוריות של הזנת צמחים לא נדונו בבירור ולא הובנו בקלות.

ליביג אישר מחדש את חשיבות הממצאים של דה סוסור, והשתמש בהם כדי לבקר תיאוריות הומוס, תוך שהוא מצר על מגבלות הטכניקות הניסוייות של דה סוסור. תוך שימוש בשיטות מדידה מדויקות יותר כבסיס להערכה, הוא הצביע על סתירות כמו חוסר היכולת של הומוס בקרקע קיים לספק מספיק פחמן כדי לתמוך בצמחים הגדלים בו. עד סוף שנות ה-30 של המאה ה-19, חוקרים כמו קארל שפרנגל השתמשו בשיטות ניתוח הבעירה של ליביג כדי להעריך זבלים, והגיעו למסקנה שניתן לייחס את ערכם למינרלים המרכיבים אותם. ליביג סינתז רעיונות על תיאוריית המינרלים של הזנת צמחים והוסיף את אמונתו שחומרים אי-אורגניים יכולים לספק חומרי הזנה בצורה יעילה כמו מקורות אורגניים.

בתאוריית חומרי ההזנה המינרליים שלו, ליביג זיהה את היסודות הכימיים חנקן (N), זרחן (P) ואשלגן (K) כחיוניים לצמיחת צמחים. הוא דיווח כי צמחים רוכשים פחמן (C) ומימן (H) מהאטמוספירה וממים (H2O). בנוסף להדגשת חשיבות המינרלים בקרקע, הוא טען כי צמחים ניזונים מתרכובות חנקן שמקורן באוויר. טענה זו היוותה מקור למחלוקת במשך שנים רבות, והתבררה כנכונה עבור קטניות, אך לא עבור צמחים אחרים.

ליביג גם הפך לפופולרי את "משפט המינימום" של קארל שפרנגל (הידוע כחוק המינימום), הקובע כי צמיחת צמחים אינה נקבעת על פי המשאבים הכוללים הזמינים, אלא על פי המשאב הזמין הנדיר ביותר. התפתחות הצמח מוגבלת על ידי המינרל החיוני היחיד שנמצא באספקה הנמוכה ביותר באופן יחסי. ניתן לדמיין מושג זה של הגבלה כ-"חבית של ליביג", חבית מטאפורית שבה כל קרש מייצג יסוד אחר. קרש הזנה שקצר מהאחרים יגרום לנוזל הכלול בחבית להישפך החוצה ברמה זו. זוהי גרסה איכותית של העקרונות המשמשים לקביעת יישום דשן בחקלאות מודרנית.

כימיה אורגנית לא נועדה כמדריך לחקלאות מעשית. חוסר הניסיון של ליביג ביישומים מעשיים, וההבדלים בין מהדורות הספר, הזינו ביקורת רבה. עם זאת, לכתביו של ליביג הייתה השפעה עמוקה על החקלאות, שעוררה ניסויים וויכוחים תיאורטיים בגרמניה, אנגליה וצרפת.

אחד מהישגיו המוכרים ביותר הוא פיתוח דשן מבוסס חנקן. בשתי המהדורות הראשונות של ספרו (1840, 1842), דיווח ליביג כי האטמוספירה מכילה חנקן לא מספיק, וטען כי יש צורך בדשן מבוסס חנקן כדי לגדל את היבולים הבריאים ביותר האפשריים. ליביג האמין שניתן לספק חנקן בצורת אמוניה, והכיר באפשרות של החלפת דשנים כימיים בטבעיים (זבל בעלי חיים וכו').

מאוחר יותר הוא השתכנע שחנקן מסופק מספיק על ידי משקעי אמוניה מהאטמוספירה, וטען בלהט נגד השימוש בדשנים מבוססי חנקן במשך שנים רבות. ניסיון מסחרי מוקדם לייצר דשנים משלו לא צלח, בשל מחסור בחנקן בתערובות. כאשר נבדק בשדה של חקלאי, נמצא כי לזבל של ליביג אין השפעה ניכרת.

הקשיים של ליביג ביישוב התיאוריה והפרקטיקה שיקפו שהעולם האמיתי של החקלאות מורכב יותר ממה שהובן בתחילה. עד פרסום המהדורה הגרמנית השביעית של "כימיה חקלאית", הוא מיתן חלק מהשקפותיו, הודה בכמה טעויות וחזר לעמדה שדשנים מבוססי חנקן הם מועילים או אפילו הכרחיים. הוא היה גורם מרכזי בשימוש בגואנו עבור חנקן. בשנת 1863 פרסם את הספר "Es ist ja die Spitze meines lebens" שבו תיקן את תפיסותיו המוקדמות, כשהוא מעריך כעת את חיי הקרקע ובפרט את קיבוע החנקן הביולוגי. דשני חנקן נמצאים כיום בשימוש נרחב ברחבי העולם, וייצורם הוא חלק משמעותי בתעשייה הכימית.

### פיזיולוגיה של צמחים ובעלי חיים

עבודתו של ליביג על יישום כימיה לפיזיולוגיה של צמחים ובעלי חיים הייתה משפיעה במיוחד. עד 1842, הוא פרסם את "Chimie organique appliquée à la physiologie animale et à la pathologie", שפורסם באנגלית כ-"Animal Chemistry, or, Organic Chemistry in its Applications to Physiology and Pathology" (כימיה של בעלי חיים, או, כימיה אורגנית ביישומה על פיזיולוגיה ופתולוגיה), והציג תיאוריה כימית של מטבוליזם. הטכניקות הניסוייות ששימשו את ליביג ואחרים כללו לעיתים קרובות שליטה ומדידה של תזונה, ומעקב וניתוח של תוצרי חילוף החומרים של בעלי חיים, כאינדיקטורים לתהליכים מטבוליים פנימיים. ליביג ראה דמיון בין חילוף החומרים של צמחים לבעלי חיים, והציע שחומר בעלי חיים חנקני דומה לחומר צמחי, ונגזר ממנו. הוא סיווג חומרי מזון לשתי קבוצות, חומרים חנקניים שלדעתו שימשו לבניית רקמות בעלי חיים, וחומרים לא-חנקניים שלדעתו היו מעורבים בתהליכים נפרדים של נשימה ויצירת חום.

חוקרים צרפתים כמו ז'אן-בטיסט דיומא (Jean-Baptiste Dumas) וז'אן-בטיסט בוסנגו (Jean-Baptiste Boussingault) האמינו שבעלי חיים מספגים סוכרים, חלבונים ושומנים מחומרים צמחיים וכי בעלי חיים אינם יכולים לסנתז מולקולות מורכבות. עבודתו של ליביג הציעה יכולת משותפת של צמחים ובעלי חיים לסנתז מולקולות מורכבות ממולקולות פשוטות יותר. הניסויים שלו על חילוף חומרים של שומן שכנעו אותו שבעלי חיים חייבים להיות מסוגלים לסנתז שומנים מסוכרים ועמילנים. חוקרים אחרים בנו על עבודתו, ואישרו את היכולות של בעלי חיים לסנתז סוכר ולבנות שומן.

ליביג גם חקר נשימה, בנקודה אחת מדד את ה-"ingesta and excreta" (מה שנכנס ומה שיצא) של 855 חיילים, משמר של הדוכס הגדול של הסן-דרמשטאדט, במשך חודש שלם. הוא תיאר מודל ספקולטיבי ביותר של משוואות שבו ניסה להסביר כיצד פירוק חלבון עשוי להתאזן בתוך גוף בריא ולהוביל לחוסר איזון פתולוגי במקרים של מחלה או תזונה לא מתאימה. מודל מוצע זה ספג ביקורת מוצדקת. ברצליוס הצהיר בעקיצה ש-"סוג קל זה של כימיה פיזיולוגית נוצר ליד שולחן הכתיבה". כמה מהרעיונות שליביג שילב בהתלהבות לא נתמכו על ידי מחקר נוסף. המהדורה השלישית והאחרונה של "כימיה של בעלי חיים" (1846) תוקנה באופן משמעותי ולא כללה את המשוואות.

התחום השלישי שנדון ב-"כימיה של בעלי חיים" היה תסיסה וריקבון. ליביג הציע הסברים כימיים לתהליכים כמו ארמאקאוסיס (פירוק אורגני), ותיאר סידור מחדש של אטומים כתוצאה מ-"זיקות" לא יציבות המגיבות לגורמים חיצוניים כמו אוויר או חומרים שכבר נרקבים. ליביג זיהה את הדם כאתר של ה-"מפעל הכימי" של הגוף, שם האמין שתהליכי סינתזה ופירוק מתרחשים. הוא הציג השקפה של מחלה במונחים של תהליך כימי, שבו דם בריא עלול להיות מותקף על ידי גורמים חיצוניים מדבקים; איברים מפרישים ביקשו להפוך ולהפריש חומרים כאלה; וכישלון לעשות זאת עלול להוביל לסילוקם דרך העור, הריאות ואיברים אחרים, מה שעלול להפיץ מחלה מדבקת. שוב, למרות שהעולם היה הרבה יותר מסובך מהתיאוריה שלו, ורבים מהרעיונות האישיים שלו הוכחו מאוחר יותר כשגויים, ליביג הצליח לסנתז ידע קיים בצורה שהיו לה השלכות על רופאים, תברואנים ורפורמטורים חברתיים. כתב העת הרפואי האנגלי "The Lancet" סקר את עבודתו של ליביג ותירגם את הרצאותיו הכימיות כחלק ממשימתו להקים עידן חדש של רפואה. הרעיונות של ליביג עוררו מחקר רפואי, הובילו לפיתוח טכניקות טובות יותר לבדיקת מודלים ניסיוניים של חילוף חומרים, והצביעו על כימיה כיסודית להבנת בריאות ומחלות.

בשנת 1850, חקר ליביג בעירה אנושית ספונטנית, ודחה את ההסברים הפשטניים המבוססים על אתנול עקב אלכוהוליזם.

### ליביג וכימיה של מזון

שיטות בישול

ליביג הסתמך על עבודתו בהזנת צמחים וחילוף חומרים של צמחים ובעלי חיים כדי לפתח תיאוריה של תזונה, שהיו לה השלכות על הבישול. במחקריו על הכימיה של המזון (1847) טען ליביג כי אכילת לא רק סיבי בשר, אלא גם מיצי בשר, המכילים כימיקלים אי-אורגניים שונים, היא חשובה. מרכיבים חיוניים אלה יאבדו במהלך רתיחה או צלייה קונבנציונלית שבה נוזלי בישול הושלכו. לאיכות תזונתית מיטבית, ליביג ייעץ כי טבחים צריכים או לצרוב את הבשר בתחילה כדי לשמור על נוזלים, או לשמור ולהשתמש בנוזלי בישול (כמו במרקים או תבשילים).

ליביג זכה לשבחים ב-"The Lancet" על חשיפת "עקרונות הבישול האמיתיים", ורופאים קידמו "דיאטות רציונליות" המבוססות על רעיונותיו. כותבת ספרי הבישול הבריטית הידועה אלייזה אקטון (Eliza Acton) הגיבה לליביג על ידי שינוי טכניקות הבישול במהדורה השלישית של ספרה "Modern Cookery for Private Families", ומתן כותרת משנה למהדורה בהתאם. הרעיון של ליביג ש-"צריבת בשר אוטמת את המיצים", למרות שעדיין מאמינים בו באופן נרחב, אינו נכון.

חברת תמציות הבשר של ליביג

בהתבסס על התיאוריות שלו על הערך התזונתי של נוזלי בשר, וחיפוש מקור תזונה זול לעניי אירופה, פיתח ליביג נוסחה לייצור תמצית בקר. הפרטים פורסמו בשנת 1847 כדי ש-"התועלת של זה... תועמד לפקודת מספר גדול ככל האפשר של אנשים על ידי הרחבת הייצור, ובהתאם לכך הפחתה בעלות".

ייצור לא היה כדאי כלכלית באירופה, שם הבשר היה יקר, אך באורוגוואי ובניו סאות' ויילס, בשר היה תוצר לוואי זול של תעשיית העורות. בשנת 1865, שותף ליביג עם המהנדס הבלגי ג'ורג' כריסטיאן גיברט, ומונה למנהל מדעי של "חברת תמציות הבשר של ליביג", הממוקמת בפריי בנטוס שבאורוגוואי.

חברות אחרות ניסו גם הן לשווק תמציות בשר תחת השם "תמצית הבשר של ליביג". בבריטניה, זכותו של מתחרה להשתמש בשם הוגנה בהצלחה על בסיס העובדה שהשם נכנס לשימוש כללי והפך למונח גנרי לפני יצירת כל חברה מסוימת. השופט קבע כי "קונים חייבים להשתמש בעיניהם", וראה שהצגת המוצרים שונה מספיק כדי לאפשר לצרכן המבחין לקבוע איזה מהמוצרים נושא את חתימתו של ליביג ונתמך על ידי ליביג עצמו.

החברה של ליביג קידמה בתחילה את "תה הבשר" שלה בשל כוחות הריפוי והערך התזונתי שלו כאלטרנטיבה זולה ומזינה לבשר אמיתי. אך טענות כאלה לא עמדו בבדיקה. בשנת 1868 ערך הפיזיולוג הגרמני אדוארד קמריץ' ניסוי שכלל האכלת התמצית לכלבים, שכל אחד מהם מת. לאחר שטענות על הערך התזונתי שלה הוטלו בספק, החברה הדגישה את הנוחות והטעם שלה, ושיווקה אותה כאוכל מנחם.

חברת ליביג עבדה עם כותבי ספרי בישול פופולריים במדינות שונות כדי להפוך את מוצריה לפופולריים. כותבת ספרי הבישול הגרמנית הנרייטה דוידיס כתבה מתכונים עבור "בישול משופר וכלכלי" וספרי בישול אחרים. קתרינה פראטו כתבה ספר מתכונים אוסטרו-הונגרי, "Die Praktische Verwerthung Kochrecepte" (1879). האנה מ. יאנג נשכרה באנגליה לכתוב "ספר בישול מעשי" עבור חברת ליביג. בארצות הברית, מריה פרלואה שיבחה את היתרונות של התמצית של ליביג. לוחות שנה צבעוניים וכרטיסי מסחר שווקו גם הם כדי להפוך את המוצר לפופולרי.

החברה עבדה גם עם הכימאי הבריטי הנרי אנפילד רוסקו כדי לפתח מוצר קשור, אותו רשמה שנים לאחר מותו של ליביג, תחת הסימן המסחרי "Oxo". אוקסו נרשם כסימן מסחרי ברחבי העולם בשנת 1899 ובממלכה המאוחדת בשנת 1900. במקור נוזל, אוקסו שוחרר בצורת קובייה מוצקה בשנת 1911.

מרמייט

ליביג חקר גם מאכלים אחרים. הוא קידם את השימוש באבקת אפייה כדי להכין לחם קל יותר, וחקר את הכימיה של הכנת קפה ושיבולת שועל. הוא נחשב למי שאפשר את המצאת המרמייט, בגלל גילויו שניתן לרכז שמרים ליצירת תמצית שמרים.

תחליף חלב לתינוקות

ליביג ייצר כמה מתחליפי חלב התינוקות הראשונים בעולם, תחליף חלב אם לתינוקות שלא יכלו לינוק. עם זאת, המוצר הוכח כשנוי במחלוקת, למרות שליביג לא הפיק ממנו תמלוגים. ליביג העלה את הרעיון לראשונה על בסיס המאבקים של בתו האהובה, יוהאנה, שהתקשתה להניק את בתה, קרולינה, שנולדה ב-1864. (יוהאנה לא רצתה לחפש מינקת, מנהג נפוץ אך שנוי במחלוקת באותה תקופה.) קרולינה, לדברי ליביג, שגשגה על התחליף. אך מדענים אחרים היו סקפטיים. אחד מהם, רופא צרפתי בפריז בשם ז'אן-אן-אנרי דפול, החליט לבדוק את הנוסחה שלו על ארבעה תינוקות שאמותיהם לא יכלו להניק.

ליביג עצמו הכין את המנות הראשונות של התחליף. דפול נתן אותו תחילה לסט תאומים, שנולדו פגים במקצת ושקלו 2.24 קילוגרם (4.93 פאונד) ו-2.64 ק"ג (5.82 פאונד). שניהם מתו תוך יומיים. דפול ניסה זאת על תינוק שלישי, שנולד בלידה מלאה במשקל 3.37 ק"ג (7.43 פאונד); הוא החל להפריש "צואת רעב" ירוקה ומת תוך שלושה ימים. ילד רביעי, במשקל 2.76 ק"ג, פיתח גם הוא צואה ירוקה ומת תוך ארבעה ימים. בשלב זה, דפול הפסיק את הניסוי.

בתחילה, דפול שמר את הניסוי לעצמו. אך הוא השתתף בישיבה של האקדמיה הצרפתית לרפואה. ובעוד שלא רצה לומר דבר בתחילה, הוא הרגיש שהוא חייב לאחר שחבר אחר באקדמיה קם לדבר, רוקח בשם ניקולא-ז'אן-בטיסט-גסטון גיבור. לגיבור היו ספקות כבדים לגבי החלב המלאכותי של ליביג, וכינה אותו "חלב מזויף" (בצרפתית, "lait factice"). כפי שכתבה ההיסטוריונית קרוליין ליפרס, "הוא [כלומר גיבור] חשש שהחומר או שיתקלקל בצורה נוזלית או יאבד את איכותו התזונתית ונוחותו בצורה מוצקה." בשומעו את גיבור מדבר, דפול הרגיש מחויב לדבר גם הוא, והזכיר את הניסויים שלו עם התחליף של ליביג.

שאלות אתיות רבות הועלו במהירות. פרסומים בצרפת תמכו בדרך כלל בדפול, בעוד פרסומים גרמניים התגייסו להגנתו של ליביג.

עבודות עיקריות

ליביג ייסד את כתב העת "Annalen der Chemie", אותו ערך משנת 1832. בתחילה נקרא "Annalen der Pharmacie", הוא הפך ל-"Annalen der Chemie und Pharmacie" כדי לשקף בצורה מדויקת יותר את תוכנו. הוא הפך לכתב העת המוביל לכימיה אורגנית, ועדיין קיים, אם כי תחת השם "European Journal of Organic Chemistry" לאחר מספר מיזוגים עם כתבי עת אחרים. הכרכים מימי חייו מצוטטים לעיתים קרובות רק כ-"Liebigs Annalen"; לאחר מותו שונה שם התואר רשמית ל-"Justus Liebig's Annalen der Chemie".

ליביג פרסם רבות ב-"Liebigs Annalen" ובמקומות אחרים, בעיתונים ובכתבי עת. רוב ספריו פורסמו במקביל בגרמנית ובאנגלית, ורבים תורגמו גם לשפות אחרות. כמה מכותרותיו המשפיעות ביותר כוללות:

Ueber das Studium der Naturwissenschaften und über den Zustand der Chemie in Preußen (1840) מהדורה דיגיטלית של אוניברסיטת וספריית המדינה בדיסלדורף

- Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie; באנגלית, Organic Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology (1840)

- Chimie organique appliquée à la physiologie animale et à la pathologie; באנגלית, Animal chemistry, or, Organic chemistry in its applications to physiology and pathology (1842)

- Familiar letters on chemistry and its relation to commerce, physiology and agriculture (1843)

- Chemische Briefe (1844) מהדורה דיגיטלית (1865) של אוניברסיטת וספריית המדינה בדיסלדורף

בנוסף לספרים ומאמרים, הוא כתב אלפי מכתבים, רובם למדענים אחרים.

ליביג השפיע גם ישירות על הפרסום הגרמני של "לוגיקה" של ג'ון סטיוארט מיל. לליביג הייתה ידידות קרובה עם בית ההוצאה לאור של משפחת ויווג. הוא דאג לכך שהסטודנט לשעבר שלו יעקב שיל (1813–1889) יתרגם את עבודתו החשובה של מיל לפרסום גרמני. ליביג אהב את ה"לוגיקה" של מיל בחלקה כי היא קידמה את המדע כאמצעי לקידמה חברתית ופוליטית, אך גם כי מיל הציג מספר דוגמאות למחקרו של ליביג כאידיאל לשיטה המדעית. בדרך זו, הוא ביקש לעשות רפורמה בפוליטיקה במדינות גרמניה.

חיים מאוחרים

בשנת 1852, לאחר שביקש מהרמן קופ להשתלט על ניהול ה-"Annalen der Chemie", קיבל ליביג מינוי מהמלך מקסימיליאן השני מבוואריה לאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן במינכן (Ludwig-Maximilians-Universität München). הוא הפך גם ליועץ המדעי המלכותי של המלך מקסימיליאן השני, שקיווה להפוך את אוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן למרכז למחקר ופיתוח מדעי. בחלקו, ליביג קיבל את המשרה כי בגיל 50, הוא מצא את הפיקוח על מספר רב של סטודנטים במעבדה לקשה יותר ויותר. מקומות הלינה החדשים שלו במינכן שיקפו את השינוי הזה במיקוד. הם כללו בית נוח המתאים לאירוח נרחב, מעבדה קטנה ואולם הרצאות חדש שנבנה המסוגל להכיל 300 איש עם מעבדת הדגמה בחזית. שם, הוא נתן הרצאות לאוניברסיטה ודו-שבועיות לקהל הרחב. בתפקידו כמקדם המדע, מונה ליביג לנשיא האקדמיה הבווארית למדעים ומדעי הרוח, והפך לנשיא הנצחי של האקדמיה המלכותית הבווארית למדעים בשנת 1858.

בשנות ה-50 של המאה ה-19 עבר ליביג לגור ליד חוקר הקלאסיקות והפילולוג הידוע פרידריך תירש בעיר מינכן. ליביג זילזל בעבר בפילולוגים כמו תירש במאמרים. (ליביג קידם את המדע על פני תחומים לא מעשיים לכאורה כמו הקלאסיקה.) אך בתו האהובה ביותר של ליביג, יוהאנה, התאהבה בבנו השני של תירש, קארל, שלמד רפואה בכמה ערים, כולל ברלין ווינה. על פי הדיווחים, ליוהאנה ולקארל היו נישואים מאושרים, והם הביאו לעולם שישה ילדים: ארבע בנות ושני בנים. זה היה די נפוץ עבור בנים ובנות של אקדמאים להינשא בגרמניה אז.

ליביג נהנה מידידות אישית עם מקסימיליאן השני, שנפטר ב-10 במרץ 1864. לאחר מותו של מקסימיליאן, ליביג ומדענים פרוטסטנטים ליברלים אחרים בבוואריה נתקלו בהתנגדות גוברת מצד קתולים אולטרמונטנים.

ליביג נפטר במינכן ב-1873, ונקבר בבית הקברות "Alter Südfriedhof" במינכן.