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Justus Freiherr von Liebig是一位德国科学家,对农业和生物化学做出了重大贡献,被认为是有机化学的主要奠基人之一。作为Giessen大学的教授,他设计了现代以实验室为导向的教学方法,因此创新而被认为是有史以来最伟大的化学教师之一。他因强调氮和微量矿物质作为必不可少的植物营养而被描述为"肥料工业之父",并提出了最小值法则,该法则描述了植物生长依赖于最稀缺的营养资源,而不是可用资源的总量。他还开发了牛肉提取物的生产工艺,在他的同意下,一家名为Liebig Extract of Meat Company的公司成立以利用这一概念;后来推出了Oxo品牌牛肉肉汤块。他推广了一项用于冷凝蒸汽的早期发明,后来被称为Liebig冷凝管。
早年生活和教育
Justus Liebig于1803年5月初出生在Darmstadt,他的父母是Johann Georg Liebig和Maria Caroline Möser,家庭属于中产阶级。他的父亲是一位杂货商和硬件商人,在自己的工坊里调配和销售油漆、清漆和颜料。从童年起,Justus就对化学着迷。
13岁时,Liebig经历了"无夏之年",北半球大多数粮食作物被火山冬天摧毁。德国是随之而来的全球饥荒中受灾最严重的国家之一,这段经历据说塑造了Liebig后来的工作。部分由于Liebig在肥料和农业方面的创新,1816年饥荒被称为"西方世界最后一次重大粮食危机"。
Liebig在Darmstadt的Ludwig-Georgs-Gymnasium文法学校就读,年龄从8岁到14岁。他没有获得完成证书就离开了学校,之后被学徒到Heppenheim的药剂师Gottfried Pirsch(1792–1870)那里几个月,然后回到家里,可能是因为他的父亲无法支付他的学徒费。接下来的两年里他与父亲一起工作,然后进入Bonn大学学习,师从Karl Wilhelm Gottlob Kastner,他父亲的商业伙伴。当Kastner搬到Erlangen大学时,Liebig跟随了他。
Liebig在1822年3月离开Erlangen,部分原因是他参与了激进的Korps Rhenania(一个民族主义学生组织),但也是因为他对更高级化学研究的期望。具体情况因可能的丑闻而不清楚。1822年末,Liebig通过Kastner从黑森州政府为他获得的补助金前往巴黎学习。他在Joseph Louis Gay-Lussac的私人实验室工作,也得到了Alexander von Humboldt和Georges Cuvier(1769–1832)的友谊。Liebig的Erlangen博士学位在1823年6月23日被授予,这是他离开后相当长的时间后才获得的,这是Kastner代表他进行干预的结果。Kastner恳请免除论文要求,学位以缺席方式授予。
研究和发展
Liebig于1824年4月离开巴黎返回Darmstadt。1824年5月26日,在21岁时,凭借Humboldt的推荐,Liebig成为Giessen大学的特聘教授。Liebig的任命是现代化Giessen大学并吸引更多学生的尝试的一部分。他获得了少量津贴,但没有实验室资金或设施。

他的处境因现有教员的存在而复杂化:教授Wilhelm Zimmermann(1780–1825)作为哲学系的一部分教授普通化学,将医学化学和药学留给医学系的教授Philipp Vogt。Vogt很乐意支持一项改组,其中药学由Liebig教授,并成为艺术系而不是医学系的职责。Zimmermann发现自己与Liebig在争夺学生及其讲课费方面竞争失败。他拒绝允许Liebig使用现有的空间和设备,最终在1825年7月19日自杀。Zimmermann和教授Blumhof(他教授技术和采矿)的死亡为Liebig申请正教授职位打开了道路。Liebig在1825年12月7日被任命为化学普通教授,获得了相当提高的薪资和实验室津贴。
Liebig于1826年5月与Henriette"Jettchen"Moldenhauer(1807–1881)结婚,她是州官员的女儿。他们有五个孩子,分别是Georg(1827–1903)、Agnes(1828–1862)、Hermann(1831–1894)、Johanna(1836–1925)和Marie(1845–1920)。虽然Liebig是路德教徒,Jettchen是天主教徒,但他们宗教差异似乎已通过让儿子信奉路德教派,女儿信奉天主教而得到友好解决。
改革化学教育
Liebig和几位同事提议在大学内创建一个药学和制造研究所。然而,参议院毫不妥协地拒绝了他们的想法,声称培训"药剂师、肥皂制造商、啤酒酿造商、染料工和醋蒸馏器"不是大学的任务。自1825年12月17日起,他们规定任何此类机构都必须是私人企业。这项决定实际上对Liebig有利。作为独立企业,他可以忽视大学规则并接受已注册和未注册的学生。Liebig的研究所在制药杂志上广泛宣传,并于1826年开放。其实践化学和化学分析实验室程序课程除了在大学的正式课程外还会教授。
从1825年到1835年,实验室位于城镇边缘一个废弃营房的卫兵室内。主要实验室空间约为38平方米(410平方英尺),包括一间小讲堂、一个储物柜和一间配有炉灶和工作台的主室。外面有一个开放的柱廊,可用于危险反应。Liebig可以在那里与八或九名学生同时工作。他与妻子和孩子住在楼上狭窄的公寓里。

Liebig是最早按现代形式组织实验室的化学家之一,通过结合研究和教学的方式与学生进行大规模的实证研究。他的有机分析方法使他能够指导许多研究生的分析工作。Liebig的学生来自许多德国州,以及英国和美国,他们帮助为他们的Doktorvater创造了国际声誉。他的实验室成为了实践化学教学的典范机构。它对于强调将基础研究中的发现应用于特定化学过程和产品的开发也很重要。
1833年,Liebig能够说服总理Justin von Linde将该研究所纳入大学。1839年,他获得了政府资金来建造一个讲堂和两个独立的实验室,由建筑师Paul Hofmann设计。新的化学实验室采用了创新的玻璃前挡板烟罩和排气烟囱。到1852年他离开Giessen前往慕尼黑时,已有700多名化学和药学学生与Liebig一起学习。
仪器设备
19世纪有机化学家面临的一个重大挑战是缺乏仪器和分析方法来支持有机物质的准确、可重复的分析。许多化学家在处理有机分析问题,包括法国人Joseph Louis Gay-Lussac和瑞典人Jöns Jacob Berzelius,直到Liebig在1830年开发了他版本的测定有机物质中碳、氢和氧含量的仪器。它涉及一个称为Kaliapparat的五个玻璃球的巧妙阵列,用于在样品燃烧后捕集样品碳的氧化产物。在到达Kaliapparat之前,燃烧气体通过一管吸水性氯化钙,该氯化钙吸收并保留样品氢的氧化产物,即水蒸气。接下来,在Kaliapparat中,二氧化碳在三个下层球中的氢氧化钾溶液中被吸收,并用于测量样品中碳的重量。对于任何仅由碳、氢和氧组成的物质,氧的百分比通过从100%中减去碳和氢的百分比而得到;余数必须是氧的百分比。使用了一个木炭炉(一个放置燃烧管的薄钢板)进行燃烧。直接称量碳和氢,而不是体积估算,大大增加了该方法的测量精度。Liebig的助手Carl Ettling完善了用于生产Kaliapparat的玻璃吹制技术,并向访客展示了这些技术。Liebig的kaliapparat简化了定量有机分析技术,使其成为日常工作。Brock认为,优越的技术仪器的可用性是Liebig能够吸引这么多学生来到他的实验室的原因之一。他的燃烧分析方法在药学上得到了使用,肯定使许多有机、农业和生物化学的贡献成为可能。

Liebig还推广了对蒸馏使用逆流水冷却系统,仍被称为Liebig冷凝管。Liebig本人将蒸汽冷凝装置归功于德国药剂师Johann Friedrich August Gottling,他在1794年改进了德国化学家Christian Ehrenfried Weigel在1771年独立发现的设计,由法国科学家P. J. Poisonnier在1779年和芬兰化学家Johan Gadolin在1791年进行了改进。
虽然直到Liebig去世后才被广泛采用,当安全法规最终禁止在制镜中使用汞时,Liebig提出了一个镀银工艺,最终成为现代镜子制造的基础。1835年,他报告说醛将银盐还原为金属银。在与其他科学家合作后,Carl August von Steinheil在1856年与Liebig联系,看他是否能够开发出一种能够生产用于反射望远镜的高质量光学镜的镀银技术。Liebig能够通过在硝酸银铵和糖中添加铜来开发无缺陷的镜子。商业化该工艺并"赶出汞镜制造及其对工人健康的有害影响"的尝试失败了。
有机化学
Liebig的一位经常合作者是Friedrich Wöhler。他们在1826年在法兰克福相识,之前分别报告了两种物质(氰酸和雷酸)的制备,这两种物质看起来成分相同,但特性却截然不同。由Liebig研究的雷酸银是爆炸性的,而由Wöhler发现的氰酸银则不是。经过对有争议的分析的联合审查后,他们同意两者都是有效的。这些和其他物质的发现导致Jöns Jacob Berzelius提出异构体的概念,即不仅由分子中原子的数量和种类定义,而且由这些原子的排列定义的物质。
1832年,Liebig和Friedrich Wöhler发表了对苦杏仁油的调查。他们将纯油转化为几个卤化物,这些卤化物在其他反应中进一步转化。在这些转变过程中,"一种化合物"他们命名为苯甲酰基"在与其他物体的几乎所有关联中都保持其性质和组成不变"。他们的实验证明了一个由碳、氢和氧原子组成的原子团可以像元素一样表现,取代元素,并可以在化学化合物中与元素交换。这为复合根基原则奠定了基础,可以被视为结构化学发展的早期步骤。

1830年代是Liebig及其学生对有机化合物的密集研究时期,也是关于他们结果的理论含义的激烈辩论时期。Liebig在多种主题上发表文章,在1830年至1840年间个人平均每年发表30篇论文。Liebig不仅分离了单个物质,而且研究了它们之间的相互关系,以及它们降解和变质为其他物质的方式,寻找线索来理解化学组成和生理功能。Liebig的其他重要贡献d
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