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农业化学的开山鼻祖——李比希 精选

已有 5370 次阅读 2022-9-4 13:29 |个人分类:外国人物|系统分类:海外观察

0437吉森李比希博物馆

0440李比希像

0450吉森李比希纪念碑

0443吉森钟楼

0445吉森李比希大学一角

 

高关中(德国汉堡)2022/9/1

千百年来,人们都把粪肥当作主要肥料。粮食增产有限,难以满足人们对食物的需要。1840年德国人李比希(1803-1873)才首次发现植物所需的化学养分,是为化学肥料的开端。有了化肥,使得在大面积土地进行大规模的工业化农业成为可能。农业产量因此大增,从此人类饥荒问题开始大幅减少。追根寻源,李比希居功至伟,被誉为农业化学的开山鼻祖和奠基者。

尤斯图斯·冯·李比希(Justus von Liebig)是世界著名的化学家,1803年5月12日出生于达姆斯塔特(Darmstadt),这是靠近法兰克福的一个小城。当时为黑森-达姆斯塔特大公国的首都。在首位大公路德维希一世(1753-1830,1790年即位)统治时期,城市扩建,文化繁荣。李比希是一个化学品商人的儿子,他从小就使用父亲的作坊里的药品、香水和清洁剂进行实验,很早就对化学产生了浓厚的兴趣。少年时代的李比希对当时德国学校正规化、公式化一套的陈旧教育感到乏味,但却酷爱阅读化学书籍,成了大公爵图书馆的常客,并不断动手做各种化学试验。有一次,他把炸药拿到学校操场上给同学表演爆炸,结果被学校开除,中学未毕业就去给药剂师当学徒,积累了更多的化学和药品知识。

1819年秋16岁的李比希开始在波恩大学学化学,其导师很快就认识到了他的天才,让他做自己的试验助手。1821年李比希随导师去埃朗根大学。在埃朗根(Erlangen,又译埃尔兰根)他开始写博士论文,研究关于矿物化学与植物化学间的关系,以此取得博士学位。其间他的教授出力向黑森-达姆斯塔特大公路德维希一世推荐他,帮助他获得了一份去巴黎大学(索邦大学)学习的奖学金。巴黎大學是当时化学最领先的欧洲大学。在巴黎李比希的教授包括著名化学家盖-吕萨克(Joseph Louis Gay-Lussac,1778-1850,以研究气体闻名),李比希不但听他的讲演,获得了当时最先进的化学讲义。还在其实验室工作,接触到当时化学研究的最前沿。

很快这位年轻新锐引起了德国大科学家洪堡(Alexander von Humboldt,1769-1859)的注意。在洪堡向黑森-达姆斯塔特大公路德维希一世的推荐下,刚刚21岁的李比希于1824年5月成为吉森大学的化学和药学编外教授。一年多以后他成为正式教授。他在此一干就是28年,早期主要从事无机化学、有机化学的研究,后期转向农业化学和生物化学研究、贡献极多。他的研究标志着世界化学的中心由法国转到了德国。

李比希在吉森期间一项主要的工作内容是帮助农业防止当时时常爆发的饥荒。当时,人们只往田里施绿肥,施粪肥,光施这些有机肥料,庄稼的产量并没有明显的提高。人们并不清楚,庄稼真正在“吃”什么。19世纪初流行的两大植物营养学说是“腐殖质”说和“生活力”说。前者认为植物所需的碳元素不是来自空气中的二氧化碳,而是来自腐殖质(有机物);后者认为植物可借自身特有的生活力制造植物灰分的成分。而李比希带着助手和学生,通过实验研究了上百植物、植物组织、动物器官和产物的组成,分析动植物组织中所包含的基本化学元素。他的成就被综合在他1840年发表的《化学在农业和生理学中的应用》(简称《农业化学》)里,他明确提出植物的矿质营养学说和归还学说,认为只有矿物质才是绿色植物唯一的养料,有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物具有营养作用。他提出了一个19世纪影响最大的设想:“土地必须重新全数获得被拿走的东西,这应该是耕作的原则。”《农业化学》宣传化学肥料的使用并解释了化学肥料对农作物的质量和成果数量的意义。这部书不但在科学界,而且在整个知识分子阶层获得了巨大的反响。被九次重印,译成34种语言。李比希的学说否定了“腐殖质”和“生活力”学说,引起了农业理论的一场革命,为化肥的诞生提供了理论基础,他预言农作物生长所需的营养将会从工厂生产出来。这种认识论,真的引导产生了整个的化肥工业,成为化学工业的一大分支。因此李比希也被称为“肥料工业之父”。有鉴于李比希对农业化学的巨大贡献,他被授予男爵(Freiherr)的封号,还当选为英国皇家学会会员和法国科学院院士,曾到欧洲许多国家旅行和讲学。

在化肥研究方面。李比希用实验方法证明,植物生长需要氮、磷、钾等多种元素,发现了氮对于植物营养的重要性,从而产生了氮肥。从1846年至1849年他与学生在实验室里研制可溶的磷肥料。他们研制的产品过磷酸钙今天依然是世界上使用最多的磷肥料。李比希还在1850年发明了钾肥,获得了生产钾肥的专利权。后来又有人研究微量元素肥料以及复合肥料,整个化肥系列蔚为大观。这些肥料在19世纪后半叶大大地提高了农作物的单产,改善了食品供应状况。20世纪50年代以来,施用化肥在世界范围内得到了大规模应用。据统计,如今在各种农业增产措施中,化肥的作用占大约30%。一位评论家曾说:“世界上没有任何学者对于人类的贡献,能与李比希相比!”这话固然有点偏颇。不过,李比希的研究工作,使庄稼的产量成倍增长,造福于全人类,这不能不说是他的巨大贡献。

李比希的实验室,设在吉森的一座旧房里。它向全体学生开放,可以同时容纳22名学生做实验,并在化学实验过程的同时进行讲授,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。这是世界上第一个系统地进行化学训练的教学实验室,被誉为“世界化学研究所之母”,成为各国化学家的圣地。它至今保存完好,已辟为李比希博物馆(Justus-Liebig-Museum,位于李比希街)。为了纪念这位伟大的化学家,他长期任教的吉森大学定名为尤斯图斯·李比希大学,为德国名校之一。小城吉森(Gießen)在法兰克福以北50多公里,只有9万多居民,而大学生超过2万,是德国颇有声望的大学城。

1852年李比希受拜恩(巴伐利亚)国王邀请,担任慕尼黑大学化学教授。他把研究重点转向营养化学,发明了浓缩肉精(Fleischextrakt),后来成为调味品的主要成分。当时的婴儿唯一的食品是母奶。假如母亲因健康或其它原因没有奶的话婴儿往往被餓死。李比希在长期研究后发明了一种被他成为“婴儿汤”的产品并在报纸上为它作广告。这是今天的幼婴食品的前身。他还研究发酵的生理学,发明了今天被称为发粉(Backpulver)的产品。

1859年起李比希任拜恩(巴伐利亚)科学院的主席。1873年4月18因肺炎逝世,享年七十。他被葬入慕尼黑南郊墓地,许多市民为他送行。此后德国许多城市为他树立了纪念碑,包括吉森、慕尼黑和达姆施塔特。

李比希是19世纪世界上最著名和最有成果的化学家之一,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。他是有机化学、农业化学、生物化学和营养生理学的奠基人。一生共发表318篇科学论文。他最重要的贡献在于农业和生物化学, 此外他在有机化学领域内的贡献多得惊人,他改进了实验方法和器械,发展了碳、氢分析测定方法,做过大量有机化合物(碳氢化合物等)的准确分析,因此也是有机化学的奠基者之一。他和德国另一位著名化学家维勒(Friedrich Wöhler,1800-1882)为终身不渝的挚友,合编了《纯粹与应用化学词典》和《化学和药物年鉴》。他们两人的争论探讨,最终导致了“同分异构体”现象的发现,对有机化学研究有极大的推动!顺便说一句,维勒因人工合成了尿素,打破了有机化合物的活力论学说而闻名。后来尿素成为主要化肥氮肥的一种。

作为大学教授,李比希发明了现代面向实验室的教学方法,因为这一创新,他被誉为历史上最伟大的化学教育家之一。从而吸引着世界各国的学生拥向吉森大学,聚集于李比希门下。值得指出的是这些学生还在本国仿效吉森的做法,建立了一批面向学生的教学实验室,使吉森的化学教育模式在全世界得到积极推广,培养出众多著名的化学家,真是徒子徒孙遍天下,并形成了吉森-李比希学派,为世界化学发展做出了巨大贡献。据统计,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。不过李比希本人却没有获得过,因为诺贝尔奖是在他去世20多年后才设立的。




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