儿时疯狂“拆家”的熊孩子,长大成为了“有机化学之父”

原点阅读 2022/11/23 23:39:08 责编:远生

李比希是一位德国药物、燃料和化学试剂营销商的儿子,自小他就把家当作自己的“化学乐园”,这里有不少化学材料、药品和试剂供他“玩耍”。他喜欢动手做小实验,甚至偷偷地跑到阁楼上做硫酸汞的实验。不想那次闯了祸,强烈的爆炸震动了整栋楼,还炸坏了屋顶的一角。

他不但没有受到责备,父母反倒表扬他 “有勇气”“有追求”,这个表扬把他敢于创造的潜质挖掘了出来。为了鼓励他的爱好,父亲索性把店铺的后厨房改造成实验室,供他做实验。在耳濡目染与动手活动中,李比希对化学有了深度的热爱,从此走入化学人生。

1822 年,从德国埃尔兰根大学获得化学博士学位后,李比希来到巴黎,成为著名化学家盖・吕萨克的研究助手。盖・吕萨克的实验方法和技能、严谨的科学精神对李比希产生了重要的影响。早在少年时代,他就对德国学校教育正规化与公式化的陈旧乏味深有感触,决心身体力行,改革德国的化学教育,然而事情并不像想象的那样一帆风顺。

1824 年 4 月,李比希离开巴黎回到达姆斯塔德,时年 21 岁。他怀揣着一封哈姆博尔德的推荐信,来到了吉森大学。这是一所设备陈旧、资金匮乏的学校,由于无力提供充足的奖学金,来学化学的学生寥寥无几。虽然号称是大学,不仅没有专门讲授化学的教室,就连专门的化学实验室也没有。更令人困扰的是,人际关系复杂,教学秩序也很混乱,讲授普通化学的威廉・吉莫曼教授同时兼教哲学,而另外一位化学老师又同时兼任医学和药学课。吉莫曼对李比希却加以排斥,唯恐他来争夺自己的讲课费(根据那时德国的教育体制,教师的薪酬从听课学生的付费中提取),他甚至不允许李比希使用实验桌和实验器材。

李比希原想借鉴法国的经验,继承导师盖・吕萨克的治学精神在吉森大干一番,眼前的景象让他感到情况的复杂。人的行为动机是非常重要的,良好的动机就是高尚目的所在,它会稳定地潜藏在人的努力、耐力、坚持之中。李比希不想轻易改变他的初衷,他认为,虽然化学并不像哲学那样是思辨的科学,但是真正的化学家首先应该会思考,还必须具备实验操作的技能,化学知识要通过实验中的思考来获取,并从对经验的思考上升为理论,因此思考和实验对化学是至关重要的。

面对吉森的现状,李比希决心改革传统的化学教育体制和教学方式,提出一项大胆的计划,其目标是创立一间现代化的化学研究所,当前起码也要有一间现代化的化学实验室,它向全体学生开放,规定化学课全程在实验室里讲授。这个建议在当时的德国过于超前,因而极具挑战性,最后遭到了校董会的否决,认为这是“离经叛道”,背离德国教育的大方向。

在诸多不顺的情况下,李比希决定身体力行,一点点地改进现有的化学教学。他吃住在学校,依靠着简单的仪器设备,开出了一堂堂生动的化学课,赢得了学生的欢迎,也获得了校董会对他的一致认可。

1825 年 12 月 7 日,他被正式聘任为化学教授职位,薪酬和实验经费也有了改善。就在这一年,李比希在吉森小城的边缘找到了一座废弃的军营,经过一番斡旋,他成功地借用了其中的一角,在那里建成了一间化学实验室。主实验室不到 40 平方米,带有一个储藏间、一个烤箱、一张实验桌,旁边还附带一间小教室。虽然规模不大,设备简陋,但终归迈出了改革的第一步。李比希在这里上化学课,还带领八九个学生进行化学研究,而他和妻子及孩子全家就住在楼上一间狭小的房间里。在这所校外实验室,李比希授课兼研究,一干就是 10 年,很多成果是在这里完成的。

李比希是德国首位把传统的化学教育与实验相结合,同时又把化学研究与技术开发相结合的人,这在德国是一项闻所未闻的计划。

从 1825 年开始,他坚持实行了近 30 年。为推动化学教学体系的改革,李比希编写了一份全新的教学大纲,规定学生必须经过实验训练,从实验中学习化合物的定性和定量分析。李比希的教学大纲规定,必须学会如下技能,如天然物质的提纯法、新化合物的成分鉴定法、无机合成与有机合成法等,他认为只有在实验中掌握这一系列知识和技能,才谈得上独立研究专题论文、获取学位。这种经过实验系统训练后,再逐步提升到独立研究的教学体制,不仅培养出了一批真正的化学家,也为近代化学教育奠定了基础。

在他的大力推动下,吉森的化学课及化学研究获得了大批的成果,他的学生不仅在德国、欧洲,包括在美国,都成为了新一代化学技术发展的中坚力量。

此时,李比希创建化学研究所的计划也水到渠成,终于在 1833 年被正式通过,1839 年获得了政府的第一笔资助,吉森大学李比希化学研究所正式建成。这里不仅是李比希授课的专门教室,是学生做实验的场所,它同时也是化学研究的基地和化学产品的制造车间,同时还是化学、医药杂志的编辑部所在。

李比希化学研究所建成后,它的优越性立刻显现了出来,不仅化学系列课程和系列实验得到了正规化,化学教学与理论研究、药理、农业等实践活动得到了有机的结合,实践又促进了化学教学,拓宽了理论研究的课题。李比希对化学教育制度和方式的改革,带来了一系列领先的化学研究和优异的化学教育成果,这令人耳目一新,吉森立刻成为全德乃至全欧洲的化学教学与研究的中心。它的崛起引起了轰动,全德、欧洲乃至全世界的化学家们纷至沓来,一时间,世界四面八方的学生涌向了吉森大学。

在新型教育研究制度下,由他的亲自指导,涌现出一批化学家,其中名列前茅的有世界著名燃料化学和燃料工业奠基人霍夫曼,发现卤代烷和金属钠制备烃的伍慈,提出苯环状结构学说、为有机结构理论奠定坚实基础并被誉为化学“建筑师”的凯库勒,以及被门捷列夫誉为俄国化学之父的沃斯克列先斯基等。

这些学生回到自己祖国,效仿吉森做法,建立面对学生的教学实验室,使吉森化学的教学模式在全世界得到积极的推广。极具新鲜活力的吉森-李比希学派由此诞生,他们成为一代世界化学研究的有生力量。

当年吉森李比希化学研究所的兴旺景象

1852 年李比希离开吉森去往慕尼黑的前夕,这里已经有 700 个来自全德的化学专业学生,化学教育与研究展现出一派生机。经过 28 年的努力,李比希不仅改变了这里的化学教育面貌,甚至使吉森成为世界化学教育中心,他被世人公认为最伟大的化学教师与化学教育改革的领军者,他也是成果丰硕的化学家。

在从事高校化学教学的同时,李比希与韦勒合作,首次发现了不同元素具有相同分子式的同素异构体。李比希在制备氯仿和氯醛时,发现了马尿酸,从植物化学开始,联系农作物的生长开创了农业化学。

马尿酸

他认为绿色植物支撑着所有的生命,它们从土壤和空气中吸收养分,从空气中的二氧化碳中吸收了碳,从氨中吸收了氮。他还认为氨是因为溶于雨水中,从而被植物把其中的氮吸收,所以植物有着丰富而稳定的养料来源。

他先后分析了几百种植物灰烬的样本,发现其中含有钠、钾、钙和磷,它们都是植物体内的矿物质成分,他认为这些成分一定来自于土壤,经过耕种的土地必然有大量的消耗,这就需要休耕以使它们自我复苏。李比希还建议在复耕以前,要施以矿物肥加以补充。李比希把一些研究成果做了整理收集,1840 年 9 月 1 日,在《自然科学进展》杂志上,以“有机化学在农业与生理学中应用”为题发表,这一成果成为指导有机化学生命研究的名篇。

1840 年以后,李比希对“生命的活力”产生了兴趣,想从化学的角度研究是什么因素支撑着生命,食物又是如何转化为能量的。他的研究方向转到对有机生命组织的化学研究。从对血液、尿液和胆汁进行化学分析,扩展到研究动物的机体代谢、机体的热能、肌肉运动机能的能量来源及补充,氧气、食物和碳水化合物的作用,脂肪的消耗等。1842 年 4 月,他又发表了“动物化学”的论文,更深入研究了有机化学在生理学和病理学上的应用。尽管受到当时的条件所限,一些认识有些失误,如对发酵过程的认识上,在很长时间内李比希与巴斯德发生争端,但在这些研究中,李比希改进了若干有机化学的方法,确定出大量的化合物的化学式。他还与韦勒共同发现了安息香基,并提出了基团理论和多元酸理论,这些成果为有机化学的结构理论奠定了基础。

李比希一生共发表论文 318 篇,1841 年 11 月 22 日完成的《有机化学分析》是世界化学的经典名著。他的著作还有《生物化学》《化学通信》《化学研究》《农业化学基础》《关于近世农业之科学信件》等,他与韦勒合编的《纯粹与应用化学词典》,以及 1831 年创办的《药物杂志》(后改名为《化学和药物杂志》)等对世界化学研究都有着重要的推动作用。由于这一系列成就,1840 年李比希当选为英国皇家学会会员,1842 年当选为法国科学院的荣誉院士。

在李比希所处的年代,世界有机化学作为一个独立的学科领域尚未建成,有机物分析技术相对落后,化学工业刚刚起步,李比希的一系列研究不仅为有机物分析建立了完整的体系,也推动了有机化学的实用性研究,为农业化学、生物化学、生命化学、生理化学及病理化学等分支学科奠定了基础,也为有机化学作为一个独立学科在世界范围内的崛起做出了开创性的贡献。在他的领衔之下,吉森小城一时成为世界的化学中心,而后,19 世纪的德国一跃成为化学强国。李比希被人们誉为有机化学之父。

1873 年 4 月 18 日,李比希在慕尼黑去世,他的一位学生在悼念他时写道:“几百年来,没有人能像他这样,为人类留下如此之丰厚的宝贵遗产。”

为纪念李比希,“二战”之后,吉森大学被命名为加斯特・李比希大学。

设立在慕尼黑的李比希雕像
来源:《科学史上的 365 天》
部分图源网络版权归原作者所有
作者:魏凤文 武轶
编辑:张润昕

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关键词:化学李比希

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