Ю́стус фон Ли́бих (; 12 мая 1803, Дармштадт — 18 апреля 1873, Мюнхен) — немецкий учёный, внёсший значительный вклад в развитие органической химии, один из основателей агрохимии и создателей системы химического образования. Профессор Гисенского университета (с 1824) и Мюнхенского университета (с 1852). Президент Баварской академии наук (с 1860).
Начало жизни, образование
Юстус фон Либих родился в Дармштадте в семье Иоганна Георга Либиха и Марии Каролины Мёзер в начале мая 1803 года. Его отец продавал краски, лаки и пигменты, которые он разрабатывал и смешивал в своей собственной мастерской. С детства Юстус был очарован химией.
В возрасте 13 лет Либих пережил «год без лета», когда большинство продовольственных культур в северном полушарии были погублены вулканической зимой. Германия была одной из наиболее пострадавших стран от последовавшего за этим глобального голода и, как говорят, этот опыт повлиял на более позднюю работу Либиха. Отчасти благодаря инновациям Либиха в области удобрений и сельского хозяйства голод 1816 года стал известен как «последний великий жизненный кризис в западном мире».
Либих учился в Людвиг-Георгс-гимназии в Дармштадте в возрасте от 8 до 14 лет. Покинув гимназию без свидетельства об окончании, он несколько месяцев был учеником аптекаря Готфрида Пирша (1792—1870) в Хеппенхайме, прежде чем вернуться домой (возможно, потому, что его отец не мог позволить себе заплатить свои долги). В течение следующих двух лет он работал со своим отцом, затем учился в Боннском университете у Карла Вильгельма Готлоба Кастнера, делового партнёра его отца. Когда Кастнер перебрался в Университет Эрлангена, Либих последовал за ним.
В марте 1822 года Либих покинул Эрланген, отчасти из-за его участия в радикальной студенческой организации «Корпус Ренании», а также из-за его надежд на более продвинутые химические исследования. В конце 1822 года Либих отправился учиться в Париж на грант от правительства Гессена, полученный специально для него Кастнером. Он работал в частной лаборатории Жозефа Луи Гей-Люссака, а также подружился с Александром фон Гумбольдтом и Жоржем Кювье (1769—1832). Докторская степень в Эрлангене была присуждена Либиху 23 июня 1823 года, спустя значительное время после его ухода, в результате вмешательства Кастнера от его имени. Кастнер посчитал, что требование о написании диссертации должно быть отменено, а степень предоставляется заочно.
Исследования и разработки
Либих покинул Париж, чтобы вернуться в Дармштадт, в апреле 1824 года. 26 мая 1824 года, в возрасте 21 года и с рекомендацией Гумбольдта, Либих стал экстраординарным профессором в Университете Гиссена. Назначение Либиха было частью попытки модернизировать Гиссенский университет и привлечь больше студентов. Он получил небольшую стипендию, без лабораторного финансирования или доступа к оборудованию.
Его положение осложнялось непростой ситуацией: профессор Вильгельм Циммерман (1780—1825) преподавал общую химию на философском факультете, а Филипп Фогт — медицинскую химию и фармацию на медицинском факультете. Фогт был рад поддержать реорганизацию, при которой Либих преподавал бы фармацию, и последняя стала бы относиться к факультету искусств, а не к медицинскому факультету. Циммерман обнаружил, что не может конкурировать с Либихом за студентов и лекции. Он не разрешил Либиху использовать существующие аудитории и оборудование. 19 июля 1825 года Циммерман ушёл из жизни (совершил самоубийство). Смерть Циммермана и профессора Блумхофа, который преподавал технологию и горную промышленность, открыли путь для Либиха, чтобы подать заявку на полную профессуру. 7 декабря 1825 года Либих был назначен на пост ординаторного профессора химии, получив значительно увеличенную зарплату и лабораторное пособие.
Либих женился на Генриетте «Джетхен» Молденауэр (1807—1881), дочери государственного чиновника, в мае 1826 года. У них было пять детей: Георг (1827—1903), Агнес (1828—1862), Герман (1831—1894) Йоханна (1836—1925) и Мария (1845—1920). Хотя Либих был лютеранином, а Джетхен католичкой, их различия в религии, по-видимому, были разрешены мирным путем, сыновья были крещены по лютеранскому обычаю, а дочери — по католическому.
Реформа химического образования
Либих и несколько его соратников предложили создать в университете институт фармации и технологии. Сенат, однако, бескомпромиссно отверг их идею, заявив, что задачей университета не является подготовка «аптекарей, мыловаров, пивоваров, красильщиков и виноделов». По состоянию на 17 декабря 1825 года они постановили, что любое такое учреждение должно быть независимой (частной) организацией. Это решение действительно помогло Либиху. Будучи независимой организацией, он мог не учитывать университетские правила и принимать как матрикулированных (то есть официально принятых в университет) студентов, так и нематрикулированных. Институт Либиха был открыт в 1826 году и широко рекламировался в фармацевтических журналах. Его занятия по практической химии и лабораторным методам химического анализа преподавались в дополнение к формальным курсам Либиха в университете.
С 1825 по 1835 год лаборатория была размещена в заброшенных бараках на окраине города. Основное лабораторное пространство было около 38 квадратных метров и включало небольшую лекционную комнату, шкаф для хранения, а также главную комнату с печками и рабочими столами. Открытую колоннаду снаружи можно было использовать для опасных реакций. Либих мог работать там с восемью или девятью учениками одновременно. Он жил в тесной квартире этажом выше с женой и детьми.
Либих был одним из первых химиков, которые организовали лабораторию в её нынешнем виде, вовлекая студентов в экспериментальные исследования в широких масштабах благодаря сочетанию исследований и преподавания. Его методы органического анализа позволили ему руководить аналитической работой многих аспирантов. Студенты Либиха были из многих немецких государств, а также из Великобритании и Соединённых Штатов, и они помогли создать международную репутацию для их Doktorvater (нем. — «доктор — отец»); в 1837 г. у него появился первый русский — Александр Абрамович Воскресенский, открывший дорогу в лабораторию Либиха многим другим химикам из России. Лаборатория Либиха стала известна как модель учебного заведения для занятий практической химией. Можно сказать, что он разработал современный лабораторно-ориентированный метод обучения, и благодаря таким нововведениям может считаться одним из величайших преподавателей химии всех времен. Было также важно, что он акцентировал внимание на применении открытий в фундаментальных исследованиях для разработки конкретных химических процессов и продуктов.
В 1833 году Либих смог убедить канцлера Джастина Линде включить институт в состав университета. В 1839 году он получил правительственные средства для создания лекционной аудитории (амфитеатра) и двух отдельных лабораторий, спроектированных архитектором Полом Хофманом. В новой химической лаборатории появились инновационные стеклянные шкафы с вытяжной трубой и вентиляционные дымоходы. К 1852 году, когда он уехал из Гиссена в Мюнхен, более 700 студентов выучились у Либиха химии и фармации.
Создание приборов
Существенной проблемой, стоящей перед химиками-органиками девятнадцатого века, было отсутствие инструментов и методов анализа для получения точных, воспроизводимых результатов анализа органических соединений. Многие химики работали над проблемой органического анализа, в том числе француз Жозеф Луи Гей-Люссак и швед Йенс Якоб Берцелиус. В 1830 году Либих разработал свою версию аппарата для определения содержания углерода, водорода и кислорода в органических веществах. Изобретенный аппарат состоял из пяти стеклянных полых шариков и назывался кали-аппарат (Kaliapparat), он предназначался для захвата продуктов окисления углерода в образце после его сгорания. До входа в кали-аппарат газы сгорания проходили через трубку гигроскопичного хлорида кальция, который поглощал и удерживал продукт окисления водорода из образца, а именно водяной пар. Затем в кали-аппарате двуокись углерода абсорбировалась раствором гидроксида калия в трех нижних колбах и использовалась для измерения массы углерода в образце. Для любого вещества, состоящего только из углерода, водорода и кислорода, процент кислорода вычислялся путем вычитания процентов углерода и водорода от 100 процентов; остаток должен составлять процент кислорода. Для горения использовалась печь с древесным углем (лоток из листовой стали, в который была уложена трубка для сжигания и покрыта кусками тлеющего древесного угля). Непосредственное взвешивание углерода и водорода, в отличие от их объемной оценки, значительно повысило точность измерения метода. Помощник Либиха Карл Эттлинг разработал стеклодувную технику для производства калиаппарата и демонстрировал её посетителям. Кали-аппарат Либиха упростил метод количественного органического анализа и сделал его рутинной процедурой. Брок предполагает, что наличие превосходного технического аппарата было одной из причин, по которым Либих смог привлечь столько студентов в свою лабораторию. Его метод анализа продуктов горения был использован в фармации. Также этот метод внес большой вклад в развитие органической, сельскохозяйственной и биологической химии.
Либих также популяризировал использование противоточной системы водяного охлаждения для дистилляции, которую ещё называют холодильником Либиха. Хотя сам Либих создание устройства для конденсации пара приписывал немецкому фармацевту Иоганну Фридриху Августу Готлингу, который в 1794 году придумал улучшения к дизайну аппарата, созданного независимо немецким химиком Кристианом Эренфридом Вайгелем в 1771 году, французским ученым П. Я. Poisonnier в 1779 году и финским химиком Юханом Гадолином в 1791 году.
Несмотря на то, что при жизни Либиха законодательство не запрещало использование ртути при изготовлении зеркал, он предложил свой метод с использованием серебра, который в конечном итоге стал основой современного зеркального производства. В 1835 году он сообщил, что альдегиды превращают соли серебра в металлическое серебро. После работы с другими учеными немецкий физик и астроном Карл Август фон Штайнхейль обратился к Либиху в 1856 году, чтобы узнать, может ли он разработать метод серебрения, способный создавать высококачественные оптические зеркала для использования в отражающих телескопах. Либих смог создать зеркала без пятен, добавив медь к нитрату диамминсеребра и сахару. Попытка коммерциализировать процесс и "вытеснить ртутное зеркало и его вредное влияние на здоровье работников оказалась безуспешной.
Органическая химия Либих часто сотрудничал с Фридрихом Вёлером. Они встретились в 1826 году во Франкфурте после того, как одновременно и независимо друг от друга сообщили о приготовлении двух веществ: циановой кислоты и фульминовой кислоты, которые имели одинаковый состав, но очень разные характеристики. Фульминат серебра, исследованный Либихом, был взрывчатым, тогда как цианат серебра, найденный Вёлером, не был. Проанализировав спорные результаты вместе, они пришли к выводу, что оба правы. Открытие этих и других веществ привело Й. Я. Берцелиуса к идее изомеров, веществ, которые определяются не просто количеством и видом атомов в молекуле, но также расположением этих атомов.
В 1832 году Юстус Либих и Фридрих Вёлер опубликовали исследование масла горького миндаля. Они превратили чистое масло в несколько галогенизированных соединений, которые затем были использованы в других превращениях. На протяжении этих преобразований «единственное соединение» (которое они назвали бензоилом) «сохраняет свою природу и состав неизменным почти во всех своих ассоциациях с другими телами». Их эксперименты показали, что группа, состоящая из атомов углерода, водорода и кислорода (бензоил), может вести себя как элемент, заменять собой элемент и может быть заменена на элемент в химических соединениях. Это заложило основу для доктрины сложных радикалов, что можно рассматривать как ранний шаг в развитии структурной химии.