Юстус фон Либих

Юстус Либих⁷, современник Фридриха Вёлера, родился 12 мая 1803 г. в семье торговца москательными товарами в Дармштадте. Некоторые из продававшихся в его лавке товаров, например краски, отец Либиха изготовлял в собственной небольшой лаборатории. В этой лаборатории и провел первые научные работы его сын. Не заинтересованный в обучении в гимназии, где главным образом изучались древние языки, юноша ушел оттуда до сдачи выпускных экзаменов. Отец помог сыну в 1820 г. поступить в недавно основанный Боннский университет для изучения химии. В Бонне Либих слушал лекции К. Кастнера, считавшегося в то время одним из самых выдающихся химиков. Его лекции отличались натурфилософским подходом, бессистемностью и оторванностью от практики. Кастнер позволил Либиху работать в своей лаборатории, что было особой привилегией. Когда в следующем году Кастнер был приглашен в Эрлангенский университет, вслед за ним последовал и Либих. Кастнер не только разрешил Либиху опубликовать результаты исследования гремучего серебра, но и написал предисловие к этой статье. В Эрлангене Либих стремился заполнить пробелы в своем так рано завершившемся гимназическом образовании. Прослушав лекции Шеллинга по философии, Либих скоро понял узость и бесперспективность романтической философии, приверженность к которой, по его собственным словам, стоила ему потери двух драгоценных лет. По предложению Кастнера Либиху стали выплачивать стипендию для поездки в Париж, где он изучал химию.

Юстус фон Либих (1803-1873)

Несмотря на попытки короля Карла X повернуть историю вспять, Франция в экономическом развитии продвинулась гораздо дальше Германии и переживала период расцвета естественнонаучных исследований. Во Франции в то время жили такие замечательные естествоиспытатели, как Ж. Гей-Люссак, Л. Тенар, Ж. Ламарк, Д. Араго и Ж. Кювье, получавшие значительную поддержку от правительства. Учителями Либиха в Париже были Гей-Люссак, Тенар и П. Дюлонг, с которыми его вскоре связали крепкие узы дружбы. Однако решающее влияние на научное развитие Либиха оказало знакомство с Александром фон Гумбольдтом, который не только помог ему во время пребывания в Париже, но приложил немало усилий, чтобы Либих в 1824 г. в возрасте 21 года был назначен экстраординарным профессором в Гиссенский университет. Благодаря деятельности Либиха этот маленький провинциальный университет стал местом паломничества химиков из разных стран мира. Свою первую лабораторию в Гиссене Либих устроил в караульном помещении бывшей казармы. Большую часть оборудования он приобрел на собственные средства. Хотя Либих постоянно заботился о расширении лаборатории, новое здание для нее было построено лишь в 1839 г., и тогда количество рабочих мест увеличилось с девяти до двадцати двух, размещавшихся в двух залах. Либиховская лаборатория стала образцом почти для всех немецких университетов и высших учебных заведений. Метод обучения Либиха - выдвижение простых положений, дающих направления для их экспериментальной проверки,- придавал его преподаванию творческий характер и возбуждал у студентов стремление мыслить самостоятельно. Основным направлением собственных исследований Либиха в Гиссене было совершенствование органического элементного анализа.

С 1826 г. началась дружба и совместная работа Либиха с Вёлером. С Вёлером, Гей-Люссаком и Берцелиусом Либих состоял в постоянной научной переписке.

В 1838 г. Либих выступил с критикой низкого уровня развития химии в Австрии, указав прежде всего на отсталость и неспособность к творчеству преподавателей высшей школы в этой стране. Спустя два года Либих возложил ответственность на правительство Пруссии за пренебрежение уровнем исследований и преподавания химии в этой стране. Но по вине реакционного прусского правительства был потерян еще десяток лет, пока не была наконец создана современная лаборатория под руководством Бунзена в Бреслау. И лишь спустя четверть века после опубликования критической статьи Либиха первый ученик Либиха А. В. Гофман получил кафедру химии в Пруссии. Правительство Австрии, признавая заслуги Либиха в развитии химии и справедливость его критики, пригласило немецкого ученого в 1840 г. в Вену. Но Либих отклонил это приглашение, поскольку либерально настроенный ученый не хотел жить в условиях реакционного режима Меттерниха. Отклонил Либих и последовавшее в 1851 г. приглашение Гейдельбергского университета, так как он надеялся добиться улучшения материальной поддержки своей лаборатории в Гиссене. Когда его надежды не оправдались, Либих с горечью написал об этом своему бывшему ученику М. Петтенкоферу, который выхлопотал у короля Баварии Максимилиана II приглашение Либиху работать в Мюнхене. Плохое состояние здоровья не позволило Либиху проводить занятия со студентами в мюнхенской лаборатории. В столице Баварии Либих читал свои знаменитые публичные лекции и посвятил себя главным образом изучению физиологической химии, биохимии и агрохимии. Юстус фон Либих умер 18 апреля 1873 г. незадолго до семидесятилетия. При жизни он был удостоен многих почетных званий и отличий. В 1845 г. ему был пожалован титул барона, а в 1859 г. Либих был избран президентом Баварской академии наук.

Лаборатория Либиха в Гиссене (по рисунку 1842 г.)

Мировоззрение и политические взгляды Либиха отражали идеологию немецкой буржуазии. Как и многие его современники, будучи студентом, Либих участвовал в патриотическом движении. Став уже в юности преподавателем высшего учебного заведения, он выступал против реакционной политики прусского и австрийского правительств в области высшего образования. Но к революции 1848 г. он отнесся выжидательно. В идеях организованного пролетариата Либих не смог увидеть прообраз будущего общества.

В опубликованных впервые в 1844 г. "Химических письмах" Либих⁸ защищал виталистические взгляды и выступал против материализма, хотя следует заметить, что его статьи были направлены лишь против "Круговорота жизни" Молешотта.

Вклад Либиха в развитие органической х.шии сравним лишь со значением работ Берцелиуса для неорганической химии. Как и Берцелиус, Либих усовершенствовал применявшиеся ранее аналитические методы и аппаратуру и разработал новые, что создало решающие предпосылки для развития органической химии в XIX в. Интерес Либиха к анализу органических соединений возник в первую очередь под влиянием Берцелиуса.

Уже Лавуазье исследовал органические вещества, окисляя их хлоратом калия или оксидом марганца (IV) и анализируя продукты сожжения. Гей-Люссак, Тенар и независимо от них Дёберейнер ввели в качестве окислителя оксид меди (II). В работах Берцелиуса продукты сгорания органических соединений поглощались хлоридом кальция и едким кали. Либих ввел в употребление специальные раздельные печи для анализа органических веществ при их сожжении, трубку для сжигания с оттянутым концом и усовершенствованные сосуды для абсорбции. Либих разработал метод определения азота отдельно от углерода и водорода. Этот способ в усовершенствованном Ж. Дюма виде применяется и в настоящее время.

В работе "О новом аппарате для анализа органических веществ и о составе некоторых органических веществ" Либих описал разработанный им способ органического элементного анализа⁹. Созданные им методы позволили проводить целые серии анализов в довольно короткое время. Либих первый сумел доказать аналитическим путем, что полученный им фульминат серебра (серебряная соль гремучей кислоты) и исследованный Вёлером цианат серебра, несмотря на значительную разницу их свойств, имеют одинаковый процентный состав. Это наблюдение, а также получение Вёлером мочевины из цианата аммония дали Берцелиусу повод назвать эти явления изомерией и рассматривать их как следствие возможного различия в расположении одинаковых атомов элементов. Быстрое накопление фактов изомерии привело к созданию структурной теории.

Аппарат Либиха для сжигания при органическом элементарном анализе

Первый шаг в этом направлении сделали Либих и Вёлер в работе, посвященной исследованию бензоила. В этом основополагающем исследовании было доказано, что в многочисленных продуктах превращения бензальдегида (горькоминдального масла) и его хлор- и бромпроизводных остается неизменной группировка атомов, которая ведет себя как элемент. Авторы назвали эту группировку атомов радикалом бензоилом. В этой же работе Вёлер и Либих развили метод постепенного химического превращения органических соединений, принципы которого на протяжении столетия с большим успехом применялись как для установления структуры, так и для синтеза многих новых веществ.

В этом направлении Либихом были проведены выдающиеся экспериментальные исследования органических соединений, таких, как производные этилового спирта - моноэтиловый эфир серной кислоты, ацетальдегид (этаналь), ацеталь (диэтилэтаналь), хлораль (трихлорэтаналь) и т. д.

Своими указывающими новые пути исследованиями амигдалина и мочевой кислоты Либих и Вёлер создали образец будущих методов работы в органической химии.

Либих надеялся, что сотрудничество с Дюма позволит развить положения теории радикалов, независимой от Берцелиуса. Но его ожидало глубокое разочарование. Дюма отказался от теории радикалов и выдвинул собственную теорию замещения. Не сумев справиться с потрясением, Либих отстранился от научной полемики о структурной теории.

В работе "О конституции органических кислот", опубликованной в 1838 г., Либих изложил основы созданной им теории кислот и высказал соображения об основности. Он определил кислоты как соединения, в которые входит водород, способный замещаться на металлы.

Жан Батист Дюма (1800-1884): французский химик, создатель теории замещения; в начале творческого пути работал с Либихом

С 1840 г. Либих посвятил большую часть своих работ решению проблем, важных для практики, особенно для развития сельского хозяйства. Громадное значение имел его труд "Органическая химия в применении к сельскому хозяйству и физиологии"¹⁰, опубликованный в 1840 г. В середине XIX в. юнкера-помещики и богатые крестьяне начали внедрять капиталистические методы в немецкое сельское хозяйство, превращаясь в значительную экономическую силу в стране. Они стремились изыскать новые способы повышения доходов от сельского хозяйства, в том числе путем использования новых машин и применения химических удобрений. Интенсификация сельского хозяйства была обусловлена увеличением населения Германии и уходом крестьян в города для работы на промышленных предприятиях. Существовавшие до этого способы обработки земли не могли обеспечить потребности в продовольствии и кормах и должны были уступить место методам, основанным на достижениях науки. В выполнении этой задачи важную роль сыграли работы Либиха о питании растений.

Учение о питании растений и почвоведение находились тогда еще в начале своей разработки. Этим объясняется тот факт, что вначале исследовались не связанные друг с другом частные вопросы, а не вся проблема в целом. Уже до работ Либиха Альбрехт Таер выдвинул теорию гумуса, где, однако, вопрос о питании растений ставился односторонне. Другие исследователи, среди которых были К. Шпренгель и Либих, теорию Таера отклоняли в принципе. Лишь позднее была преодолена односторонность таких точек зрения. Только тогда были признаны представления о питании растений, учитывающие всестороннюю связь между растениями, почвой и другими факторами окружающей среды.

Большой заслугой Либиха в развитии агрохимии были исследование им химической стороны питания растений и последовательная пропаганда данных этих исследований и следствий из них. Результатом этой деятельности Либиха было введение в немецкое сельское хозяйство в начале второй половины XIX в. химических удобрений и создание предприятий по производству этих удобрений (суперфосфата, сульфата аммония).

Письмо Либиха в 1851 г. к землевладельцу (в начале письма изображение лаборатории в Гиссене)

На основании проведенных обстоятельных анализов образцов растений и почвы Либих пришел к выводу, что растения во время своего роста извлекают из земли минеральные вещества, которые естественно не возвращаются на поля. В этом Либих видел причину падения урожаев. Одновременно Либих вывел закон минимума, в соответствии с которым максимальный доход от сельского хозяйства зависит от того минимума питательных веществ, которые растение может взять из почвы.

Из этого следовало, что применение удобрений, включающих минеральные вещества, может повысить доход от земли. Вначале Либих предполагал, что растения поглощают двуокись углерода и азот из воздуха, а из земли - воду и питательные соли. Лишь позднее он понял, что большинство растений получают азот также из почвы - в виде растворимых в воде солей.

Будучи одним из наиболее выдающихся агрохимиков, Либих много сделал для решения продовольственной проблемы растущего населения страны. Проведенные Либихом агрохимические работы, результаты которых обеспечили значительное увеличение урожаев сельскохозяйственных культур, явились серьезным аргументом в борьбе против мальтузианства.

Публикация Либихом в 1842 г. труда "Органическая химия в ее применении к физиологии и патологии" ознаменовала начало его исследований в области физиологической химии. Он изучал химические основы обмена веществ и дыхания. Позднее, работая в Мюнхене, Либих заложил основы науки о питании.

Письмо Либиха (продолжение письма)

Среди многочисленных литературных работ Либиха наибольшее значение имели издание журнала "Анналы химии", который теперь носит его имя¹¹, публикация вместе с Вёлером и Поггендорфом справочника по чистой и прикладной химии, ежегодных обзоров достижений химии. К ним принадлежат также и "Химические письма" Либиха, выдержавшие после смерти автора шесть изданий и в 1913 г. включенные в избранные труды ученого. Своими "Химическими письмами", отличающимися исключительной ясностью изложения, Либих смог показать, как можно о химии писать одновременно и научно, и популярно.

Даже многочисленные небольшие работы Либиха оказывали значительное воздействие на развитие химии. Это особенно относится к критике Либихом состояния химии в Пруссии и Австрии, которая диктовалась желанием способствовать подъему химии в интересах страны и народа.

Методы преподавания Либиха оказали далеко идущее влияние на химическое образование. Либих считал, что студенты лишь в результате собственной практической работы могут познакомиться с методами и законами химии, и сделал лабораторные занятия основой изучения химии. Лаборатория Либиха в Гиссене стала примером для всех немецких университетов и высших школ, хотя до него еще в 1811 г. практическими работами студентов руководили И. Дёберейнер в Йене, И. Троммсдорф в Эрфурте и Ф. Штромейер в Гёттингене. Либих ввел в преподавание принцип постепенности в прохождении практикума, при котором студенты знакомились вначале с качественным, затем с количественным анализом, после этого с препаративными методами и затем лишь приступали к самостоятельным исследованиям.

Применяя новые методы обучения, Либих воспитал целое поколение химиков из разных стран мира, ставших его последователями. Наиболее выдающимися из учеников Либиха были А. В. Гофман, Кекуле, Петтенкофер, Копп, Фелинг, Фрезениус, Эрленмейер, Фольгард, Жерар, Вюрц, Гиббс, Плейфер, Зинин, Воскресенский.