李比希
尤斯圖斯·李比希(1803—1873年)是19世紀德國著名的化學家。他對化學有一種天賦的,與生具來的興趣和使命感。李比希在追求真理和知識方麵的強烈願望,使他在童年時代就叩響了神聖的現代化學知識殿堂的大門。15歲時,他就通過親自實驗,得到了一種前所未有的物質——雷酸。雖然他險些為此而喪命,但這些反而更加激發了他對化學知識更深切的渴望。21歲時,剛剛大學畢業的李比希就被破格任命為大學化學教授。他所編製的教學大綱為近代化學教學的新體製奠定了基礎,在他之前這個並未被人們認識的教學體製,卻培養出了一大批後來聞名於世的化學家。由於對有機化合物的興趣,他特別重視對某些天然產物的研究,在這方麵,他取得了前人所沒有的偉大成就。另外,李比希把相當大的一部分時間用於研究農業化學。他所得出的研究結論至今仍舊在指導著農業化學的發展。這一切,他成為他那個時代真正偉大的化學家之一。他的工作,一直深深地影響著化學科學的發展,今天依然如此。
一、化學天賦
1803年夏天,喬治·李比希和馬麗·卡羅琳娜·馬澤琳生下了一個兒子,這是出生在這位著名藥劑師——喬治·李比希幸福家庭中的第二個孩子。父母給他取的洗禮名字是尤斯圖斯。
喬治·李比希的藥房就設在達姆斯塔德城一條窄胡同中的一座樓房的第一層。這個藥房占用了好幾個大房間,在一個被大家稱為“廚房”的附屬建築物裏,尤斯圖斯·馮·李比希與奇妙的化學初次打了交道。
喬治·李比希的藥品通常都是在藥房裏配製的,隻有遇到特殊的情況,例如需要配製某種特別複雜的、醫療用的浸膏或者是蒸餾某種液體的時候,才使用那間“廚房”。在這裏,尤斯圖斯第一次體驗到了包藏在化學裏的種種“神秘”,正是這些“神秘”的東西激發了他的想象力,從此刻起,化學便成了他的前途、天職和終生理想。
在19世紀初的時候,雖然法國、英國、瑞典等國家的科學家們已經在化學方麵有了不少科學發現,可是化學仍然被人們看作是“魔術”,而研究化學的人也經常被人們稱為“巫師”或是“魔怪”。尤斯圖斯對這些普遍存在於人們頭腦中的偏見很不以為然。這個孩子懂得:化學並不是“魔術”;正是由於有了化學方麵的知識,人們才能夠創造出許多有用的東西。
有時候,尤斯圖斯整天整天地呆在鮑埃爾先生的染房裏或者呆在辛德勒的製革作坊中。他還常常到鄰居艾斯納的家去,他們一家是熬製肥皂的。艾斯納先生雖然沒有很高深的學問,但他卻十分清楚並確切地知道,需要用多少脂肪,多少堿和多少水,煮沸多久和到什麼時候應當加入多少食鹽,然後才能製得高品質的、硬挺而白淨的肥皂。在這些地方,他通過實踐看到,化學為新的生產打開了大門,而這些新興的生產則使人類的生活變得更為方便和舒適。
尤斯圖斯在父親的藥房中給父親幫忙的過程中,已經開始通過實踐初步掌握了化學所提供給他的許多有趣的知識。在他檢查各種藥品配方時,他的這些化學知識常常對他很有幫助。
有一次,一個急需的配方沒有查到,父親便派他到大公的宮廷圖書館去查找。館員海斯熱情地接待了他,並且像對待其他所有孩子一樣,也給了他一本帶有許多插圖的故事書。當他得知尤斯圖斯需要的是化學書時,他被這個孩子的認真勁兒吸引住了。從他把那些擺滿一本本厚厚的化學書的書架指給這個孩子的那一刻起,尤斯圖斯就開始從一部部大厚本的化學書籍中如饑似渴地吸取養分。尤斯圖斯成為宮廷圖書館的常客,凡是書架上擺著的化學方麵的書,他都依次通讀一遍,尤斯圖斯從這些書中學到了許多新的東西。但是,因為當時化學的知識體係還很不健全。所有這些知識都還隻是淹沒在假說和哲理的海洋中,他還很難從中理出點頭緒來。
這個喜歡追求真理的孩子,從童年時代起就形成了他自己接受事物的獨特方法。他認為僅僅停留在從書本上得到的知識是不夠的,隻有那些在實驗中能夠加以模仿再現的東西,隻有那些親眼見到並能夠親自研究過的東西才是更有意義的。為了使自己不致於陷入“神秘”的泥潭,尤斯圖斯緊緊抓住他在藥房的“廚房”裏得到的那些實驗資料。他想:必須通過實踐來檢驗他在書本中所讀到的一切。尤斯圖斯在追求真理和知識方麵所表現出來的強烈願望,使他從童年起就養成了仔細地做化學實驗的良好習慣。實驗時,他始終注意觀察實驗過程中所發生的種種現象,哪怕是細枝末節,他也從不忽略。
與他對化學的濃厚興趣比較起來,他對學校裏其他功課就隻能算是應付差事了。他愈是在藥房的“廚房”中勤奮而認真地工作,他在學校裏的學習也就愈是漫不經心和難以投入。這個孩子無論如何也弄不明白,學習那些拉丁語和希臘語的枯燥無味的語法公式和語法上的各種變格和變位對他而言到底有什麼用處。於是老師們常常指責他玩忽學業。
在一次拉丁語課上,老師發現尤斯圖斯有點心不在焉,沒有好好聽講,這個孩子雖然好像是安靜地坐在桌旁聽講,但他的目光卻投向了某個遙遠的地方,顯然,他現在思想在開小差呢。
“尤斯圖斯·李比希,請你重複一下剛才我講的動詞。”老師“招回”了魂遊幻境的李比希。
尤斯圖斯沒有作聲,他很難為情地低下了頭。老師開始嚴厲地說道:
“尤斯圖斯,我對你講過多少遍了,可是為什麼你就不想學習呢?今年你馬上要畢業了,以後就要走向新的生活,但是你卻不具備應有的知識!你將來打算幹些什麼呢?你準備今後成為一個什麼樣的人呢?”
尤斯圖斯挺直身子,不假思索地說道:“我準備當一個化學家!”
教室裏頓時發出了一陣哄笑聲,連一本正經的拉丁語老師也笑了。尤斯圖斯心裏實在不明白他們為什麼要笑,因為在他的頭腦中確實沒有樹立別的什麼目標。
二、離家求學
尤斯圖斯在父親的藥房裏做實驗的時間越來越多了。他尤其喜歡研究各種炸藥。他從集市上一個賣靈丹妙藥的“化學家”那裏學會了製造爆炸雷管,甚至還學會了設計製造一種壓雷管用的專用設備,於是尤斯圖斯開始在他父親的藥房中製作爆炸雷管。很快,他所製作的這種“小炸彈”成了達姆斯塔德城中大部分男孩子手中的“流行玩具”。尤斯圖斯將賣“小炸彈”的收入都交給了父親,用來幫助父親養活這一大家子人。
尤斯圖斯有時背著父親將自製的炸藥帶到學校,與同學們一起在課間休息時將學校的院子變成了真正的靶場。
有一次上課,當老師正在黑板上專心地推導一條定理時,教室裏發生了可怕的爆炸,老師一時不知所措。幾秒鍾後,老師和同學們都跑到了走廊裏。老師一溜煙似的衝向了校長辦公室,校長也聽到了爆炸聲。幸運的是尤斯圖斯沒有喪命,但不幸的是,校長將他從學校裏開除了。
嚴厲的父親對闖了禍的兒子狠狠地責罵了一頓,最後隻得幹脆讓他到藥房裏當學徒。因為這樣至少尤斯圖斯還可以掙錢口。剛巧,葛平海姆的藥劑師皮爾施需要一個助手,尤斯圖斯便成了他藥房中的夥計。
在葛平海姆藥房裏,尤斯圖斯成了皮爾施先生能幹和勤奮的助手。皮爾施先生對他非常信任,常常允許他獨立地幹些活計。在業餘的時間裏,尤斯圖斯便到皮爾斯先生撥給他的那間閣樓上做各種實驗。他在閣樓裏放置了一張舊木桌,木桌上擺滿了盛著各種化學藥品的玻璃瓶子,他醉心於將這些化學藥品製成各種炸藥的實驗,常常在閣樓上一直搞到深夜。在那裏,他第一次製得了一種後來被稱為“雷酸”的物質。
那一次,尤斯圖斯在把化學藥品進行不同方式的搭配組合,並得到了一種物質,它具有酸所具有的種種特點,而且,這種酸的銀鹽和汞鹽都能夠爆炸。因為沒有專門的器皿,尤斯圖斯將這種新物質裝進了舊手榴彈的空殼裏,放在離壁爐不遠的一個角落裏,他沒有用任何東西把空彈殼蓋起來,於是原來濕的物質很快就幹燥了。這位年輕的化學家還不知道,這種物質在幹燥狀態下即使輕微一碰也會爆炸的,但幾周後,他就親眼看到了這種情況的發生。
尤斯圖斯在實驗的前一天,安裝好了做新實驗所需的儀器,並且將各種配料都稱量好了。他把這種幹燥後的晶體物料放進了研缽中,並用研杵將其輕輕磨碎了,於是尤斯圖斯把研杵放在了桌上,意外的是研杵卻滾了下來,正好落在裝著炸藥的彈殼上。頓時,“轟”的一聲巨響震動了整個葛平海姆……
當尤斯圖斯睜開眼睛的時候,他已經可以直接看到滿天星鬥的夜空——屋頂被爆炸時的氣浪掀飛了。他發現自己躺在桌子對麵的牆邊,身上、頭上蓋滿了塌落下來的磚塊和灰土。
可憐的皮爾施先生再也不敢留用這個“可怕”的年青人了,15歲的尤斯圖斯又不得不回到了達姆斯塔德。
父親知道了發生的一切後,見了他表麵上很不滿意,可內心裏卻十分高興,因為他親愛的尤斯圖斯又回到了他的身邊。他尊重他的兒子,因為尤斯圖斯聰明、勤奮並且擁有豐富的化學知識,他經常征求兒子的意見。由於尤斯圖斯回來幫助他經營藥房,喬治·李比希的收入比以前多了一些,但是他們所賺的錢還是養活不了這一大家子人。
時間一長,這小小的藥房開始無法滿足尤斯圖斯強烈的求知欲望了,他向父親多次提出要去學習化學。雖然家中的經濟條件十分拮據,但是關心兒子前途的藥房主到底還是把尤斯圖斯送到了波恩大學去深造。
當時,波恩大學的化學課是由卡爾·卡斯特納教授講授,他深受德國唯心主義哲學家謝林教授觀點的影響,而謝林教授那時也正在那裏講課。謝林認為哲學是大學全部課程的基礎,這使得大學的整個教學工作都偏重於哲學。但是,這對於當時還是個大學生,但後來將成為科學家的尤斯圖斯·李比希的成長,畢竟還是產生了很好的影響,因為這裏的學習都是很係統的。
第二學期開始時,卡斯特納教授遷到了艾爾蘭根,尤斯圖斯也跟他去了,然而卡斯特納教授對實驗工作並不感興趣,而對尤斯圖斯來說,實驗卻正是他全部科學活動的意義所在。於是師生二人在觀點上有很大分歧,所以妨礙了他們進一步合作。可是別的教授卻發現了尤斯圖斯的才能,他們勸卡斯特納允許這個年青人繼續在他的實驗室裏工作。這樣,尤斯圖斯就有條件從事真正的研究工作,並繼續從事著實驗工作,以確定雷酸的組成成分。
三、留學他鄉
在實驗室中,尤斯圖斯是個沉穩睿智、認真細致的實驗者;在校園中,他又是一個學生社團的核心人物。因為,尤斯圖斯是個性格活潑奔放的年青人,這位未來的化學家的奔放性格很投合詩人普拉丁的脾氣,而尤斯圖斯讀著普拉丁的十四行愛情詩時同樣感到愉快。於是他和普拉丁成了很要好的朋友。
當時的大學生都參加到各種所謂學生社團的小組裏。每個學生社團都有自己特殊的製服和各自的領袖。各社團的成員往往彼此對立,如果他們在課堂上不得不坐在緊挨著的座位上的話,那他們也彼此互不理睬。
尤斯圖斯常常和克裏斯蒂安·弗裏德裏希·申拜恩坐在一起,但他們從來都不交談的,因為李比希的綠色上衣和申拜恩的黑色大衣正毫不含糊地表明,他們倆是屬於兩個對立的社團的,雖然申拜恩也如尤斯圖斯一樣熱愛化學,但他們在學校裏根本不可能成為朋友。如果說申拜恩是個謙遜而不事聲張的人的話,那麼李比希則是最活躍的學生群體中最活躍的核心人物。
1822年春天,當局發布了逮捕大學生秘密團體成員的命令,於是在普拉丁的建議下尤斯圖斯又不得不回到了達姆斯塔德去避避風頭。在大學當局對他在艾爾蘭根的住所進行了搜查並對他提出了起訴之後,尤斯圖斯想返回艾爾蘭根的一絲希望破滅了,於是他準備去巴黎,在那裏他既可以繼續他所投身的學習和研究,又可以躲避當局的搜捕。
他無法指望得到父親的資助,因為喬治·李比希通過每天辛勤工作來掙錢養活自己的6個孩子已經非常不容易了。於是尤斯圖斯轉而去求助於大公,希望大公能給他一點助學金並允許他到巴黎繼續學業。大公的秘書,過去在宮廷圖書館的時候就認識李比希,並且被那時這個孩子的學習勁頭深深打動,於是他決定全力幫助尤斯圖斯。正是由於他的幫助以及卡斯特納教授寫給大公的書麵推薦,尤斯圖斯才得到了大公的資助。1822年秋天,尤斯圖斯動身踏上了通往巴黎的旅途。
當尤斯圖斯望見巴黎盧浮宮的時候,蓋呂薩克、泰納、杜隆、舍夫勒等著名的學者正在巴黎工作。在巴黎,尤斯圖斯才第一次接觸到真正的化學,他所聽到的講課,絕不是僅僅由直觀的假說聯係起來的某些知識的簡單堆砌,而是一個嚴密的知識體係,那著眼於未來的傳授知識的體係。
除了聽課之外,尤斯圖斯在巴黎參加實驗活動的機會也特別多。在這裏,在蓋呂薩克的指導下,他繼續進行對雷酸性質和成分的研究,他早已從自己痛苦的失敗經曆中認識到了雷酸的銀鹽和汞鹽在爆炸時非常劇烈,他也深知繼續對此類鹽的研究是十分危險的,但是他並未因此而退縮。
尤斯圖斯通過實驗順利地對這兩種鹽作了分析,並且精確地測定了這類鹽的化學成分。同時,尤斯圖斯還製備出了同樣具有爆炸性的銅、鐵、鋅的雷酸鹽以及其他種種雷酸化合物。他還找到了一種能夠防止雷酸鹽爆炸的物質——烘焙過的氧化鎂。氧化鎂的應用使礙研究雷酸化合物組成的實驗可以在相對比較安全的條件下進行。蓋呂薩克對這位年輕的德國科學家的工作感到非常滿意。1823年6月23日,他在法國科學院報告了他們的研究成果。
在與會期間,亞曆山大·馮·洪堡德對尤斯圖斯給予了很高的評價:“您的研究不僅本身是有意義的,更重要的一點是,它使人們感到您具有優秀的實驗才能。如果進一步努力,您將在化學方麵大有作為。”但是洪堡德認為尤斯圖斯僅僅像其他大學生一樣在索爾蓬納實驗室裏做實驗還不夠,他認為這個年青人應該在蓋呂薩克這樣舉世無雙的科學家的私人實驗室中工作,因為那裏的實驗條件將更有利於尤斯圖斯進行研究和時刻向蓋呂薩克請教。
在洪堡德的推薦下,蓋呂薩克接受了尤斯圖斯在他的私人實驗室裏當助手。這使得尤斯圖斯有條件徹底地完成他已經開始的研究工作。經過短短的一個冬天的共同協作,尤斯圖斯最終確定了雷酸的化學式。不僅如此,通過和蓋呂薩克的協作,這個初學的青年研究家獲得了豐富的知識和經驗。
1824年3月23日,尤斯圖斯在巴黎科學院的一次會議上作了他與蓋呂薩克共同合作完成的關於雷酸化合物研究的總結報告。
四、夢想成真
1824年的春天,尤斯圖斯帶著自己的研究成果及蓋呂薩克和洪堡德的推薦書回到了家鄉達姆斯塔德。提交給政府的這兩位著名科學家對尤斯圖斯的研究工作給予的肯定評語起了作用——基森當局在沒有征求基森大學學術委員會意見的情況下,就破格委任21歲的尤斯圖斯·李比希為正常編製以外的化學教授。
尤斯圖斯·馮·李比希的生活從此開始進入了一個嶄新的階段。他從小樹立的理想終於實現了——他成了一個化學家,現在,他終於可以通過自己的講課去幫助別的熱愛化學的青年人去掌握化學知識了。然而,“用什麼方法去造就化學家呢?”尤斯圖斯在心中自問:“是沿著曲折艱難的道路前進,就像他自己這些年來所走過的道路那樣呢?還是製定出一個新的教學體製呢?”
因為當時還沒有什麼條例或規定,規定大學必須采用某種教學方法,所以李比希決定製訂出一個新的教學體製——能夠保證那些攻讀化學的大學生獲得必要的知識的一種合理的教育體製。
李比希最終決定以他在巴黎聽過的課程作為整個教學計劃的藍本。但是,一是因為他對這些課程並不十分滿意,二是他認為隻有在實驗室才能培養出名副其實的化學家,所以他將巴黎的那些課程作了相當大的改動,並且加入了大量的實驗內容,因為化學家們都是在實驗室裏作出各種發現的。
李比希的這個教學體製在他之前是從未有人實行過的,但正是李比希編製的這個化學教學大綱,為近代化學教學的新體製奠定了基礎,也許連李比希本人當時也沒有意識到這個改革的偉大意義之所在;也許連李比希本人當時也未能想到他的教學體製培養出了那麼多後來聞名於世的化學家。
由於李比希是沒有經過學術委員會的認可就被委任為教授的,所以他並不指望他的教學改革的建議能夠得到上級的支持。情況正如他所預料的那樣:他送交到政府的報告,仍是和過去一樣,一直得不到答複。政府不撥款來建造實驗室,這就使李比希隻得走上自力更生建造實驗室的道路。但是李比希有信心,他認為政府遲早會支持他的教學改革建議。
“既然我們承擔教學責任,那就需要為此創造出起碼的教學條件”他想。於是李比希動用了自己的不多的積蓄,開始了建造實驗室的工作。“工夫不負有心人”,不久之後,政府終於批下了一筆補助經費,這實驗室的建設速度大大加快了。生活中充滿著喜悅和探索的日子來到了,他的理想終於——實現了!
因為李比希善於交際,所以使得他得到了大學裏教授們的同情和幫助,他們一致支持他所提出的改進教育體製的建議。當齊默曼教授逝世之後,李比希順利地繼任了齊默曼教授的講座職位,他終於成為了一名正教授。
正當他在事業上春風得意的時候,愛神也在向他招手,一位名叫亨利艾塔·莫頓豪爾的美麗姑娘同這位青年科學家一起分享了他在事業上的進步帶來的幸福,她喜歡這位年輕的黑發教授,喜歡他彬彬有禮的風度、愉快的性格和具有堅定目標並為之不懈努力的天性。當李比希向這位漂亮姑娘求婚的時候,她以毫不掩飾的愉快心情,接受了他的求婚,同意作他的妻子。1826年5月,李比希和亨利艾塔舉行了婚禮,朋友們都參加了他們的婚禮,為他們祝福,向他們表示祝賀。
1826年秋天,大學生們終於可以走入新的教學實驗室了,李比希為新實驗室的落成剪了彩。
大學生們能夠在實驗室裏進行係統的化學課程的學習,這還是有史以來的第一次,在李比希教授的指導下,學生們先開始學習化學物質的定性分析和定量分析,然後再進行無機物的合成,在實驗中提取天然物質;最後在畢業之前,他們必須進行獨立的研究工作。
李比希創造的新教學體製很快就收到了明顯的效果。在李比希的指導下,通過在實驗室中實際操作的鍛煉,李比希的學生中成長出了一大批後來聞名於世的化學家。這些化學家中包括:發現了烷基鋅化合物並找到了製取飽和烴的方法的英國人愛德華·弗蘭克蘭;研究出測定單糖的方法和反應試劑的德國人赫爾曼·費林;通過對前人使用過的分析方法做了係統整理之後發明了一些新的分析方法的德國人卡爾·萊米格斯·弗雷澤紐斯;促進了化學概念新體係的誕生、為門捷列夫發現元素周期律準備了條件的法國人查理·弗雷德裏克·日拉爾;以創立用途廣泛的精確滴定方法而聞名的德國人雅科布·弗爾加德;發現了若幹有機化學反應的法國人查理·阿道夫·武慈。此外,在李比希的學生中,還有意大利化學家阿斯卡尼奧·索波列羅,德國研究家亨利·威爾,德國化學家奧古斯特·凱庫勒及其他許多人;另外還有俄國化學家,其中第一位就是被門捷列夫譽為“俄國化學家之父”的沃斯克列辛斯基。李比希的這些學生,後來被人們稱作“基森學派”。