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Justus Freiherr von Liebig war ein deutscher Wissenschaftler, der bedeutende Beiträge zur Agrar- und Biologischen Chemie leistete und wird als einer der Hauptbegründer der organischen Chemie betrachtet. Als Professor an der Universität Giessen entwickelte er die moderne laborgestützte Lehrmethode, und für solche Innovationen wird er als einer der größten Chemielehrer aller Zeiten angesehen. Er wurde als der "Vater der Düngemittelindustrie" beschrieben, weil er Stickstoff und Spurenmineralien als essentielle Pflanzennährstoffe betonte, und seine Formulierung des Gesetzes des Minimums, das beschrieb, wie das Pflanzenwachstum von der knappsten Nährstoffressource abhing, nicht von der Gesamtmenge der verfügbaren Ressourcen. Er entwickelte auch ein Herstellungsverfahren für Fleischextrakte, und mit seiner Zustimmung wurde ein Unternehmen, genannt Liebig Extract of Meat Company, gegründet, um das Konzept auszunutzen; es führte später den Oxo-Markenfleischbrühewürfel ein. Er machte eine frühere Erfindung zur Dampfkondensation populär, die als Liebig-Kondensator bekannt wurde.
Frühe Jahre und Ausbildung
Justus Liebig wurde in Darmstadt in die bürgerliche Familie von Johann Georg Liebig und Maria Caroline Möser im frühen Mai 1803 geboren. Sein Vater war ein Drogist und Eisenwarenhändler, der Farben, Lacke und Pigmente zusammenstellte und verkaufte, die er in seiner eigenen Werkstatt entwickelte. Schon von Kindheit an war Justus von Chemie fasziniert.
Im Alter von 13 Jahren erlebte Liebig das Jahr ohne Sommer, als der Großteil der Nahrungspflanzen in der nördlichen Hemisphäre durch einen vulkanischen Winter zerstört wurde. Deutschland war unter den am härtesten betroffenen Ländern der folgenden globalen Hungersnot, und dieses Erlebnis soll Liebigs spätere Arbeit geprägt haben. Teilweise aufgrund von Liebigs Innovationen in Düngemitteln und Landwirtschaft wurde die Hungersnot von 1816 als "die letzte große Subsistenzkrise in der westlichen Welt" bekannt.
Liebig besuchte die Grammatikschule am Ludwig-Georgs-Gymnasium in Darmstadt, im Alter von 8 bis 14 Jahren. Ohne ein Abschlusszeugnis verlassend, wurde er mehrere Monate beim Apotheker Gottfried Pirsch 1792–1870 in Heppenheim in die Lehre gegeben, bevor er nach Hause zurückkehrte, möglicherweise weil sein Vater sich seine Ausbildungsgebühren nicht leisten konnte. Er arbeitete die nächsten zwei Jahre mit seinem Vater zusammen, besuchte dann die Universität Bonn und studierte unter Karl Wilhelm Gottlob Kastner, dem Geschäftspartner seines Vaters. Als Kastner zur Universität Erlangen wechselte, folgte ihm Liebig.
Liebig verließ Erlangen im März 1822, teilweise wegen seiner Beteiligung bei der radikalen Korps Rhenania einer nationalistischen Studentenorganisation, aber auch wegen seiner Hoffnungen auf fortgeschrittenere chemische Studien. Die Umstände sind durch möglichen Skandal getrübt. Ende 1822 ging Liebig auf ein von Kastner für ihn von der hessischen Regierung erhaltenes Stipendium nach Paris zum Studieren. Er arbeitete im privaten Labor von Joseph Louis Gay-Lussac und wurde auch von Alexander von Humboldt und Georges Cuvier 1769–1832 befürwortet. Liebigs Doktorgrad von Erlangen wurde am 23. Juni 1823 verliehen, beträchtliche Zeit nachdem er wegging, als Ergebnis von Kastners Intervention in seinem Namen. Kastner plädierte dafür, dass die Anforderung einer Dissertation aufgegeben werde, und der Grad in absentia verliehen wurde.
Forschung und Entwicklung
Liebig verließ Paris, um im April 1824 nach Darmstadt zurückzukehren. Am 26. Mai 1824, im Alter von 21 Jahren und mit Humboldts Empfehlung, wurde Liebig Professor extraordinarius an der Universität Giessen. Liebigs Ernennung war Teil eines Versuchs, die Universität Giessen zu modernisieren und mehr Studenten anzulocken. Er erhielt ein kleines Stipendium, ohne Laborfinanzierung oder Zugang zu Einrichtungen.
Seine Situation war kompliziert durch die Anwesenheit von bestehenden Fakultätsmitgliedern: Professor Wilhelm Zimmermann 1780–1825 unterrichtete allgemeine Chemie als Teil der Philosophiefakultät und überließ medizinische Chemie und Pharmazie Professor Philipp Vogt der Medizinischen Fakultät. Vogt war glücklich, eine Reorganisation zu unterstützen, in der Pharmazie von Liebig unterrichtet wurde und zur Verantwortung der Kunstfakultät wurde, anstatt der Medizinischen Fakultät. Zimmermann fand sich erfolglos mit Liebig konkurrierend um Studenten und deren Vorlesungsgebühren. Er weigerte sich, Liebig den Einsatz bestehender Räume und Ausrüstung zu erlauben, und beging schließlich Selbstmord am 19. Juli 1825. Die Todesfälle von Zimmermann und eines Professors Blumhof, der Technologie und Bergbau unterrichtete, eröffneten Liebig den Weg, sich auf eine Vollzeitprofessur zu bewerben. Liebig wurde am 7. Dezember 1825 zum Ordentlicher-Lehrstuhl für Chemie ernannt, mit erheblich erhöhtem Gehalt und einer Laborausstattung.
Liebig heiratete Henriette "Jettchen" Moldenhauer 1807–1881, die Tochter eines Staatsbeamten, im Mai 1826. Sie hatten fünf Kinder, Georg 1827–1903, Agnes 1828–1862, Hermann 1831–1894, Johanna 1836–1925, und Marie 1845–1920. Obwohl Liebig lutherisch war und Jettchen katholisch, scheinen ihre Religionsunterschiede freundlich gelöst worden zu sein, indem ihre Söhne lutherisch und ihre Töchter katholisch erzogen wurden.
Umgestaltung der Chemieerziehung
Liebig und mehrere Mitarbeiter schlugen vor, ein Institut für Pharmazie und Herstellung an der Universität zu schaffen. Der Senat lehnte ihre Idee jedoch kompromisslos ab und erklärte, dass die Ausbildung von "Apothekern, Seifensiedern, Bierbrauern, Färbern und Essigbrennern" nicht die Aufgabe der Universität sei. Seit dem 17. Dezember 1825 verfügten sie, dass jede solche Institution ein privates Unternehmen sein müsse. Diese Entscheidung spielte Liebig tatsächlich in die Hände. Als unabhängiges Unternehmen konnte er Universitätsregeln ignorieren und sowohl immatrikulierte als auch nicht immatrikulierte Studenten akzeptieren. Liebigs Institut wurde in Pharmaziezeitschriften umfangreich beworben und eröffnete 1826. Seine Klassen in praktischer Chemie und Laborverfahren für chemische Analysen wurden zusätzlich zu Liebigs formalen Kursen an der Universität unterrichtet.
Von 1825 bis 1835 war das Labor in der Wachstube einer ungenutzten Kaserne am Rande der Stadt untergebracht. Der Hauptlaborraum war etwa 38 m2 410 qm groß und beinhaltete einen kleinen Vorlesungssaal, einen Abstellschrank und einen Hauptraum mit Öfen und Arbeitstischen. Eine offene Kolonnade draußen konnte für gefährliche Reaktionen genutzt werden. Liebig konnte dort mit acht oder neun Studenten gleichzeitig arbeiten. Er lebte in einer beengten Wohnung eine Etage über dem Gebäude mit seiner Frau und seinen Kindern.
Liebig war einer der ersten Chemiker, der ein Labor in seiner heutigen Form organisierte und mit Studenten in umfangreicher empirischer Forschung durch eine Kombination von Forschung und Lehre engagierte. Seine Methoden der organischen Analyse ermöglichten es ihm, die analytische Arbeit vieler Doktoranden zu leiten. Liebigs Studenten kamen aus vielen der deutschen Staaten sowie aus Großbritannien und den Vereinigten Staaten, und sie halfen, einen internationalen Ruf für ihren Doktorvater zu schaffen. Sein Labor wurde bekannt als eine vorbildliche Institution für die Lehre der praktischen Chemie. Es war auch bedeutsam für seinen Schwerpunkt auf die Anwendung von Entdeckungen in der Grundlagenforschung zur Entwicklung spezifischer chemischer Prozesse und Produkte.
1833 konnte Liebig Kanzler Justin von Linde überzeugen, das Institut in die Universität aufzunehmen. 1839 erhielt er Regierungsmittel zum Bau eines Vorlesungstheaters und zweier separater Labore, entworfen von Architekt Paul Hofmann. Das neue Chemieiabor verfügte über innovative gläserne Abzugsschränke und Lüftungsschornsteine. Bis 1852, als er Giessen zum Umzug nach München verließ, hatten mehr als 700 Studenten der Chemie und Pharmazie bei Liebig studiert.
Instrumentierung
Eine bedeutende Herausforderung für Chemiker des 19. Jahrhunderts war der Mangel an Instrumenten und Analysemethoden zur Unterstützung genauer und wiederholbarer Analysen organischer Materialien. Viele Chemiker arbeiteten am Problem der organischen Analyse, einschließlich des Franzosen Joseph Louis Gay-Lussac und des Schweden Jöns Jacob Berzelius, bevor Liebig 1830 seine Version eines Geräts zur Bestimmung des Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffgehalts organischer Substanzen entwickelte. Es handelte sich um eine geniale Anordnung von fünf Glaskugeln, genannt Kaliapparat, um das Oxidationsprodukt des Kohlenstoffs in der Probe nach der Verbrennung der Probe zu fangen. Bevor die Verbrennungsgase den Kaliapparat erreichten, wurden sie durch ein Rohr aus hygroskopischem Calciumchlorid geleitet, das das Oxidationsprodukt des Wasserstoffs der Probe, nämlich Wasserdampf, aufnahm und behielt. Dann, im Kaliapparat, wurde Kohlendioxid in einer Kaliumhydroxidlösung in den drei unteren Kugeln absorbiert und zur Messung des Kohlenstoffgewichts in der Probe verwendet. Für jede Substanz, die nur aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht, wurde der Sauerstoffprozentsatz ermittelt, indem die Kohlenstoff- und Wasserstoffprozentsätze von 100% abgezogen wurden; der Rest musste der Sauerstoffprozentsatz sein. Ein Holzkohleofen ein Stahlblech-Tablett, auf dem das Verbrennungsrohr lag, wurde für die Verbrennung verwendet. Das direkte Wiegen von Kohlenstoff und Wasserstoff, anstatt sie volumetrisch zu schätzen, erhöhte die Messgenauigkeit der Methode stark. Liebigs Assistent Carl Ettling perfektionierte Glasblas-Techniken zur Herstellung des Kaliaparats und demonstrierte sie Besuchern. Liebigs Kaliapparat vereinfachte die Technik der quantitativen organischen Analyse und machte sie routinemäßig. Brock vermutet, dass die Verfügbarkeit eines überlegenen technischen Geräts einer der Gründe war, warum Liebig so viele Studenten zu seinem Labor anziehen konnte. Seine Verbrennungsanalysemethode wurde pharmazeutisch verwendet und machte sicherlich viele Beiträge zur organischen, landwirtschaftlichen und biologischen Chemie möglich.
Liebig machte auch die Verwendung eines Gegenstrom-Wasserkkühlungssystems für die Destillation populär, immer noch als Liebig-Kondensator bekannt. Liebig selbst schrieb das Verdampfungskondensationsgerät dem deutschen Apotheker Johann Friedrich August Gottling zu, der 1794 Verbesserungen an einem Design machte, das unabhängig vom deutschen Chemiker Christian Ehrenfried Weigel 1771 entdeckt wurde, vom französischen Wissenschaftler P. J. Poisonnier 1779, und vom finnischen Chemiker Johan Gadolin 1791.
Obwohl es erst nach Liebigs Tod weit verbreitet wurde, als Sicherheitsgesetze schließlich die Verwendung von Quecksilber bei der Herstellung von Spiegeln verboten, schlug Liebig einen Prozess zum Versilbern vor, der schließlich zur Grundlage der modernen Spiegelherstellung wurde. 1835 berichtete er, dass Aldehyde Silbersalze zu metallischem Silber reduzieren. Nach der Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern kam Carl August von Steinheil 1856 zu Liebig, um zu sehen, ob er eine Versilberungstechnik entwickeln konnte, die hochwertige optische Spiegel zur Verwendung in Spiegelteleskopen produzieren könnte. Liebig konnte makellosse Spiegel herstellen, indem er Kupfer zu ammoniertem Silbernitrat und Zucker hinzufügte. Ein Versuch, den Prozess zu kommerzialisieren und "die Quecksilberspiegelherstellung und ihre nachteilige Auswirkung auf die Gesundheit von Arbeitern auszutreiben", war erfolglos.
Organische Chemie
Einer von Liebigs häufigen Mitarbeitern war Friedrich Wöhler. Sie trafen sich 1826 in Frankfurt, nachdem sie unabhängig von der Herstellung zweier Substanzen, Blausäure und Knallsäure, berichteten, die anscheinend die gleiche Zusammensetzung, aber sehr unterschiedliche Merkmale hatten. Das von Liebig untersuchte Silberfulminate war explosiv, während das von Wöhler gefundene Silbercyanat nicht explosiv war. Nach gemeinsamer Überprüfung der umstrittenen Analysen waren sie sich einig, dass beide gültig waren. Die Entdeckung dieser und anderer Substanzen führte dazu, dass Jöns Jacob Berzelius die Idee der Isomere vorschlug, Substanzen, die nicht einfach durch die Anzahl und Art der Atome im Molekül definiert sind, sondern auch durch die Anordnung dieser Atome.
1832 veröffentlichten Liebig und Friedrich Wöhler eine Untersuchung des Bittermandelöls. Sie verwandelten reines Öl in mehrere halogenierte Verbindungen, die in anderen Reaktionen weiter transformiert wurden. Bei all diesen Transformationen "behielt eine einzelne Verbindung", die sie Benzoyl nannten, "ihre Natur und Zusammensetzung in nahezu allen ihren Assoziationen mit anderen Körpern unverändert." Ihre Experimente bewiesen, dass eine Gruppe von Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen sich wie ein Element verhalten kann, den Platz eines Elements einnehmen kann und für Elemente in chemischen Verbindungen ausgetauscht werden kann. Dies legte den Grundstein für die Lehre von Verbindungsradikalen, die als früher Schritt in der Entwicklung der Strukturchemie angesehen werden kann.
Die 1830er Jahre waren eine Zeit intensiver Untersuchung organischer Verbindungen durch Liebig und seine Studenten, sowie eine Zeit lebhafter Debatten über die theoretischen Auswirkungen ihrer Ergebnisse. Liebig publizierte zu einer Vielzahl von Themen und veröffentlichte persönlich durchschnittlich 30 Arbeiten pro Jahr zwischen 1830 und 1840. Liebig isolierte nicht nur einzelne Substanzen, sondern studierte auch ihre gegenseitigen Beziehungen und die Wege, in denen sie sich degradierten und in andere Substanzen umwandelten, und suchte nach Hinweisen zum Verständnis von chemischer Zusammensetzung und physiologischer Funktion. Weitere bedeutende Beiträge von Liebig du
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