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Justus Freiherr von Liebig était un scientifique allemand qui a apporté des contributions majeures à la chimie agricole et biologique, et est considéré comme l'un des principaux fondateurs de la chimie organique. En tant que professeur à l'Université de Giessen, il a conçu la méthode d'enseignement moderne orientée vers le laboratoire, et pour de telles innovations, il est considéré comme l'un des plus grands professeurs de chimie de tous les temps. Il a été décrit comme le « père de l'industrie des engrais » pour son accent sur l'azote et les minéraux traces en tant que nutriments végétaux essentiels, et sa formulation de la loi du minimum, qui décrivait comment la croissance des plantes dépendait de la ressource nutritive la plus rare, plutôt que de la quantité totale de ressources disponibles. Il a également développé un procédé de fabrication pour les extraits de boeuf, et avec son consentement une entreprise, appelée Liebig Extract of Meat Company, a été fondée pour exploiter le concept ; elle a introduit plus tard le cube de bouillon de boeuf de marque Oxo. Il a popularisé une invention antérieure pour condenser les vapeurs, qui en vint à être connue sous le nom de condenseur Liebig.
Enfance et éducation
Justus Liebig est né à Darmstadt dans la famille de la classe moyenne de Johann Georg Liebig et Maria Caroline Möser au début du mois de mai 1803. Son père était un droguiste et marchand de quincaillerie qui composait et vendait des peintures, des vernis et des pigments, qu'il développait dans son propre atelier. Dès l'enfance, Justus était fasciné par la chimie.
À l'âge de 13 ans, Liebig a vécu l'année sans été, lorsque la majorité des cultures alimentaires de l'hémisphère nord ont été détruites par un hiver volcanique. L'Allemagne a été l'une des nations les plus durement touchées par la famine mondiale qui s'ensuivit, et l'expérience aurait façonné les travaux ultérieurs de Liebig. En partie grâce aux innovations de Liebig en matière d'engrais et d'agriculture, la famine de 1816 devint connue sous le nom de « dernière grande crise de subsistance du monde occidental ».
Liebig a fréquenté l'école secondaire au Ludwig-Georgs-Gymnasium à Darmstadt, de l'âge de 8 à 14 ans. Partant sans certificat d'études, il a été apprenti pendant plusieurs mois chez l'apothicaire Gottfried Pirsch 1792–1870 à Heppenheim avant de retourner à la maison, probablement parce que son père ne pouvait pas se permettre de payer ses conditions d'apprentissage. Il a travaillé avec son père pendant les deux années suivantes, puis a fréquenté l'Université de Bonn, étudiant sous Karl Wilhelm Gottlob Kastner, l'associé commercial de son père. Quand Kastner a déménagé à l'Université d'Erlangen, Liebig l'a suivi.
Liebig a quitté Erlangen en mars 1822, en partie en raison de son implication avec le radical Korps Rhenania, une organisation d'étudiants nationalistes, mais aussi à cause de ses espoirs pour des études chimiques plus avancées. Les circonstances sont obscurcies par un possible scandale. À la fin de 1822, Liebig est allé étudier à Paris avec une bourse obtenue pour lui par Kastner du gouvernement de la Hesse. Il a travaillé dans le laboratoire privé de Joseph Louis Gay-Lussac, et a également été befriended par Alexander von Humboldt et Georges Cuvier 1769–1832. Le doctorat de Liebig d'Erlangen a été conféré le 23 juin 1823, un temps considérable après son départ, grâce à l'intervention de Kastner en sa faveur. Kastner a plaidé pour que l'exigence d'une dissertation soit levée, et le diplôme accordé in absentia.
Recherche et développement
Liebig a quitté Paris pour retourner à Darmstadt en avril 1824. Le 26 mai 1824, à l'âge de 21 ans et avec la recommandation de Humboldt, Liebig est devenu professeur extraordinarius à l'Université de Giessen. La nomination de Liebig faisait partie d'une tentative de moderniser l'Université de Giessen et d'attirer plus d'étudiants. Il a reçu une petite allocation, sans financement de laboratoire ni accès aux installations.
Sa situation a été compliquée par la présence de professeurs existants : le professeur Wilhelm Zimmermann 1780–1825 enseignait la chimie générale dans le cadre de la faculté de philosophie, laissant la chimie médicale et la pharmacie au professeur Philipp Vogt de la faculté de médecine. Vogt était heureux de soutenir une réorganisation dans laquelle la pharmacie était enseignée par Liebig et devenait la responsabilité de la faculté des arts, plutôt que de la faculté de médecine. Zimmermann s'est retrouvé en concurrence sans succès avec Liebig pour les étudiants et leurs frais de cours. Il a refusé de permettre à Liebig d'utiliser l'espace et l'équipement existants, et a finalement commis suicide le 19 juillet 1825. Les décès de Zimmermann et d'un professeur Blumhof qui enseignait la technologie et l'exploitation minière ont ouvert la voie à Liebig pour postuler à un poste de professeur à temps plein. Liebig a été nommé à la chaire Ordentlicher en chimie le 7 décembre 1825, recevant un salaire considérablement augmenté et une allocation de laboratoire.
Liebig a épousé Henriette « Jettchen » Moldenhauer 1807–1881, la fille d'un fonctionnaire de l'État, en mai 1826. Ils ont eu cinq enfants, Georg 1827–1903, Agnes 1828–1862, Hermann 1831–1894, Johanna 1836–1925, et Marie 1845–1920. Bien que Liebig soit luthérien et Jettchen catholique, leurs différences religieuses semblent avoir été résolues à l'amiable en élevant leurs fils dans la religion luthérienne et leurs filles comme catholiques.
Transformer l'enseignement de la chimie
Liebig et plusieurs associés ont proposé de créer un institut de pharmacie et de fabrication au sein de l'université. Le Sénat, cependant, a catégoriquement rejeté leur idée, affirmant que la formation « d'apothicaires, de savonniers, de brasseurs de bière, de teinturiers et de distillateurs de vinaigre » n'était pas la tâche de l'université. À partir du 17 décembre 1825, ils ont décidé que toute institution de ce type devrait être une entreprise privée. Cette décision a en fait fonctionné à l'avantage de Liebig. En tant qu'entreprise indépendante, il pouvait ignorer les règles de l'université et accepter à la fois des étudiants immatriculés et non immatriculés. L'institut de Liebig a été largement annoncé dans les journaux pharmaceutiques, et a ouvert ses portes en 1826. Ses cours de chimie pratique et de procédures de laboratoire pour l'analyse chimique ont été enseignés en plus des cours formels de Liebig à l'université.
De 1825 à 1835, le laboratoire était installé dans la salle de garde d'une ancienne caserne à la périphérie de la ville. L'espace principal du laboratoire était d'environ 38 m2 410 pi2 de taille et incluait une petite salle de cours, un placard de stockage, et une salle principale avec des fours et des tables de travail. Une colonnade ouverte à l'extérieur pouvait être utilisée pour les réactions dangereuses. Liebig pouvait y travailler avec huit ou neuf étudiants à la fois. Il vivait dans un petit appartement à l'étage avec sa femme et ses enfants.
Liebig était l'un des premiers chimistes à organiser un laboratoire sous sa forme actuelle, s'engageant avec les étudiants dans la recherche empirique à grande échelle grâce à une combinaison de recherche et d'enseignement. Ses méthodes d'analyse organique lui ont permis de diriger le travail analytique de nombreux étudiants diplômés. Les étudiants de Liebig provenaient de nombreux États allemands, ainsi que de Grande-Bretagne et des États-Unis, et ils ont contribué à créer une réputation internationale pour leur Doktorvater. Son laboratoire est devenu célèbre comme une institution modèle pour l'enseignement de la chimie pratique. Il était également important pour son accent sur l'application des découvertes en recherche fondamentale au développement de processus et de produits chimiques spécifiques.
En 1833, Liebig a pu convaincre le chancelier Justin von Linde d'inclure l'institut au sein de l'université. En 1839, il a obtenu des fonds gouvernementaux pour construire un théâtre de conférences et deux laboratoires séparés, conçus par l'architecte Paul Hofmann. Le nouveau laboratoire de chimie présentait des hottes de fume innovantes avec vitres frontales et des cheminées de ventilation. En 1852, lorsqu'il a quitté Giessen pour Munich, plus de 700 étudiants en chimie et pharmacie avaient étudié avec Liebig.
Instrumentation
Un défi important auquel se sont heurtés les chimistes organiques du XIXe siècle était le manque d'instruments et de méthodes d'analyse pour soutenir des analyses précises et reproductibles de matériaux organiques. De nombreux chimistes ont travaillé sur le problème de l'analyse organique, notamment le Français Joseph Louis Gay-Lussac et le Suédois Jöns Jacob Berzelius, avant que Liebig développe sa version d'un appareil pour déterminer la teneur en carbone, hydrogène et oxygène de substances organiques en 1830. Il impliquait un ensemble ingénieux de cinq ampoules en verre, appelé un Kaliapparat pour piéger le produit d'oxydation du carbone dans l'échantillon, suivant la combustion de l'échantillon. Avant d'atteindre le Kaliapparat, les gaz de combustion ont été conduits à travers un tube de chlorure de calcium hygroscopique, qui a absorbé et retenu le produit d'oxydation de l'hydrogène de l'échantillon, à savoir la vapeur d'eau. Ensuite, dans le Kaliapparat, le dioxyde de carbone a été absorbé dans une solution d'hydroxyde de potassium dans les trois ampoules inférieures, et a été utilisé pour mesurer le poids du carbone dans l'échantillon. Pour toute substance composée uniquement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, le pourcentage d'oxygène a été trouvé en soustrayant les pourcentages de carbone et d'hydrogène de 100 % ; le reste doit être le pourcentage d'oxygène. Un four à charbon de bois un plateau en tôle d'acier dans lequel le tube de combustion a été posé a été utilisé pour la combustion. Peser le carbone et l'hydrogène directement, plutôt que de les estimer volumétriquement, a considérablement augmenté la précision de la mesure de la méthode. L'assistant de Liebig, Carl Ettling, a perfectionné les techniques de soufflage du verre pour produire le Kaliapparat, et les a démonstrées aux visiteurs. Le kaliapparat de Liebig a simplifié la technique d'analyse organique quantitative et l'a rendue routinière. Brock suggère que la disponibilité d'un appareil technique supérieur était l'une des raisons pour lesquelles Liebig a pu attirer autant d'étudiants à son laboratoire. Sa méthode d'analyse par combustion a été utilisée pharmaceutiquement, et a certainement permis de nombreuses contributions à la chimie organique, agricole et biologique.
Liebig a également popularisé l'utilisation d'un système de refroidissement par eau à contre-courant pour la distillation, toujours appelé condenseur Liebig. Liebig lui-même a attribué le dispositif de condensation de vapeur au pharmacien allemand Johann Friedrich August Gottling, qui avait apporté des améliorations en 1794 à un design découvert indépendamment par le chimiste allemand Christian Ehrenfried Weigel en 1771, par le scientifique français P. J. Poisonnier en 1779, et par le chimiste finlandais Johan Gadolin en 1791.
Bien qu'il n'ait pas été largement adopté jusqu'après la mort de Liebig, quand la législation sur la sécurité a finalement interdit l'utilisation du mercure dans la fabrication de miroirs, Liebig a proposé un procédé d'argenture qui devint finalement la base de la fabrication moderne de miroirs. En 1835, il a rapporté que les aldéhydes réduisent les sels d'argent en argent métallique. Après avoir travaillé avec d'autres scientifiques, Carl August von Steinheil s'est adressé à Liebig en 1856 pour voir s'il pouvait développer une technique d'argenture capable de produire des miroirs optiques de haute qualité pour une utilisation dans des télescopes réflecteurs. Liebig a pu développer des miroirs sans défaut en ajoutant du cuivre au nitrate d'argent ammoniacal et du sucre. Une tentative de commercialiser le procédé et de « éliminer la fabrication de miroirs au mercure et son influence nuisible sur la santé des travailleurs » a échoué.
Chimie organique
L'un des collaborateurs fréquents de Liebig était Friedrich Wöhler. Ils se sont rencontrés en 1826 à Francfort, après avoir rapporté indépendamment sur la préparation de deux substances, l'acide cyanique et l'acide fulminique, qui apparemment avaient la même composition, mais des caractéristiques très différentes. Le fulminate d'argent étudié par Liebig était explosif, tandis que le cyanate d'argent trouvé par Wöhler n'était pas. Après avoir examiné ensemble les analyses contestées, ils ont convenu que les deux étaient valides. La découverte de ces substances et d'autres a amené Jöns Jacob Berzelius à suggérer l'idée des isomères, substances qui sont définies non seulement par le nombre et le type d'atomes de la molécule, mais aussi par l'arrangement de ces atomes.
En 1832, Liebig et Friedrich Wöhler ont publié une investigation sur l'huile d'amandes amères. Ils ont transformé l'huile pure en plusieurs composés halogénés, qui ont été transformés dans d'autres réactions. Tout au long de ces transformations, « un seul composé » qu'ils ont nommé benzoyle « préserve sa nature et sa composition inchangées dans presque toutes ses associations avec d'autres corps ». Leurs expériences ont prouvé qu'un groupe d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène peut se comporter comme un élément, prendre la place d'un élément, et peut être échangé contre des éléments dans les composés chimiques. Cela a jeté les bases de la doctrine des radicaux composés, qui peut être considérée comme une première étape du développement de la chimie structurale.
Les années 1830 ont été une période d'investigation intense des composés organiques par Liebig et ses étudiants, et de débat vigoureux sur les implications théoriques de leurs résultats. Liebig a publié sur une grande variété de sujets, en moyenne personnellement 30 articles par an entre 1830 et 1840. Liebig a non seulement isolé des substances individuelles, mais a également étudié leurs interrelations et les manières dont elles se sont dégradées et métamorphosées en d'autres substances, cherchant des indices pour comprendre à la fois la composition chimique et la fonction physiologique. D'autres contributions significatives de Liebig du
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