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Justus Freiherr von Liebig era uno scienziato tedesco che ha dato importanti contributi alla chimica agricola e biologica, ed è considerato uno dei principali fondatori della chimica organica. Come professore all'Università di Giessen, ha ideato il moderno metodo di insegnamento orientato al laboratorio, e per tali innovazioni, è considerato uno dei più grandi insegnanti di chimica di tutti i tempi. È stato descritto come il "padre dell'industria dei fertilizzanti" per la sua enfasi sull'azoto e i minerali traccia come nutrienti essenziali delle piante, e la sua formulazione della legge del minimo, che descriveva come la crescita delle piante dipendeva dalla risorsa nutritiva più scarsa, piuttosto che dalla quantità totale di risorse disponibili. Ha anche sviluppato un processo di produzione per estratti di carne, e con il suo consenso è stata fondata un'azienda, chiamata Liebig Extract of Meat Company, per sfruttare il concetto; in seguito ha introdotto il marchio Oxo per le dadi di brodo di carne. Ha reso popolare un'invenzione precedente per la condensazione dei vapori, che divenne nota come il condensatore di Liebig.
Infanzia ed educazione
Justus Liebig è nato a Darmstadt nella famiglia della classe media di Johann Georg Liebig e Maria Caroline Möser nei primi giorni di maggio del 1803. Suo padre era un commerciante di salnitro e ferramenta che componeva e vendeva vernici, lacche e pigmenti, che sviluppava nel suo laboratorio personale. Fin dall'infanzia, Justus era affascinato dalla chimica.
All'età di 13 anni, Liebig ha vissuto l'anno senza estate, quando la maggior parte dei raccolti di cibo nell'emisfero settentrionale è stata distrutta da un inverno vulcanico. La Germania è stata tra le nazioni più colpite dalla carestia globale che ne è seguita, e si dice che l'esperienza abbia plasmato il successivo lavoro di Liebig. In parte grazie alle innovazioni di Liebig nei fertilizzanti e nell'agricoltura, la carestia del 1816 divenne nota come "l'ultima grande crisi di sussistenza nel mondo occidentale".
Liebig ha frequentato la scuola media presso il Ludwig-Georgs-Gymnasium a Darmstadt, dai 8 ai 14 anni. Dopo aver lasciato senza certificato di completamento, è stato apprendista per diversi mesi presso l'apotecario Gottfried Pirsch 1792–1870 a Heppenheim prima di tornare a casa, probabilmente perché suo padre non poteva permettersi di pagare i suoi contratti di apprendistato. Ha lavorato con suo padre per i successivi due anni, quindi ha frequentato l'Università di Bonn, studiando sotto Karl Wilhelm Gottlob Kastner, socio commerciale di suo padre. Quando Kastner si è trasferito all'Università di Erlangen, Liebig lo ha seguito.
Liebig ha lasciato Erlangen nel marzo 1822, in parte a causa del suo coinvolgimento con il radicale Korps Rhenania, un'organizzazione studentesca nazionalista, ma anche a causa delle sue speranze per studi chimici più avanzati. Le circostanze sono oscurate da possibili scandali. Alla fine del 1822, Liebig è andato a studiare a Parigi con una borsa ottenuta per lui da Kastner dal governo dell'Assia. Ha lavorato nel laboratorio privato di Joseph Louis Gay-Lussac, ed è stato anche amichevolmente accolto da Alexander von Humboldt e Georges Cuvier 1769–1832. Il dottorato di Liebig da Erlangen è stato conferito il 23 giugno 1823, un tempo considerevole dopo che aveva lasciato, come risultato dell'intervento di Kastner a suo favore. Kastner ha pregato che il requisito di una dissertazione fosse dispensato, e il grado assegnato in absentia.
Ricerca e sviluppo
Liebig ha lasciato Parigi per tornare a Darmstadt nell'aprile 1824. Il 26 maggio 1824, all'età di 21 anni e con la raccomandazione di Humboldt, Liebig è diventato un professore extraordinarius all'Università di Giessen. La nomina di Liebig era parte di un tentativo di modernizzare l'Università di Giessen e attirare più studenti. Ha ricevuto un piccolo stipendio, senza finanziamenti di laboratorio o accesso a strutture.
La sua situazione è stata complicata dalla presenza del corpo docente esistente: il Professor Wilhelm Zimmermann 1780–1825 insegnava chimica generale come parte della facoltà di filosofia, lasciando la chimica medica e la farmacia al Professor Philipp Vogt nella facoltà medica. Vogt era felice di supportare una riorganizzazione in cui la farmacia era insegnata da Liebig e diventava responsabilità della facoltà di arti, piuttosto che della facoltà di medicina. Zimmermann si trovò a competere senza successo con Liebig per gli studenti e le loro tasse di lezione. Ha rifiutato di permettere a Liebig di usare spazi e attrezzature esistenti, e infine ha commesso suicidio il 19 luglio 1825. Le morti di Zimmermann e di un Professor Blumhof che insegnava tecnologia e miniere hanno aperto la strada per Liebig a candidarsi per una cattedra completa di professore. Liebig è stato nominato alla cattedra Ordentlicher in chimica il 7 dicembre 1825, ricevendo uno stipendio considerevolmente aumentato e un'indennità di laboratorio.
Liebig ha sposato Henriette "Jettchen" Moldenhauer 1807–1881, figlia di un funzionario dello stato, nel maggio 1826. Hanno avuto cinque figli, Georg 1827–1903, Agnes 1828–1862, Hermann 1831–1894, Johanna 1836–1925, e Marie 1845–1920. Sebbene Liebig fosse luterano e Jettchen cattolica, le loro differenze religiose sembrano essere state risolte amichevolmente portando i loro figli luterani e le loro figlie cattoliche.
La trasformazione dell'educazione chimica
Liebig e diversi collaboratori hanno proposto di creare un istituto per la farmacia e la produzione all'interno dell'università. Il Senato, tuttavia, ha categoricamente respinto la loro idea, affermando che la formazione di "farmacisti, saponieri, birrai, tintori e distillatori di aceto" non era compito dell'università. A partire dal 17 dicembre 1825, ha stabilito che qualsiasi istituzione di questo tipo dovrebbe essere un'impresa privata. Questa decisione ha effettivamente funzionato a vantaggio di Liebig. Come impresa indipendente, poteva ignorare le regole dell'università e accettare sia studenti immatricolati che non immatricolati. L'istituto di Liebig è stato ampiamente pubblicizzato nei giornali farmaceutici, e ha aperto nel 1826. Le sue lezioni di chimica pratica e procedure di laboratorio per l'analisi chimica sono state insegnate in aggiunta ai corsi formali di Liebig all'università.
Dal 1825 al 1835, il laboratorio era ospitato nella guardiola di una caserma inutilizzata ai margini della città. Lo spazio principale del laboratorio era di circa 38 m2 410 sq ft di dimensioni e includeva una piccola aula, un ripostiglio, e una stanza principale con forni e tavoli di lavoro. Un colonnato aperto all'esterno poteva essere utilizzato per reazioni pericolose. Liebig poteva lavorare lì con otto o nove studenti alla volta. Ha vissuto in un appartamento angusto al piano superiore con sua moglie e i suoi figli.
Liebig è stato uno dei primi chimici a organizzare un laboratorio nella sua forma attuale, coinvolgendo gli studenti nella ricerca empirica su larga scala attraverso una combinazione di ricerca e insegnamento. I suoi metodi di analisi organica gli hanno permesso di dirigere il lavoro analitico di molti studenti laureati. Gli studenti di Liebig provenivano da molti degli stati tedeschi, così come dalla Gran Bretagna e dagli Stati Uniti, e hanno contribuito a creare una reputazione internazionale per il loro Doktorvater. Il suo laboratorio è diventato rinomato come istituzione modello per l'insegnamento della chimica pratica. È stato anche significativo per la sua enfasi sull'applicazione delle scoperte nella ricerca fondamentale allo sviluppo di processi e prodotti chimici specifici.
Nel 1833, Liebig è stato in grado di convincere il cancelliere Justin von Linde a includere l'istituto all'interno dell'università. Nel 1839, ha ottenuto fondi governativi per costruire un teatro di lezione e due laboratori separati, progettati dall'architetto Paul Hofmann. Il nuovo laboratorio di chimica presentava innovative cappe filtranti a vista di vetro e camini di ventilazione. Nel 1852, quando ha lasciato Giessen per Monaco, più di 700 studenti di chimica e farmacia avevano studiato con Liebig.
Strumentazione
Una sfida significativa affrontata dai chimici organici del XIX secolo era la mancanza di strumenti e metodi di analisi per supportare analisi accurate e replicabili di materiali organici. Molti chimici hanno lavorato al problema dell'analisi organica, incluso il francese Joseph Louis Gay-Lussac e lo svedese Jöns Jacob Berzelius, prima che Liebig sviluppasse la sua versione di un apparato per determinare il contenuto di carbonio, idrogeno e ossigeno di sostanze organiche nel 1830. Ha comportato un ingegnoso insieme di cinque bulbi di vetro, chiamato Kaliapparat per intrappolare il prodotto di ossidazione del carbonio nel campione, dopo la combustione del campione. Prima di raggiungere il Kaliapparat, i gas di combustione sono stati condotti attraverso un tubo di cloruro di calcio igroscopico, che ha assorbito e trattenuto il prodotto di ossidazione dell'idrogeno del campione, cioè il vapore acqueo. Successivamente, nel Kaliapparat, l'anidride carbonica è stata assorbita in una soluzione di idrossido di potassio nei tre bulbi inferiori, e utilizzata per misurare il peso del carbonio nel campione. Per qualsiasi sostanza costituita solo da carbonio, idrogeno e ossigeno, la percentuale di ossigeno è stata trovata sottraendo le percentuali di carbonio e idrogeno dal 100%; il resto deve essere la percentuale di ossigeno. Una fornace di carbone, un vassoio di lamiera nel quale il tubo di combustione era posato, è stata utilizzata per la combustione. Pesare carbonio e idrogeno direttamente, piuttosto che stimarli volumetricamente, ha notevolmente aumentato l'accuratezza della misurazione del metodo. L'assistente di Liebig Carl Ettling ha perfezionato le tecniche di soffiatura del vetro per la produzione del Kaliapparat, e le ha dimostrate ai visitatori. Il kaliapparat di Liebig ha semplificato la tecnica dell'analisi organica quantitativa e l'ha resa di routine. Brock suggerisce che la disponibilità di un apparato tecnico superiore era una delle ragioni per cui Liebig è stato in grado di attirare così tanti studenti al suo laboratorio. Il suo metodo di analisi per combustione è stato utilizzato farmaceuticamente, e ha certamente reso possibili molti contributi alla chimica organica, agricola e biologica.
Liebig ha anche reso popolare l'uso di un sistema di raffreddamento ad acqua a controcorrente per la distillazione, ancora indicato come condensatore di Liebig. Liebig stesso ha attribuito il dispositivo di condensazione del vapore al farmacista tedesco Johann Friedrich August Gottling, che aveva apportato miglioramenti nel 1794 a un design scoperto indipendentemente dal chimico tedesco Christian Ehrenfried Weigel nel 1771, dallo scienziato francese P. J. Poisonnier nel 1779, e dal chimico finlandese Johan Gadolin nel 1791.
Sebbene non fosse ampiamente adottato fino dopo la morte di Liebig, quando la legislazione sulla sicurezza finalmente proibì l'uso del mercurio nella produzione di specchi, Liebig propose un processo di argentatura che alla fine divenne la base della produzione di specchi moderni. Nel 1835, riferì che gli aldeidi riducono i sali d'argento ad argento metallico. Dopo aver lavorato con altri scienziati, Carl August von Steinheil si avvicinò a Liebig nel 1856 per vedere se poteva sviluppare una tecnica di argentatura capace di produrre specchi ottici di alta qualità per l'uso in telescopi riflettenti. Liebig è stato in grado di sviluppare specchi senza difetti aggiungendo rame al nitrato d'argento ammoniacale e zucchero. Un tentativo di commercializzare il processo e "eliminare la produzione di specchi a mercurio e la sua influenza nociva sulla salute dei lavoratori" non ha avuto successo.
Chimica organica
Uno dei frequenti collaboratori di Liebig era Friedrich Wöhler. Si sono incontrati nel 1826 a Francoforte, dopo aver riferito indipendentemente sulla preparazione di due sostanze, acido cianico e acido fulminico, che apparentemente avevano la stessa composizione, ma caratteristiche molto diverse. Il fulminato d'argento investigato da Liebig era esplosivo, mentre il cianato d'argento trovato da Wöhler non lo era. Dopo aver esaminato insieme le analisi contestate, hanno concordato che entrambe erano valide. La scoperta di queste e di altre sostanze ha portato Jöns Jacob Berzelius a suggerire l'idea di isomeri, sostanze che sono definite non semplicemente dal numero e dal tipo di atomi nella molecola, ma anche dall'arrangiamento di quegli atomi.
Nel 1832, Liebig e Friedrich Wöhler hanno pubblicato un'investigazione dell'olio di mandorle amare. Hanno trasformato l'olio puro in diversi composti alogenati, che sono stati ulteriormente trasformati in altre reazioni. Durante queste trasformazioni, "un singolo composto" che hanno chiamato benzoile "preserva la sua natura e composizione invariate in quasi tutte le sue associazioni con altri corpi." I loro esperimenti hanno provato che un gruppo di atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno può comportarsi come un elemento, prendere il posto di un elemento, e può essere scambiato per elementi nei composti chimici. Questo ha gettato le fondamenta per la dottrina dei radicali composti, che può essere visto come un primo passo nello sviluppo della chimica strutturale.
Gli anni 1830 sono stati un periodo di intensa investigazione di composti organici da parte di Liebig e dei suoi studenti, e di vigoroso dibattito sulle implicazioni teoriche dei loro risultati. Liebig ha pubblicato su un'ampia varietà di argomenti, personalmente in media 30 articoli all'anno tra il 1830 e il 1840. Liebig non solo ha isolato sostanze individuali, ma ha anche studiato le loro interrelazioni e i modi in cui si degradavano e si metamorfizzavano in altre sostanze, cercando indizi per la comprensione sia della composizione chimica che della funzione fisiologica. Altri significativi contributi di Liebig du
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