中国化学家的故事,中国化学家的故事简短?

大约在拿破仑去世时,巴黎已经成为世界自然科学的中心。著名的科学家盖﹣吕萨克就在这座城市讲授他的气体理论。1821年,在他的学生中间,坐着一位19岁的德国人,他面庞沉静,眼眸动人。他就是年轻的李比希,未来的农业化学家。他从植物燃烧的灰烬中学习精确测量,发现矿物界和植物界的所有化学现象都存在着有趣的因果关系。

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年轻的李比希返回德国后,成为大学教授。在慕尼黑,他负责一间小型化学实验室,在那里他可以进行测量、设计实验。35岁时,他看起来好像放弃了化学,去了乡下。但事实上,他就像医生随身携带药箱一样,仍与化学形影不离。他将化学知识应用在了农田中。

李比希向全世界的农民大声疾呼,几千年来,人们耕种土地的方式一直是错误的。他指责农民与其说在耕种土地,不如说是在掠夺土地。他用实验告诫农民,要持续从土地中获得粮食,就必须正确地回馈给土地“食粮”。如果没有进行这样的补偿,土地很快就再也不会长出庄稼,人类就会死于饥荒。

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当时还没有“肥料”的概念。最初,农民只听出了羞辱。这个叫李比希的人是说他们在掠夺土地呢?说得没错!可矿工挖掘金银的时候,除了掠夺还做了别的吗?淘金者把拿走的东西还回去了吗?并没有!这话很对,却完全不相干,因为金银不是粮食。

农民们甚至与李比希理论:我们已经给农田补偿了,我们还给了植物的灰烬,还给了许多腐烂的、揉碎了的动植物秸秆尸体、还给了我们的所有排泄物(人畜粪便),难道还不够吗?难道把要我们的一切都还到田里去吗?

李比希耐心地解释:植物生长所需要的碳、氢、氧、氮主要从水和空气中获得,只有无机矿物才需要植物根从土壤中获得。植物在土壤中并非吸收腐烂的有机物获取营养,而是需要不会腐烂的无机物。后来李比希又更正,氮并不是植物从空气中获得,也必须补充从根部吸收。由于植物不断从土壤中吸收消耗这些无机矿物质,人们就必须不断向土壤中补充这些物质,才能满足下茬作物的生长。

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1840年,李比希经过无数次土壤分析,证明了植物根部主要吸收的有四种无机物:氮、钾、石灰、磷酸。无论谷物在何处生长,土壤中都必须含有这四种物质,并按一定的比例混合,供作物生长。由于这些营养物质都是无机化学物质,李比希称之为化学肥料。每一种物质都同等重要;如果缺少某一种,就算其他几种可能是过剩的,植物也无法正常生长。田地的产量主要取决于供给量最低的植物营养元素。这就是著名的李比希“最小因子定律”。

李比希还借用木桶打比仿阐明自已的理论。一只木桶想盛满水,必须每块木板都一样平齐且无破损,如果这只桶的木板中有一块不齐或者某块木板下面有破洞,这只桶就无法盛满水。一只水桶能装多少水并不取决最长的那块木板,而取决于它最短的那块木板。

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李比希的比喻,终于让农民们口服心服。现在他们开始懂了,为什么有的农田粪肥施得很足,收成却还是很惨淡。而怎样才能知道一块农田到底缺少什么元素?补充多少?让各种植物营养元素的相对含量达到均衡,那就是农业化学家的任务了。天才李比希解释道:“这很简单。想知道土壤缺少什么,就必须把土壤中生长的植物烧成灰。通过分析灰烬中矿物部分里的必要物质,就能看出什么物质比较匮乏,然后再通过施用人工化学肥料进行补充。”

此后,李比希进行了无数次灰烬分析,并设计了大量化学混合物,可以准确地按各种作物所需的比例提供无机盐。例如,对于需要大量钾的植物,就施用富含钾的肥料;同样,对于需要更多石灰、磷酸或氮的作物,也施用对应的肥料。

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李比希还很快和他的学生合伙开办了化学肥料厂。1843年的时候,约翰·劳斯开始在英国以骨头和硫酸为原料生产过磷酸钙,这是磷酸的主要来源之一。另外,石灰也是李比希呼吁要施用的肥料,这非常容易获得,遍地都是;钾可以通过焚烧海藻取得,或从木灰中以钾碱的形式来提取;氮则来源于秘鲁大量的鸟粪储备。然而,鸟粪并非取之不尽、用之不竭。秘鲁的鸟粪最多只够使用20年。

美国化学家阿特沃特很早就教导学生,氮含量最多的地方是空气,一定有什么办法可以提取空气中的氮为土壤施肥。某些植物,比如苜蓿,就能做到这一点,它可以“固定”氮素;种了苜蓿的地方,土壤的肥力都不会枯竭,反而还会得到增强。阿特沃特只是停留在猜想层面,20世纪初期,德国科学家哈伯开始进行用催化剂从空气中提取氨的实验。最终,他成功地用空气中的氮气和水中的氢气合成了氨,为各国开展大规模氮肥生产找到了路径。

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李比希的化肥施用技术无疑是世界农业的一次重大革命。数千年来,农民们只知道向土地掠取,每一次丰收都意味着地力大量消耗,土地越种越瘠薄,不得不休耕或开辟新的耕地,人们面临饥饿的危险。通过人工施用化肥,大幅提高了农田单位面积产量,极大地提高了农业生产力,满足了人口快速增长的粮食需求。

然而,李比希怎么也没有想到,在他死后若干年后,正当人们为追求作物产量,大量使用化肥,高歌猛进的时候,一个新的问题出现了:李比希的施肥计算公式不灵了,施肥效果开始出现了下降的趋势。

原来,李比希过于强调了无机矿物质在作物生长过程中的作用,忽视了土壤有机物包括蚯蚓线虫及各种微生物在作物生长过程的促进作用。作物是一个活的生物体,它的根也需要呼吸,需要通风透气。可是大量使用化肥后,土壤严重酸化,不利于土壤微生物的活动,土壤变得异常板结,作物的根系无法下扎,而且透不过气来,庄稼又怎么能够高产呢?

现在人们终于认识到,好的土壤不仅要有足够的矿物元素,更要像一个发酵的“面包”,里面必须要有许多微小的气孔,这样才能更有利于作物的生长。

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