元素周期表中的第15個元素的故事是人類努力的重大事故之一

是時候買很多蠟燭了。如果我們用火柴照亮它們，那么只有因?yàn)橛袉栴}的周年紀(jì)念日才有可能。發(fā)現(xiàn)磷已經(jīng)過了350歲生日，這是我們所知道的對生命至關(guān)重要的元素。

關(guān)于如何發(fā)現(xiàn)元素周期表中的第15個元素的故事是人類努力的重大事故之一 - 化學(xué)家可能相當(dāng)于哥倫布在只是錯誤地找到了美洲。在磷的情況下，探險家是Hennig Brand，一位來自德國漢堡的17世紀(jì)煉金術(shù)士和商人。

品牌一直在努力實(shí)現(xiàn)煉金術(shù)的偉大目標(biāo)之一，以成為哲學(xué)家的石頭。煉金術(shù)士認(rèn)為這是生命的靈丹妙藥，能夠?qū)U轉(zhuǎn)化為黃金。但在哪里可以找到這種傳奇物質(zhì)?

布蘭德確信答案是人尿，這有兩個很好的理由。首先，金和尿的顏色相似。其次，尿液來自人體，被煉金術(shù)士視為完美的工作。

發(fā)現(xiàn)

Brand在1669年建立的實(shí)際流程非常出色。人們很難在現(xiàn)在的花園里重復(fù)它 - 除非你有鄰居愿意忍受極其難聞的氣味。品牌濃縮了大量人體尿液并使其發(fā)酵。然后他加熱殘?jiān)?，進(jìn)行干餾，如下面1795年約瑟夫·賴特的繪畫“尋找哲學(xué)家的石頭的煉金術(shù)士”所描繪的那樣。

品牌留下了一種白色蠟狀固體，即使在一個封閉的瓶子里，它也會在黑暗中發(fā)光，當(dāng)暴露在空氣中時會自然地燃燒出非常明亮的白色火焰。受這些屬性的影響，他將其命名為磷，因?yàn)檫@意味著希臘語中的“光明載體”。他曾多次嘗試使用這種物質(zhì)將鉛轉(zhuǎn)化為黃金，但無濟(jì)于事。

大概很失望，布蘭德可能認(rèn)為他已經(jīng)找到了煉金術(shù)的另一個偉大的假設(shè)，純粹的燃素。煉金術(shù)的精神框架主要植根于古希臘哲學(xué)，它規(guī)定所有物質(zhì)都由四種元素或空氣，土，火和水組成。當(dāng)燃燒過程中產(chǎn)生熱量和光線時，煉金術(shù)士認(rèn)為這是因?yàn)槿妓兀鹧鏍钤乇话诳扇嘉矬w中并在燃燒時釋放出來。

直到19世紀(jì)70年代，當(dāng)Antoine-Laurent Lavoisier 表明燃燒是與氣體 - 氧氣的反應(yīng)時，燃素理論才被揭穿。一個多世紀(jì)之后，有可能將一種金屬轉(zhuǎn)化為另一種金屬 - 但是使用核反應(yīng)堆而不是哲學(xué)家的石頭。然而，從經(jīng)濟(jì)上講，這個過程從來沒有意義，因?yàn)橹挥猩倭抠F金屬如金才能以這種方式生產(chǎn)。

另一方面，磷的發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)代化學(xué)開辟了一個令人眼花繚亂的新篇章。在Brand發(fā)現(xiàn)大約50年后，德國中部吉森大學(xué)醫(yī)學(xué)教授約翰·托馬斯·亨辛(Johann Thomas Hensing)表明，人類大腦中也存在磷(幾十年后才顯示出含有礦物質(zhì)的礦物質(zhì))磷)。

含有元素磷的早期藥物開始被出售，也許是因?yàn)?ldquo;如果它在你的大腦中，那一定對你有益”。然而，事實(shí)證明這是嚴(yán)重缺陷，因?yàn)榘琢讓?shí)際上是非常有毒的 - 致命劑量僅為每公斤體重1毫克。結(jié)果患者最終中毒。

生與死的使者

盡管如此，磷在生物學(xué)上至關(guān)重要。人體平均含有約0.5千克磷，其中大部分為磷酸鹽，使骨骼和牙齒強(qiáng)壯。磷也很重要地將DNA和RNA分子結(jié)合在一起 - 這些長鏈狀結(jié)構(gòu)的骨架每對核酸堿基含有兩個磷酸基團(tuán)。沒有磷，很難想象任何一種生命。

富含磷的食物包括各種肉類，海鮮，扁豆，豆類，堅(jiān)果和種子。在光譜的另一端，白磷長期用于大鼠毒藥。更為極端的是，化學(xué)戰(zhàn)劑Sarin和VX是磷化合物。例如，沙林的致死率是氰化鉀的21倍。這是一個很好的例子，說明不同形式的元素如何具有非常不同的外觀和生物效應(yīng)。

磷具有許多其他積極特征。與氮一起，磷酸鹽形成農(nóng)業(yè)中廣泛使用的肥料的基礎(chǔ)。在這個角色中沒有磷的替代品; 它不能被植物中的任何其他元素所取代。

這引發(fā)了一個重要問題。磷礦石 - 唯一的主要磷礦石 - 供應(yīng)有限。因此磷被列為“瀕危因素”，未來供應(yīng)存在風(fēng)險。問題是用作肥料的磷最終溶解在河流和海洋中，成為可溶性磷酸鹽，最終變成沉積物。目前沒有經(jīng)濟(jì)上可行的方法來恢復(fù)它，科學(xué)家預(yù)測在大約30到40年內(nèi)會出現(xiàn)短缺。

這表明需要開發(fā)磷回收，理想情況是在它在我們的水流中高度稀釋之前。那怎么可能這樣呢?人類每年消耗的磷比他們需要的多300萬噸，最終排出尿液和糞便。從人類廢物中回收磷可能聽起來不是一種非常令人振奮的努力，但對于那些找到方法的人來說，它將是一個金蛋。

這提出了一個有趣的觀點(diǎn)。在Brand的尿液桶中發(fā)現(xiàn)磷的方式很有趣。事實(shí)證明，憑借350年的后見之明，他實(shí)際上專注于最佳地點(diǎn)。