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发现磷350年后的重要因素

发布时间:2019-01-10 22:36:02

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是时候买很多蜡烛了。如果我们用火柴照亮它们,那么只有因为有问题的周年纪念日才有可能。发现磷已经过了350岁生日,磷是我们所知道的生命必需元素。

关于如何发现元素周期表中的第15个元素的故事是人类努力的重大事故之一 - 化学家可能相当于哥伦布出发前往印度只是为了错误地找到美洲。在磷的情况下,探险家是Hennig Brand,一位来自德国汉堡的17世纪炼金术士和商人。

品牌一直在努力实现炼金术的伟大目标之一,以成为哲学家的石头。炼金术士认为这是生命的灵丹妙药,能够将铅转化为黄金。但在哪里可以找到这种传奇物质?

布兰德确信答案是人尿,这有两个很好的理由。首先,金和尿的颜色相似。其次,尿液来自人体,被炼金术士视为完美的作品。

发现

Brand在1669年建立的实际流程非常出色。人们很难在现在的花园里重复它 - 除非你有邻居愿意忍受极其难闻的气味。品牌浓缩了大量人体尿液并使其发酵。然后,他加热残渣,进行干馏,如下面1795年约瑟夫·赖特的绘画“寻找哲学家石头的炼金术士”所描绘的那样。

品牌留下了一种白色蜡状固体,即使在一个封闭的瓶子里,它也会在黑暗中发光,当暴露在空气中时会自然地燃烧出非常明亮的白色火焰。受这些属性的影响,他将其命名为磷,因为这意味着希腊语中的“光明载体”。他曾多次尝试使用这种物质将铅转化为黄金,但无济于事。

可能令人失望的是,布兰德可能认为他已经找到了炼金术,纯粹燃素的其他伟大假设之一。炼金术的精神框架主要植根于古希腊哲学,该哲学规定所有物质都由四种元素或空气,土,火和水构成。当燃烧过程中产生热量和光线时,炼金术士认为这是因为燃素,火焰状元素包含在可燃物体中并在燃烧时释放出来。

直到19世纪70年代,当Antoine-Laurent Lavoisier表明燃烧是与气体 - 氧气的反应时,燃素理论才被揭穿。一个多世纪之后,有可能将一种金属转化为另一种金属 - 但使用的是核反应堆而不是哲学家的石头。然而,从经济上讲,这个过程从来没有意义,因为只有像这样的微量金属贵金属才能制造出来。

另一方面,磷的发现为现代化学开辟了一个令人眼花缭乱的新篇章。在Brand发现大约50年后,德国中部Giessen大学的医学教授Johann Thomas Hensing表明,人类大脑中也存在磷(几十年后才显示出含有矿物质的矿物质)磷)。

含有元素磷的早期药物开始被出售,也许是因为“如果它存在于你的大脑中,它一定对你有益”。然而,事实证明这是严重缺陷,因为白磷实际上是非常有毒的 - 致命剂量仅为每公斤体重1毫克。结果患者最终中毒。

生与死的使者

尽管如此,磷在生物学上至关重要。人体平均含有约0.5千克磷,其中大部分为磷酸盐,使骨骼和牙齿强壮。磷也很重要地将DNA和RNA分子结合在一起 - 这些长链状结构的骨架每对核酸碱基含有两个磷酸基团。没有磷,很难想象任何生活。

富含磷的食物包括各种肉类,海鲜,扁豆,豆类,坚果和种子。在光谱的另一端,白磷长期用于大鼠毒药。更为极端的是,化学战剂Sarin和VX是磷化合物。例如,沙林的致死性比氰化钾高21倍。这是一个很好的例子,说明不同形式的元素如何具有非常不同的外观和生物效应。

磷具有许多其他积极特征。与氮一起,磷酸盐形成农业中广泛使用的肥料的基础。在这个角色中没有磷的替代品;它不能被植物中的任何其他元素取代。

这提出了一个重要问题。磷矿石 - 唯一的主要磷矿石 - 供应有限。因此磷被列为“濒危因素”,未来供应存在风险。问题是用作肥料的磷最终溶解在河流和海洋中,成为可溶性磷酸盐,最终变成沉淀物。目前没有经济上可行的方法来恢复它,科学家预测在大约30到40年内会出现短缺。

这表明需要开发磷回收,理想情况是在它在我们的水流中变得高度稀释之前。那怎么可能呢?人类每年消耗的磷比他们需要的多300万吨,最终排出尿液和粪便。从人类废物中回收磷可能听起来不是一种非常令人振奋的努力,但对于那些找到方法的人来说,它将是一个金蛋。

这提出了一个有趣的观点。在Brand的尿液桶中发现磷的方式很有趣。事实证明,凭借350年的后见之明,他实际上专注于最佳地点。

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