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|磷：尿液、生命之源与致命毒药

|磷：尿液、生命之源与致命毒药
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作为人类首个明确记录了发现过程的常见元素 ， 磷的故事充满了戏剧性 。 我们为何对磷又爱又怕？它究竟是生命不可或缺的卫士还是令人闻之色变的魔鬼？
撰文 | 李研
责编 | 刘睿 李珊珊
磷的发现极具传奇色彩 。
1669年的一个夜晚 ， 在德国汉堡圣米迦勒教堂(St. Michael's Church)的地下室里 ， 一位名叫波兰特（Henning Brand）的炼金术士正试图从尿液中获取“哲人石” 。 和当时其他笃信炼金术的人一样 ， 波兰特热衷于寻找这种能够将廉价金属变为贵重黄金的神奇物质 。 至于为什么匪夷所思地选择了尿液 ， 据说是因为他觉得人体本身就很神奇 ， 从嘴巴吃进去的跟排泄出来的物质完全不一样 ， 而尿作为人体液的一种 ， 颜色又和黄金有那么点接近 ， 没准就是成功的关键呢 。 在当晚的实验中 ， 他将砂、木炭、石灰等和尿混合 ， 加热蒸馏 。 这一次 ， 他的虔诚之心似乎得到了回报 ， 一种带有蜡状白色固体意外出现了 。 这种物质在幽暗的地下室里 ， 竟然不需加热就能发出美丽的光 。 注1
波兰特马上意识到自己发现了不寻常的东西 。 他最初把这种物质叫做kalte feuer（德文意为冷火） ， 后来又称之为“phosphorus” 。 这个名字由”phos”(光)和”phorus”（承载者）组成 ， 意为“光的载体“ 。
世界上知名的油画不可胜数 ， 但约瑟夫·怀特（Joseph Wright）在1771年完成的《炼金术士发现磷》是屈指可数的以化学新发现为素材的名画 。 画家用生动而夸张的笔触重现了科学史上那个重要的时刻——波兰特目光炯炯 ， 虔诚地注视着蒸馏瓶中醒目的光辉 。
|磷：尿液、生命之源与致命毒药
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The Alchemist Discovering Phosphorus (1771) by Joseph Wright 。 这幅画的完整标题是：“寻找哲人石的炼金术士发现了磷 ， 他在祈祷自己的操作可以成功 ， 就像古代化学占星术士的笔记一样 。 ” 
图源：Wikipedia
该发现使波兰特不仅成为发现磷元素的第一人 ， 还无意间成为化学史上有记录的第一个发现新元素的人 。 之前已知的化学元素（如金、银、铜、铁等）因为很早就应用在生产和生活中 ， 并没有明确史料记载它们的发现者 。
然而 ， 那时的人们对化学元素的概念还一无所知 ， 波兰特本人也没有意识到自己发现的科学意义 。 作为一个还有些商业头脑的人 ， 他起初打算严守机密 ， 期待从这种奇特发光物质中获利 。 遗憾的是 ， 这种发光物质并不是他设想的能够点石成金的“哲人石” ， 而且由于具有强烈的臭味又极为易燃 ， 也难以取代蜡烛用于室内照明 ， 似乎没有半点用处 。 于是 ， 他只能靠偶尔透露这种发光物质的一些细节来换点小钱 。 消息不胫而走 ， 德累斯顿一位名叫克拉夫特（Daniel Kraft ）的商人成功说服波兰特以很低的价钱出售了从尿液制磷的方法 ， 而后转手在欧洲广泛传播 ， 获利颇丰 。 只是不知道波兰特得知后会作何感想 。
在波兰特发现磷大约10年后 ， 作为近代化学的重要开创者 ， 英国化学家波义尔（Robert Boyle ， 1627-1691）借助从德国获取的消息 ， 成功复制了从尿液中提取磷的实验 。 随后他将磷的制备方法以及磷的一些性质公之于众 。
在波兰特发现磷50年后 ， 一位名叫约翰·亨欣（Johann Thomas Hensing）的德国药剂师又在人脑中提取出同样的物质 。 因为大脑中含有磷 ， 18世纪初的一些人曾将磷视为可以补脑的保健品 。 然而 ， 随意服用含磷药物不仅不能补脑 ， 还往往会导致磷中毒 。
波兰特发现磷100年后 ， 瑞典科学家又发现磷还广泛存在于人和动物骨骼中 ， 将硫酸和骨灰放在一起加热也可以得到磷 。 这让磷的获取变得更加容易 。
随着元素概念的发展 ， 到了1796年 ， 法国著名化学家拉瓦锡（Antoine-Laurent de Lavoisier ， 1743-1794）终于认识到波兰特提取的发光物质是一种元素 。 Phosphorus这一名字被沿用 ， 磷（元素符号P）自此正式成为元素家族中的一员 。
多变的磷
波兰特当年发现的磷是白色蜡状固体 ， 但磷原子通过不同的排列方式 ， 还可以变身为红色粉末 ， 或者带有金属光泽的黑色固体等多种形态 。 化学家把这些由同种元素组成 ， 但化学和物理性质并不相同的物质称为同素异形体 。
磷常见的同素异形体包括白磷、红磷和黑磷等几种 。
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白磷（左）、红磷（中）和黑磷（右）的形态及分子结构
图源：Wikipedia
白磷是一种白色或浅黄色半透明态的固体 ， 分子式为P4 ， 其中四个磷原子通过六根P-P键形成正四面体结构 。 分子结构具有很强的张力 ， 导致白磷的反应活性很高 ， 在室温下就可以与空气中的氧气反应 ， 并发出冷光 。


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