Fosfor:350 år efter dets opdagelse, dette vitale element er ved at løbe tør

Det er tid til at købe en masse stearinlys. Og hvis vi tænder dem med tændstikker, det vil kun være muligt på grund af det pågældende jubilæum. Det er tillykke med 350 års fødselsdagen for opdagelsen af ​​fosfor, et element, der er essentielt for livet, som vi kender det.

Historien om, hvordan det 15. grundstof i det periodiske system blev opdaget, står som en af ​​de store ulykker i menneskets bestræbelser – kemikerens ækvivalent, måske, af Columbus, der drager til Indien kun for at finde Amerika ved en fejltagelse. I tilfælde af fosfor, opdagelsesrejsende var Hennig Brand, en alkymist og købmand fra det 17. århundrede fra Hamborg, Tyskland.

Brand havde forsøgt at nå et af alkymiens store mål, at lave de vises sten. Alkymister troede, at dette var livseliksiren, i stand til at omdanne bly til guld. Men hvor finder man dette legendariske stof?

Brand var overbevist om, at svaret var menneskelig urin, af to gode grunde. Først, guld og urin havde samme farve. Sekund, urin kom fra menneskekroppen, som af alkymister blev betragtet som et perfektionsværk.

Opdagelsen

Den egentlige proces, som Brand satte i gang i 1669, var bemærkelsesværdig. Man ville kæmpe for at gentage det i et haveskur nu til dags - medmindre man havde naboer, der var villige til at tåle ekstremt dårlig lugt. Brand koncentrerede store mængder menneskelig urin og lod den gære. Han opvarmede derefter resterne, udfører tør destillation, som afbildet nedenfor i Joseph Wright-maleriet fra 1795, alkymisten på jagt efter de vises sten.

Brand stod tilbage med et hvidt voksagtigt fast stof, som lyste i mørket selv i en lukket flaske, og brændte spontant med en meget skarp hvid flamme, når den udsættes for luft. fascineret af disse egenskaber, han kaldte det fosfor, fordi det betød "lysbærer" på græsk. Han forsøgte mange gange at bruge stoffet til at omdanne bly til guld, men til ingen nytte.

Formentlig skuffet, Brand kan meget vel have troet, at han i stedet havde fundet en af ​​alkymiens andre store postulationer, ren flogiston. Alkymi havde en åndelig ramme, der hovedsageligt var rodfæstet i oldtidens græske filosofi, som foreskrev, at alt stof er dannet af fire elementer, eller kvaliteter – luft, jorden, ild og vand. Når varme og lys blev genereret under forbrænding, alkymister troede det var på grund af phlogiston, et ildlignende element, som var indeholdt i brændbare genstande og frigivet, når de brændte.

Teorien om phlogiston blev ikke afkræftet før i 1770'erne, da Antoine-Laurent Lavoisier viste, at forbrænding er en reaktion med en gas - ilt. Mere end et århundrede efter det, det blev muligt at omdanne et metal til et andet – men ved at bruge en atomreaktor frem for en vises sten. Økonomisk set, imidlertid, processen har aldrig givet mening, da kun små mængder ædelmetaller som guld kan fremstilles på denne måde.

På den anden side, opdagelsen af ​​fosfor åbnede et blændende nyt kapitel i det, der blev moderne kemi. Cirka 50 år efter Brands opdagelse, Johann Thomas Hensing, professor i medicin ved universitetet i Giessen i det centrale Tyskland, viste, at fosfor også var til stede i den menneskelige hjerne (der skulle gå årtier senere, før det blev vist, at der også var mineraler, der indeholdt fosfor).

Tidlige lægemidler indeholdende elementært fosfor begyndte at blive solgt, måske ud fra den tankegang, at "hvis det er i din hjerne, det må være godt for dig". Dette viste sig at være alvorligt mangelfuldt, imidlertid, da hvidt fosfor i virkeligheden er meget giftigt – en dødelig dosis er kun 1 mg pr. kilogram kropsmasse. Patienter endte med at blive forgiftet som følge heraf.

Bringer af liv og død

Ikke desto mindre, fosfor er biologisk vigtigt. Den gennemsnitlige menneskelige krop indeholder omkring 0,5 kg fosfor, det meste i form af fosfat for at gøre knogler og tænder stærke. Fosfor holder også på afgørende vis DNA- og RNA-molekyler sammen - rygraden i disse lange kædelignende strukturer indeholder to fosfatgrupper pr. par nukleinbaser. Uden fosfor, det er svært at forestille sig nogen form for liv overhovedet.

Fødevarer rige på fosfor omfatter forskellige kød, skaldyr, linser, bønner, nødder og frø. I den anden ende af spektret, hvidt fosfor blev længe brugt i rottegift. Endnu mere ekstrem, kemiske kampmidler Sarin og VX er fosforforbindelser. Sarin, for eksempel, er 21 gange mere dødelig end kaliumcyanid. Det er et godt eksempel på, hvordan elementer, der forekommer i forskellige former, kan have både meget forskellige udseende og biologiske virkninger.

Fosfor har mange andre positive egenskaber. Sammen med nitrogen, fosfater danner grundlaget for de gødninger, der anvendes i vid udstrækning i landbruget. Der er ingen erstatning for fosfor i denne rolle; det kan ikke erstattes af noget andet element i planter.

Dette rejser et vigtigt problem. Tilførslerne af fosfatsten – den eneste større fosformalm – er begrænset. Så meget, at fosfor er blevet opført blandt de "truede grundstoffer", hvor der er risiko for fremtidig forsyning. Problemet er, at det fosfor, der bruges som gødning, ender med at blive opløst i floder og oceaner som opløseligt fosfat, til sidst bliver til sediment. I øjeblikket er der ingen økonomisk bæredygtig måde at genvinde den på, og videnskabsmænd forudser en mangel inden for omkring 30 til 40 år.

Dette peger på behovet for at udvikle fosforgenanvendelse, ideelt på det tidspunkt, før det bliver stærkt fortyndet i vores vandstrømme. Så hvordan kunne dette gøres? Mennesker forbruger 3 millioner tons mere fosfor, end de har brug for hvert år, som til sidst udskilles som urin og fæces. Genanvendelse af fosfor fra menneskeligt affald lyder måske ikke som en særlig opløftende bestræbelse, men det vil være et guldæg for den, der finder en måde at gøre det på.

Dette rejser et interessant punkt. Det er fristende at se med morskab på, hvordan Brand fandt fosfor i spande med urin. Det kan vise sig, at set i bakspejlet på 350 år, han fokuserede faktisk på præcis det bedste sted trods alt.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.