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第10章 异想天开的发现——磷

我们所说的元素磷,原意为“冷光”。民间传说中的“鬼火”,就是一种磷的氢化物产生的自燃现象,自然界中的这种磷的氢化物,是人或动物的尸体腐烂分解而形成的。它是一种气体,当遇到空气,就会自动燃烧起来。我国古代又把“鬼火”叫做“燐火”,因此我国就把叫做“冷”光的物质叫做“燐”。由于磷是非金属元素,常温下单质为固态,于是又把原来的“火”字旁改为“石”字旁,写成“磷”。这也是用中文汉字命名化学物质的一大特色。磷令人觉得有趣的是,最早发现的磷是从人或动物的尿液中提炼出来的。

最早发现磷元素的人,是17世纪德国汉堡商人波兰特。由于他曾听说从尿里可以制得金属之王的黄金,于是抱着图谋发财的目的,便用尿做了大量的实验。1669年,他在一次实验中,将砂、木炭、石灰等跟尿混合,加热蒸馏。意外地得到一种十分美丽的物质。这种物质呈白色、质地柔软,能在黑暗的地方放出闪烁的亮光,于是波兰特给它取了一个名字叫冷光。他所发现的物质,就是我们所说的白磷。波兰特对制磷的方法,起初很保密,但这个新发现的消息仍然很快传遍了德国。

尿液的成分,除了绝大部分水之外,主要的是尿素。此外还有一些新陈代谢过程产生的废物,其中就含有少量的硫、磷等。这些化学元素以极其复杂的有机化合物的形式存在,只有长时间的发酵蒸发后,才能变成磷酸盐。

磷是在人体中含量较多的元素之一,仅次于钙。磷是以多种形式的化合状态存在于人及动物体内。主要的有各种酶及促使营养成分发生同化作用、为生理需要提供活力机制的、含磷的有机化合物。磷和钙都是骨骼牙齿的重要构成材料。正常成年人骨中的含磷总量约为600~900克,占总含磷量的80%和钙结合并贮存于骨骼和牙齿中,剩余的20%分布于神经组织等软组织中,人体每100毫升全血中含磷35~45毫克。平常,我们所吃的食物里,都含有磷。但由于饮食的不同,排泄物中磷的量也不同。

磷可以形成各式各样的化合物,用磷的化合物来制取单质,要用石英和焦炭在经过1500℃的高温条件下,产生的磷蒸汽(实际是P4分子)。然后在隔绝空气的状态下,在凉水中冷疑,形成固体的白磷。化学方程式可以表示为:Ca3(PO4)2+3SiO2+5C=3CaSiO3+5CO+2P德国化学家孔克尔(Kunckel,J.1630-1703年)得知波兰特制得的这种发光的物质是从尿里提取出来的。于是他也开始用尿做实验,经过苦心探索,在1678年也试验成功。

英国的化学家波意耳和他的助手德国人亨克维茨,也独立地从尿中制出了磷,并改进了制法,使其投入到大量生产中成为商品。1680年和1682年波意耳发表了两篇论文:《空气发光》和《一种观察到的冷光的新实验》,描述了他对于磷的研究。除了发现磷能发现冷光以外,还发现磷在燃烧后生成白烟,白烟与水作用后生成的溶液具有酸性;磷与碱在一起加热能制得一种气体(即磷化氢),这种气体与空气接触能产生缕缕白烟。因此,波意耳可以算是最早研究磷性质及其化合物的化学家。1775年瑞典化学家舍勒,从骨头中制出了磷。磷从此正式命名为“发光体”。

研究磷酸最早的化学家是拉瓦锡。1772年,他做这样的实验:将磷放在以汞密封的钟罩里使其燃烧。实验结果得出这样的结论:一定量的磷能燃烧于某容量的空气中;磷燃烧时生成无水磷的白色粉末;燃烧后瓶中的空气约剩原来容量的4/5;磷燃烧后较燃烧前约重2.5倍;白色粉末溶于水即成磷酸。拉瓦锡还证明磷酸可用浓硝酸和磷反应制得。至于无水亚磷酸则是1777年化学家舍勒首先取得的。他置固体磷棒于漏斗上,使在有限的空气中作有烟无焰的燃烧,所得液体即无水亚磷酸,溶于水则为亚磷酸。1812年化学家戴维用三氯化磷与水反应才制得较纯的亚磷酸。

白磷发现并大量投入生产成为商品开始出售,但它到底有什么用途呢?在最早时,只是供应实验室用作制造磷头火柴。磷头火柴是当时使用最方便的引火工具。然而白磷有剧毒,又极易着火,很快就被较安全的火柴所代替。我们现在所用的安全火柴也要用磷,那就是涂在火柴盒两侧酱紫色的东西,它的主要成分是红磷。红磷是白磷的同素异形体,但它的着火点要比白磷高,而且毒性也极小。

磷矿石的主要用途是在农业方面,因为磷是植物生产必不可少的元素之一,它是构成细胞核中核蛋白的重要物质。磷对于种子的成熟和根系的发育,起着重要的作用。在作物开花期间追施磷肥,往往能收到显著的效果。一旦缺乏磷,作物根系便不发达、叶呈紫色,结实迟,而且果实小。要农作物生长得好,每年都应施用一定量的磷肥。我国的磷肥资源很丰富,发展磷肥有广阔的前景。

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