它从尿里被发现，却从小吓唬你到长大……

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小时候爱听奶奶讲鬼故事的同学肯定对“鬼火”不陌生，“山头野坟上蓝绿色的光”——

问高中生这是什么大概会有答案，问大门生：鬼火

高中生回答了：这就是磷火！磷会自燃！那么，这样的说法磷这个形象复杂的家伙承不承认呢？




从煮尿里发现的？


其实近代化学的诞生，离不开一心“点石成金”的炼金术师们。近代以来发现的第一种元素——磷，就是他们找到的。


在17世纪的德意志地区，有位炼金术师亨尼格布兰德。他和先辈们一样渴望用其他物质炼出金子，还信奉“人的体液能用来炼金”的理论。布兰德寻思，既然金子是黄的，人尿也是黄的，那用尿炼金行不行呢？于是他四处收集尿液，甚至跑到虎帐里去收尿，足足收了约莫5000升！





在气味感人的工作室里，布兰德反复把尿液倒进蒸馏器，一遍遍浓缩和蒸馏……金子固然没见着，却得到了一种发着蓝绿色光的液体，凝固后形成一种白色蜡状固体，他称其为“冷光（希腊文Phosphorum）”。





尽管炼金梦碎，布兰德却靠卖“冷光”连本带利赚了回来。他记录的配方和实验过程，厥后也被多位学者重复，获得了相同的物质。1789年，法国化学家拉瓦锡（就是发现氧气那位）对其分析后，终于认定这是一种新的化学元素，也就是我们今天所称的“磷”。




白红黑紫四兄弟


磷是元素周期表第15号元素，元素符号 P，相对原子质量 30.9738，和氮元素同属一个元素家属。在常温下磷是固体，而且有四种不同形态（同素异形体）。





17世纪用尿提取出来的磷，是它最“经典”、也最危险的形态——白磷。纯净的白磷是白色蜡状固体，但由于分子布局不稳定，它在空气中很容易氧化变黄，还可以迟钝自燃发出磷光（白磷的燃点只有40°C），或是更剧烈地燃烧。在20世纪的多场战争中，用白磷制造的燃烧弹投入战场。熔融燃烧的白磷，火焰温度凌驾 800°C，还能粘附在人体皮肤上，造成极为可骇的烧伤！1980年，《联合国常规武器公约》将白磷弹列为违禁武器。



白磷在空气中容易自燃，因此通常被泡在煤油中，隔绝空气生存。


1845年，奥地利化学家施格特在封闭烧瓶中加热白磷，获得了一种暗红色物质。他以为这不是白磷的氧化物，而是磷的另一种形态——红磷。相比暴烈的白磷，红磷的个性温和许多，在常温下安分守己。中学化学实验课上用的磷一样平常就是红磷，洋火盒侧边用来摩擦点火的擦条，也用红磷而非易燃的白磷制造。




现代洋火盒的侧面一样平常会涂抹红磷，和洋火头（含有三硫化二锑、氯酸钾和硫磺等）摩擦时能擦出火花，将其引燃。早先的洋火盒用白磷，经常导致自燃事故，厥后才换成了安全的红磷。


黑磷和紫磷，则是本世纪现身的新星。黑磷在2014年才被中美科研团队发现，它的微观布局是由单层磷原子铺开的薄薄一层，就像石墨烯一样。


紫磷则直到 2019年才被中国科学家首次合成，它的燃点高达512°C，化学性质比红磷还稳定。由于黑磷和紫磷都有优异的半导体性能，被视为制造电池、电子器件的绝佳质料，在当今工业领域被寄予厚望。

黑磷和紫磷

生命的“最强辅助”


在我们的身段里，磷是含量第六多的元素：仅次于氧、碳、氢、氮“四巨头”和钙。它就像游戏团战中的“辅助”一样，能化身多种形态，提供从骨骼到细胞的全面支持。





骨骼和牙齿中的磷，与钙一起形成坚硬的羟基磷酸钙，和其他磷酸盐、碳酸盐一起搭起支撑身段的框架。磷脂构成了细胞膜，还能帮助分解血管里的血脂和胆固醇；核酸中的磷酸，能像锁扣一样把其他分子连接起来。细胞运动所需的能量，则主要来自一种名叫“三磷酸腺苷”的物质……随着人体日常新陈代谢，不断有磷元素随尿液排出体外，所以当年布兰德能从尿里提取出磷。



人和动物的细胞膜，由两层“背靠背”的磷脂分子构成，能为细胞提供安全屏障，控制其他分子进出细胞。



尸体分解时，会产生磷化氢（PH）气体和微量联膦（PH），尤其夏天温度高，会加速化学反应速率，更易于生成这两种物质。联膦的着火点极低，常温下易自燃，联膦自燃产生的温度会引燃磷化氢。尸体分解时还会产生甲烷（CH），甲烷燃烧会产生蓝色火焰。燃烧的磷化氢碰到甲烷，两者按照肯定比例结合，就很有可能就是大家看到的蓝绿色鬼火。


对绿色植物来说，磷也是维持生长所必须。种子发芽期间，原本储备的植酸（三磷酸肌醇）转化为其他含磷物质，帮幼苗度过关键时期。植物光合作用形成碳水化合物的过程，也离不开磷元素到场，缺了它就容易叶片发紫、病病歪歪。在植物施肥“氮磷钾”三剑客中，磷肥的重要性仅次于氮肥。

在农作物生长旺盛期，对磷元素的需求量较大

海洋食物链的基础——浮游藻类，也会吸收海水中的无机磷，用于自身生长繁殖。海中的各种鱼虾蟹贝，因此从食物中富集了磷元素，这就是为什么海鲜含磷量高。家长老让你多吃海鲜多吃鱼头变智慧的说法，大概也是来自补充人体重要元素的想法。



南极海域总量达数亿吨的浮游动物——磷虾，以含磷的浮游藻类为食，因此体内富集了磷元素。图源：dinoanimals.pl




到处都有，也能稀缺？


作为工业原料，磷主要用于磷肥生产，此外在医药、食品、电子、陶瓷、军工和新能源汽车等领域也有广泛需求。


可惜的是，磷虽广泛存在于自然界，但含量较高的磷矿床相对稀少。它在岩层中主要以磷酸盐、磷灰石的形态存在，尤其是在古代海洋留下来的沉积岩中。近年来，全球磷矿代价年年上涨。



磷灰石是磷元素在地壳中的主要矿物形态之一，偶尔也有光洁亮丽的大块晶体。可惜因为硬度较低，做不了宝石。图源：dili360.com


我国的磷矿储备位居世界第二，但由于多年开采，储量已大幅下降。而且国内磷矿大多是中低含量的矿脉，提炼成本较高。为此，我国已把磷矿列为国家战略资源，并积极研发磷矿的高效开采、回收利用等技术。



由于工业污染等原因，海水中有时磷含量过多，导致水体富营养化，一些浮游藻类等微生物疯狂繁殖，海水变红形成看着很吓人的“赤潮”。这些浮游生物的毒素，会杀死许多海洋生物。

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来源：博物

编辑：余荫铠

来源：https://view.inews.qq.com/k/20250206A05OKW00
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