欲「煉尿成金」偶得磷元素

磷是人體細胞中必不可少的元素，人類生理上的化學反應幾乎都離不開磷，它對於心臟、腎臟等器官的正常運行至關重要。不過，作為最早被人類從有機體中取得的元素，磷的發現史卻很「污」，它居然是在蒸發尿液的過程中發現的！這到底是怎麼回事？讓我們一起回到三百多年前的德國漢堡一探究竟吧。

單質磷的分子構成（英國皇家化學學會網站）

中世紀的歐洲盛行鍊金術，很多人都瘋狂地尋找著一種叫「賢者之石」的東西，據說找到這種石頭後便可將普通的鐵和鉛都變為黃金。當時的一些學界名流，如培根、牛頓、波義耳（注一）等人也都曾涉足過鍊金術。在眾多鍊金術士之中，有一個叫亨尼格·布朗特（Hennig Brand）的漢堡商人更是對鍊金術達到了痴迷的程度。不過，雖然他花了大量的資金和精力，卻和其他鍊金術士一樣一無所獲。

布朗特一直認為人體有神秘的力量，並堅信液體中必然含有迷人的物質。公元1669年的一天，他忽然靈機一動：既然人體排出的尿液是和黃金相同的黃色，是否能通過尿液煉出黃金呢？

興奮的布朗特首先跨出了煉尿第一步——搜集尿液。他認為要想得到黃金必須要很多尿液才行，便從各地搜集來了近5500升的尿液！這其中有來自家人、朋友的，還有來自部隊士兵的，為了獲得更黃的尿液，布朗特甚至專門收集了喝啤酒的人的尿液。為了煉出黃金，也真是拼了！

然後，布朗特開始煉尿了……他對這些辛苦找來的黃色液體進行了各種折騰，比如露天放置，任由其揮發、變臭，或者加入木炭、石灰石後放到容器里加熱……具體細節不必再深究，總之，他的房間內外到處都充滿了難聞的氣味。

然而事與願違，布朗特終究還是沒能從尿液中煉出黃金。一次，當他將裝有殘留尿液的容器燒至紅熱時，容器中突然出現一道煙霧，隨後便有液體滴落並起火。布朗特迅速將液體裝入罐子中並蓋上蓋子，他發現液體雖然凝固了，卻仍散發著淡綠色的光芒。布朗特還發現這種像白蠟一樣的物質儘管散發綠光，卻並不能引燃其他物質，於是便將之命名為「冷光」（注二）。

畫作《尋找賢者之石的鍊金術士發現了磷》描繪了布朗特發現磷的過程，該畫由英國畫家約瑟夫?懷特於1771年繪製（網路圖）

布朗特當時並不知道自己發現的物質是單質磷，但有了新發現總是令人無比高興的，畢竟沒有枉費長久以來與尿相伴的日子。不過，和當時的鍊金術士一樣，布朗特最初對自己的新發現也是秘而不宣，並希望進一步從磷中煉出黃金。後來，布朗特寫信給著名的數學家和哲學家萊布尼茨，透露了自己的新發現，但對於如何得到單質磷，布朗特仍然守口如瓶。

沒過多久，有關布朗特發現新物質的傳言便鋪天蓋地，不少化學家都爭相拜訪布朗特，希望能得到單質磷和製作它的方法。幾年後，生活困頓的布朗特將單質磷的製作方法以200個銀幣出售給了化學家克拉夫特（Daniel Kraft）。此後克拉夫特在遊歷歐洲的過程中，將用尿液提取磷的方法告訴了包括波義耳（Robert Boyle，注二）在內的很多學者，人們才逐漸明白原來單質磷竟是煉尿得到的！

磷的基本性質（中國選礦技術網）

後來，波義耳也開始折騰起了尿……但作為化學家，波義耳絕非像布朗特那樣瞎折騰，他通過一系列科學試驗後，發現在用尿液提取磷的過程中，向尿液加入沙子可以提高磷的生成效率，這一反應的方程式為：

4NaPO3 + 2SiO2 + 10C 2Na2SiO3 + 10CO + P4

波義耳和助手通過這種方式製作了大量的磷，並將其作為商品賣到了歐洲其他國家。1680年，波義耳第一次用磷點燃了一端帶有硫磺的木棒，這被認為是現代火柴出現的開端。

英國化學家波義耳（維基百科）

現如今，人們早已擯棄了從尿液中提取磷的方法，工業上普遍將一定比例的磷礦粉、碳粉和石英砂在電爐中加熱至1400到1500度，反應得到的磷蒸汽經靜電除塵後通入冷水中析出，從而得到單質磷，該反應方程式為：

2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C 6CaSiO3 + 10CO + P4

磷的發現雖有點「污」，但它的用途卻十分廣泛，不容忽視。磷除了對人體的生理健康至關重要外，由磷的化合物組成的磷肥還能促進植物的代謝發育，提高植物的抗旱性和抗寒性。此外，由於白磷具有強烈的刺激性氣味，並且燃點很低（僅40℃），一旦接觸氧氣便會燃燒，產生黃色火焰且散發濃烈煙霧，因而在軍事上被用於製作殺傷力極大的燃燒彈。

回首磷的發現和應用，「英雄莫問出處」這句話，說的也正是它吧。

暴露在黑夜中的白磷發出淡綠色光芒（網路圖）

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注釋：

注一：波義耳（1627.1.25 – 1691.12.30），英國化學家，於1661年出版劃時代的著作《懷疑派化學家》（The Skeptical Chemist），該書使化學擺脫了從屬於鍊金術的地位，而發展為一門探索自然界本質的科學。因此，1661年被認為是近代化學的開端。

注二：冷光，磷的英文名稱為Phosphorus，源自拉丁文Phosphorum，意即冷光。

參考資料：

《The Shocking History of Phosphorus》，（英）John Emsley著，Macmillan出版社2000年版