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来历奇葩,但作用奇特的磷元素

2024-10-08何晓奥

课堂内外·初中版(科学少年) 2024年9期

元素周期表的15号元素——磷,来源于炼金术士的科学实验,它是第一个由人类明确记录了其发现过程的元素。现在我们从磷酸盐中提取它,来看看它为何充满戏剧性,让人又爱又恨。

磷,竟然从体内提取?

中世纪以来,欧洲对黄金的渴求导致了炼金术的兴盛发展,提炼出“哲人石”成了炼金术士们的核心目标。

1669年,德国汉堡的炼金术士亨尼格·布兰德尝试从人体中提取“哲人石”。他认为人的尿液中就可能含有黄金,两者颜色相同,于是他走访了当地酒馆,收集客人的尿液作为原料。

布兰德收集到了50桶尿液,开始了他的实验。

将收集到的50桶尿液煮沸,将其浓缩并蒸馏。

② 吸出蒸馏出的红色油状液体,剩下的部分冷却分离出黑色海绵状的上层和固体下层。

③ 将红色液体重新倒回黑色部分,持续加热16个小时。

④ 最后得到一种白色的物质。

布兰德从尿液中提取到的白色物质,能在黑暗中发出微弱的绿光,他将其称为磷,意为“发光的物体”,但这并不是他想要的“哲人石”。一个世纪后,现代化学的创始人拉瓦锡更新了人类的元素观,确认布兰德发现的神秘发光体其实是一种化学元素。

磷元素,生命活动的基石

一个成年人体内含有约0.7kg的磷,远少于碳、氧、氮、氢这四种主要元素,但磷在微观分子世界里扮演着至关重要的角色,支撑着我们的生命活动。

以人体运动为例,运动需要能量,但是能量需要从储存地输送到人体的肌肉细胞,此时磷元素就成了可靠的“信使”。

“信使”的工作主要由三磷酸腺苷(ATP) 来完成,正如它的名字,它由三个含磷基团依次相连,形成了一个“能量储存棒”。

三磷酸腺苷到达人体运动需要能量的地方,放下最外面的一个含磷基团,就可以迅速释放能量补充人体所需。

在人体的遗传物质中,磷元素也必不可少。经过几代科学家的努力,DNA的结构终于被解析出来,在DNA 双螺旋形状的奇妙结构中,起到支撑作用的正是外侧的磷酸脱氧核糖骨架。

所以说“磷元素保障了生命活动的正常运转”是当之无愧的。

磷肥,是福音还是噩梦?

磷对人体活动的正常运转很重要,对其他生物来说也是如此。

以植物为例,很多植物在磷元素含量达标的时候才能够正常生长。如果缺乏磷元素,植物的叶间和边缘就会逐渐变黄,蔓延到整个叶片,甚至还会变蓝变紫,最后很可能造成整个植株生长速度减缓,显得瘦小脆弱。

面对植物营养不良的情况,人们会给植物(特别是农产品)补充含磷的“营养餐”,而“营养餐”的发明与应用还要归功于一百多年前的德国化学家李比希。

为了让农作物增产而使用过多的磷肥,这种过犹不及的行为,给整个人类和地球带来了巨大的灾难。过度施肥导致过量的磷元素随着雨水进入自然水域,水生绿色植物突然间得到了这份过剩的“馈赠”,在水中大量繁殖,消耗尽水体环境中的氧气,导致其他水生生物因缺氧而死亡,这种现象被称为水体的富营养化。

从磷的加工运用来看,只有适量使用才能保障一个生态系统的固有平衡不被破坏。尤其是在追求作物提产增收的农业领域,也不能过量使用磷肥,这样才能正确利用化学知识造福人类。