118个元素的故事 棘手摧花的磷
2019-03-02 16:24:15   来源:   评论:0 点击:

磷是人体组成的重要元素之一,也是对人类非常风险的元素之一,磷的善与恶叫人捉摸不定。磷矿石(右上)是由海鸟制造进去的,不计其数的海鸟
“磷是人体组成的重要元素之一,也是对人类非常风险的元素之一,磷的善与恶叫人捉摸不定。


磷矿石(右上)是由海鸟制造进去的,不计其数的海鸟在这些小岛上栖身,时光一长便在岛上形成了厚厚的鸟粪层,因为鸟粪中含有大批的磷,而可用以制造磷肥。



说到「磷」元素的发明,在历史上充溢着传奇性。钻研东方化学史的学者们一致以为,「磷」大概是在1669年由一位叫Hennig Brand的德国人(1630 –1710)首先发明的。至于他的职业是什么有的说他是一个江湖医生;也有的说他是一个破产商人;还有的说他是一位炼金术士;更有能够他身兼三职,甚至被化学史专家称为「最后一位炼金术士」。

磷大概是在1669年由德国人Hennig Brand首先发明的



他是怎么发明「磷」的呢听说他底本是想从尿里提炼出金子,因此他在蒸尿的历程中,偶尔地在曲颈瓶的接收器火」)。起初才晓得:他偶尔发明的这种物质叫白磷。




德国化学家马格拉夫(Andreas Sigismund Marggraf, 1709 –1782)首先钻研了「磷」和相干化合物的一些性质。1769年瑞典化学家甘英(Johan Gottlieb Gahn, 1745 –1818)证明「磷」存在于人和动物的骨骼中。1771年,瑞典化学家舍勒(Carl Wilhelm Scheele, 1742 –1786)指出:人和动物的骨骼是由磷酸钙组成,并在1775年加热骨灰和硫酸,也得到「磷」。



其实,「磷」普遍存在于动动物体中,因此「磷」最初是从人和动物的尿以及骨骼中获得的,这和现代人们从矿物中获得金属元素有很大的不同。所以说,「磷」算是第一个从有机体中获得的非金属元素。也正因如此,「磷」是地球上第11个最罕见的元素。



法国化学家拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier,1743 –1794)首先把「磷」列入化学元素行列。他熄灭了「磷」和其余物质,进而肯定了空气的组成。因此,有人说「磷」的发明匆匆进了人们对空气的熟悉。



「磷」的英文名字叫做phosphorus,是由希腊文phos(光)和phoro(携带)两词组成,意思是「光的携带者」,也就是「发光物」的意思。「磷」的元素符号因此采取P示意。



中文最初采取「燐」做为「磷」的名字,因为今人以为逝世人和牛马的血变为燐,即鬼火。东汉哲学家王充(西元29年~约西元97年)所著〈论衡论逝世篇〉中写道:「人之兵逝世也,世言其血为燐,人夜行见燐,若火光之状。」也就是说,燐在中国古书中示意物质在空气中主动熄灭的景象。起初依据中文化学元素命名准则,固态的非金属元素以石为部首,因此「燐」改为「磷」。



后面说过,「磷」在最初发明时获得的是白磷,是红色半透明晶体,熔点摄氏44。1度,在空气中会迟缓氧化,发作的能量以光的情势放出,因此会在暗处发光。当「磷」在空气中氧化到表面上,积累的能量使温度到达摄氏45度时,「磷」便会自燃。



在暗处把白磷裸露在空气中,白磷就会被空气中的氧气迟缓地氧化成五氧化二磷(P2O5),同时收回淡绿色的光。因此有些山上储藏着丰硕的磷矿时,它们若显露空中与氧气一接触,便会收回一闪一闪的萤光,远远看去就像是一盏盏的灯火。同样地,当人们在黝黑的夜晚路过荒郊的坟地时,常会看到一团团淡绿色的火光,它飘忽不定时隐时现,人们称它为鬼火。临时以来,人们始终把鬼火看成是一种神秘的货色,由此还引出了《聊斋志异》中一个又一个的鬼故事。



其实鬼火并不神秘,它是动物尸体糜烂后,体内的「磷」化合物被土壤中的细菌分解成磷化氢(P2H4)气体后冒出空中,碰到空气后会自燃。也就是说,鬼火的谜底就是「磷」的自燃。

磷的品种



用「磷」制成的单质有许多种,如:白磷(又叫黄磷)、红磷、黑磷(又叫紫磷)等。化学家把这些由同种元素组成,但化学和物感性质都不同的物质叫做同素异形体。「磷」的同素异形体中,最重要的就是白磷、红磷和黑磷。



白磷是一种蜡状的固体,有剧毒。当它含有大批杂质时,就会变成淡黄色,因此人们也常称白磷为黄磷。白磷的熔点很低,只要摄氏44。1度,在空气中遭到细微的摩擦就会自燃,为平安起见,通常把白磷贮存在水中,这样既可隔断空气,还可保持温度在它的自燃点以下,而且能够阻拦白磷的蒸气跑出伤害人体衰弱。在切割白磷时,也必须把它放在盛水的槽中,用小刀或用剪刀在水面下切割,相对不能裸露在空气中进行。切割完的大块也应放回原瓶,继承保留在水中。



把白磷放在密闭的容器中,加热到摄氏260度,就会改变成红磷。乏味的是,假如把红磷加热到摄氏416度就会升华,它的蒸气冷却后又会改变成白磷。



正因为「磷」轻易自燃,在过来「磷」罕用来制造火柴,这大概是从1830年开端的,是在「磷」发明大概160年后,而且这种运用只保持了十多年。这是因为「磷」在发明后,产量仍不大,而白磷有剧毒,0。1克的白磷足以使人逝世亡,人们吸入白磷蒸气后会发作牙床、骨头坏逝世病症。白磷与一些氧化剂混杂制成的火柴也很轻易着火,后果尽管很好,可是不平安,把这种火柴放在衣服里会引火焚身。

红磷制造成的火柴盒



直到1845年,奥地利化学家施勒特尔(Anton Schrtter von Kristelli, 1802 –1875)发明了红磷,才真正肯定白磷和红磷是属于同素异形体。因为红磷的熔点摄氏240度比白磷高出许多,受热后能改变成白磷而熄灭,再加上红磷无毒,因尔起初人们用红磷替代白磷制造出平安火柴。平安火柴的火柴头上沾上氯酸钾(KClO3)和三硫化二锑(Sb2S3),红磷则涂在纸条上贴在火柴匣的两侧。当火柴头在火柴匣的正面上摩擦时,就会发热而熄灭。

军事上用的熄灭弹和烟幕弹中就装有白磷,把烟幕弹引爆后会生成大批浓浓白烟,其成分是五氧化二磷。



不论是红磷还是白磷,熄灭后都会放出浓浓的白烟,白烟的重要成分是「五氧化二磷」(P2O5)。在军事上用的熄灭弹和烟幕弹中就装有白磷,把烟幕弹引爆后,白磷就会在空气中敏捷熄灭,生成大批的五氧化二磷。五氧化二磷的红色小颗粒悬浮在空气中便形成了烟雾,使朋友看不清宗旨。也因为白磷毒性大,对人体组织尤其是对鼻子和下巴的软骨伤害较大,因此在接触时要异样警惕。温度低于摄氏34~40度时,白磷在空气中与氧反映并收回白光。这个反映与发磷光类似,通常称为化学发光。



至于「磷」的第三种同素异形体─黑磷,它看起来像彩色粉末。黑磷可经由白磷强加压力制得,并且黑磷具备像金属一样的光泽,因此又称为金属磷。除此之外,黑磷有个乏味的性质,就是黑磷虽是个非金属物质,但能够传导电流,因此可制造成导电资料。



今日,当说到磷光景象或发磷光的资料时,人们仍把「磷」和光联络在一起。从字面下去说,一种含磷资料遭到光照耀时会发光常被说成是发磷光,也有能够是发萤光。这种光照耀自身能够成为另一种光源。例如:硫化锌(ZnS)是一种家喻户晓的发萤光的资料,当遭到疾速静止的电子撞击时会闪光,电视映像管就运用这种效应发作电视图像。



「磷」有个知名的喷射性同位素,叫做磷–32(32P),它在医学和工业上非常有用,因为常拿来做为追踪剂。比方说,已知「磷」会存在于身材里许多部位(像骨骼、牙齿),因此具备喷射性的32P可做为追踪剂去钻研身材的各部位,以及其在人体内的化学变更,甚至能够赞助找到在脑、眼、乳房、皮肤等的肿瘤(癌)细胞,以便及早医治。有时带喷射性的32P能够杀逝世肿瘤细胞,有助于减缓或阻拦病变。32P还可赞助肯定一个人的含血量有多少。



不只如此,32P在其余科学钻研上也相称有用。例如32P常增添到轮胎上,而后侦测轮胎运用时收回的辐射,借以得悉轮胎哪里磨损,以及须要多长时光才能形成如此的磨耗。



「磷」在天然界中绝大局部以磷酸盐岩石的型式存在,又称为磷矿石。这种岩石重要由磷酸钙和氟磷灰石所组成,后者是一种含钙、氟和磷酸根的矿物。每年数百万吨的商用的「磷」经由碳在二氧化矽(SiO2)的存在下加热磷酸钙制得。美国之所以是世界上「磷」的最大消费国,是因为美国的磷矿石的产量占全世界总量的三分之一。



磷酸盐的一个重要用处就是制成肥料。其实,「磷」和氮、钾并称为肥料的三大重要元素。制造磷肥的重要原料是磷矿石。后面提到过,磷矿石的重要成分是磷酸钙。因为磷酸钙难溶于水,因此不易被动物排汇,化学工业制造磷肥的目标就是加工磷矿石,使它转化为易溶于水的磷酸盐,以利农作物的排汇。






秘鲁沿海的小岛上有着丰硕的磷矿石,乏味的是这里磷矿石是由海鸟制造进去的。不计其数的海鸟在这些小岛上栖身,时光一长便在岛上形成了厚厚的鸟粪层,因为鸟粪中含有大批的「磷」能制造磷肥,因此这些鸟粪泥土竟成了秘鲁的一种重要的出口物质!



磷酸钙是地表上最罕见的磷酸盐型态,而且储藏量相称多,过来一百五十多年来始终拿来制成肥料。最初运用的是骨粉,它也是磷酸钙,但如今已经很少用它来制成肥料,只要一些园艺家和农夫运用。大局部农作物如今都运用过磷酸钙(Ca(H2PO4)2),这是用硫酸解决磷酸钙后得到的,溶解性更高。



简直一切的商用的「磷」都用于消费「磷酸」(H3PO4)。磷酸是固体,通常以85%的磷酸水溶液发售,重要用处是消费三磷酸盐肥料。没有「磷」存在的土壤是瘠薄的,因为活体动物细胞中很多重要化合物都是「磷」的化合物,因此动物成长很须要「磷」。



磷酸是一种中等强度的三元酸(也就是说,1个磷酸能够解离出3个氢离子),有着普遍的用处。用磷酸解决过的金属制品能够防锈。在有机分解工业中,磷酸大批用做催化剂,在石油精炼、制药等范畴也都须要用到磷酸。磷酸的许多盐类还能匆匆进农作物的根部兴旺,加强抗寒或抗热才能,匆匆进农作物提前成熟,使它们穗粒增多,籽粒丰满,是一种重要的化学肥料磷肥的重要起源,因此磷酸被人们称为动物的养分素。



制造磷肥的最简双方法是把磷矿石磨碎成磷矿粉间接施用,因为土壤中含有许多酸,因此磷矿粉也能逐步溶解而被农作物排汇,只是后果并不幻想。把磷矿石和焦炭以及含钙、镁、矽的矿石混杂放到高炉中煅烧、熔融,可制得钙镁磷肥。钙镁磷肥也难溶于水,但它较磷矿粉易溶于弱酸性溶液中,因此施肥后果有所进步。此外,磷酸经过一系列庞杂的反映后,能生成构造庞杂的多磷酸,它与氨反映能得到各种多磷酸的铵盐,这是一种新型的磷肥,它的施肥后果比后面提到的几种磷肥都高。



磷酸盐的第二个重要用处是做为干净剂。干净剂中的重要成分是三聚磷酸钠(Na5P3O10,又简称STPP),能够杀逝世一些细菌,同时起了软水剂的作用,可使镁和其余硬水元素积淀,也使干净剂的干净效力得以进步。



虽是如此,目前很多中央已经阻拦销售含三聚磷酸钠的干净剂,因为会招致优养化作用,使湖里的动物和藻类所需的氧气大局部被消费掉,尽管这形成水生动物和藻类能够大批疾速成长,却使得鱼及其余水底生物因为缺氧而逝世去。此外,因它的超养分作用使得藻类成长失控,湖水徐徐被这些绿色动物梗塞,也渐渐演化成一片沼泽,最后形成草地,湖就这样消逝了。



「磷」在很多中央与元素周期表处于同一家族的氮的化学性质类似。和氮元素一样,「磷」也是性命所不可缺乏的元素之一。「磷」又是关系全世界动、动物衰弱的必须元素,一个群众已知的事实:「磷」是骨骼和牙齿成长、开展的重要元素之一。人的骨骼中20%的成分是磷酸羟钙(Ca5(PO4)3(OH)),人的牙齿基础上就是由磷酸钙(CaP2O8)组成的。



「磷」在人体内的含量大概占体重的非常之一,许许多多的活细胞含有「磷」元素,例如:其中一个存在于细胞中的重要化学分子就是三磷酸腺苷(ATP),可供给能量给细胞,使细胞借此而存活。又例如:细胞里的DNA(去氧核糖核酸)也含有「磷」,DNA是活生物体履行多种功用的化学物质,并掌握了生物的遗传。



细心视察肾脏病人或洗肾患者,会发明他们的皮肤总是对比蜡黄、暗沉、多皱纹且缺乏弹性,表面总比同龄者衰老得多。过来医界总是大惑不解,如今经钻研证明,形成这些老化的重要首恶就是高血磷。



「磷」是人体内含量仅次于钙的矿物质,是人体所需的电解质之一,不只是人体细胞膜的重要成分,也是形成骨骼的重要元素。「磷」自身相对不是坏货色,但假如体内含有过多的「磷」,确凿会形成老化景象。



很多人都晓得肾脏病人因为体内钾离子过高,必须靠洗肾方法把钾离子带出人体。然而「磷」不一样,「磷」无法透过洗肾带出,而且还具备累积性,假如没有严厉监控,就会进一步损坏肾脏功用。



人体内的「磷」离子过多,会减速细胞氧化,增添细胞分化功用。而肾脏是人体均衡「磷」的重要器官,这就像一台天天只能解决10公吨渣滓的机器,渐渐增添累赘到20吨、30吨,甚至40吨,机器在适度耗费下,随时都有当机的风险。人体内的「磷」含量过高,轻易在血管与内分泌体系发作积淀物,渐渐就会发作血管钙化、心律不整、骨骼病变等,罹患血管阻塞的风险是个别正常人的3到5倍。



但并非一切食物中的「磷」都有问题。食物里的「磷」又可分红无机磷与有机磷二大类。无机磷重要来自天然食物,含量较多的包含鱼、肉、蛋、奶及豆类;有机磷则是人工所制造。二者最大的区别在于:无机磷经过肠胃道2、3次消化后,排汇率只要40到50%,相较之下,有机磷分子构造经过人工改变,排汇率高达80%、90%以上。



含有「磷」的化合物被许多加工食品运用做为保留剂与盐增添剂,能够增添食物的口感与保留期限。特别是汉堡、薯条、碳酸饮料都含有高量的「磷」,发育中的青少年更要警惕。



「磷」在人体内会与钙离子互相均衡,但假如只单吃一些高磷食物而没有弥补钙质,在代谢历程中就会带走大批的钙质。适量的「磷」会使骨骼开展受影响,甚至增添罹患骨质蓬松症的时机。因此特别提示少吃加工食品,因很多都是高「磷」食物,多吃新颖的鱼、肉、蔬果能下降有机磷的摄取。正常人每日「磷」的倡议摄取量约1公克,只要不过火偏食且少吃加工食品,这很轻易做到。



1995年,日本曾发作惊动国内的公开铁毒气事情,其中好人所用的毒物就叫「××」((CH3)2CHOOPF(CH3)),它是种含有「磷」的化合物。××会阻断人体内负责神经传递物质的乙醯碱酯酶,招致中枢神经麻木瘫痪,是一种致命的剧毒化合物。



从以上的介绍能够清晰看到:「磷」虽是人体的必须元素,也是会伤害人体的元素。智慧的您关于「磷」能不注重、警惕吗




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