元素

15 磷 Phosphorusー生命的元素

遗传物质DNA,核酸等重要的组成元素。磷与碳一样,也具有多种同素异形体。

 

磷的基本物理性质

分类 非金属、矿物
原子序列・原子量 15 (30.973761)
电子配置 3s23p3
密度 1823kg/m3
融点 44.2℃
沸点 280℃
硬度
色・形状 无色/红色/银白色・固体
存在度 地球100ppm、宇宙 1.04 x 104
克拉克数  0.08%
发现者 亨尼格·布兰德(1669年)
同位素 31P(100%), 32P(β, 14.262日)
用途例 食品添加剂、研磨剂、防冻液、DNA、RNA、肥料、沙林、配体
前后的元素 ー磷ー硫

磷元素的发现与鬼火

有关磷元素发现地故事,还得从中世纪的欧洲说起。那时候,欧洲盛行着炼金术,据说只要找到一种聪明人的石头──哲人石,便可以点石成金,让普通的铅、铁变成贵重的黄金。炼金术家仿佛疯子一般,采用稀奇古怪的器皿和物质,在幽暗的小屋里,口中念着咒语,在炉火里炼,在大缸中搅,朝思暮想寻觅点石成金的哲人石。1669年,德国汉堡一位叫亨宁▪布兰特的商人在用加热蒸发人尿的过程中,意外地得到一种像白蜡一样的物质,在黑暗的小屋里闪闪发光。这从未见过的白蜡模样的东西,虽不是布兰特梦寐以求的黄金,可那神奇的蓝绿色的火光却令他兴奋得手舞足蹈。他发现这种火光不发热,也不能引燃其它物质,是一种冷光。于是,他就以“冷光”的意思命名这种新发现的物质为“磷”。磷的拉丁文名称Phosphorum就是“冷光”之意,它的化学符号是P,它的英文名称是Phosphorus。


盛夏之夜,在野坟较多的地方,经常会有忽隐忽现的蓝色火苗出现,古人将其称之为“鬼火”,迷信的人认为那是野鬼阴魂不散,因为若有人经过,那些火苗甚至还会跟着人走,十分阴森。这究竟是怎么一回事呢?原来人的骨头里含有磷,人死后,尸体腐烂,骨头暴露出来,其中的磷就会和水或者碱反应生成磷化氢,磷化氢是一种无色可自燃的气体,当它燃烧时就会发出蓝色的光。而且它质量轻,风一吹就会移动,从而形成了“鬼火”的现象。

具有多种同素异形体

磷的发现在元素发现史中可谓非常早、早在1669年德国的炼金术师亨尼格·布兰德、在炼金术的实验-尿的蒸发中发现了磷。磷的英文名为Phosphorus、在希腊语中是「携带光的物质」的意思。

磷与碳,硫一样具有多种同素异形体,如白磷(黄磷)、红磷*、紫磷、黒磷等、根据颜色的不同进行的命名。白磷在无空气下,加热至3000℃以上,会变成红磷。白磷在空气中会自然起火,而红磷在空气中较稳定。紫磷有金属光泽,因此也被称为金属磷。

磷的同素异形体与结晶构造(出处:wikipedia)

体内的能量源、遗传物质的主要构成元素之一

磷占人体构成元素的百分之十之多。特别是体内重要的磷成分多集中于遗传物质DNA与体内的能量源ATP,还有细胞膜的主要构成元素磷脂这三大块。

                                                                    体内重要的磷成分

 

磷也是骨骼的主要成分羟基磷灰石的重要组成元素,幼儿与青少年需要补充大量的磷元素才能保证骨骼的正常生长,若缺乏磷,可能导致软骨病或者病。磷的吸收也需要维生素D的帮助,因此缺磷时也因多补充维生素D。

 

化肥的原料

磷元素也是植物所必须的一种元素,磷肥和氮肥、钾肥并称为三大肥料。磷肥能够促进植物花芽分化,提早开花结果,促进幼苗根系生长和改善果实品质。缺磷时,幼芽和根系生长缓慢,植株矮小,植物会显暗绿色,产生开花与结果延迟,并且花数减少等问题。这是由于蛋白质合成受阻,新的细胞质和细胞核形成较少,影响细胞分裂造成的。此外缺磷还会导致植物叶色暗绿,无光泽,一些植物叶片甚至呈紫色,这是因为缺磷阻碍了糖分运输,累积了大量的糖分,有利于黄色素苷的形成,这种物质的堆积会导致叶片呈紫色。缺磷时,植株开花期和成熟期都会延迟,产量降低,抗性减弱。施磷能够促进各种代谢正常进行,同时提高植物的抗寒性和抗旱性。磷通常成正磷酸盐(磷酸氢根或磷酸二氢根)形式被植物吸收。当磷进入植物体后,大部分成为有机物,有一部分仍然保持无机盐的形式。磷以磷酸根形式存在于糖磷酸、核酸、核苷酸、辅酶、磷脂、植酸等中。

 

剧毒沙林

沙林Sarin)是一种神经毒剂,它能够抑制参与神经冲动传递的乙酰胆碱酯酶,导致神经冲动无法传递,从而使得肌肉会只收缩而无法扩张,这会瘫痪呼吸功能,并导致缩瞳现象,同时会使肠胃痉挛剧痛,进而导致非常痛苦的死亡,而且立即发作,如果死亡剂量足够的话2分钟左右可致死,具有巨大的危害性。沙林在人体中的降解速度很慢,具有累积毒性。

1938年,沙林由德国法本公司的研究者格哈德·施拉德(Gerhard Schrader)、O.安布罗斯(Otto Ambros)、G.吕第格(Gerhard Ritter)、范·德尔·林德(Van der Linde)首次发现,为研制新型杀虫剂的副产物,这种毒剂就是以上述4个人的姓中的5个字母命名为“Sarin”。德国人很快发现这种毒气的军事价值,并投入生产,但是二战期间并未使用。二战后,这种毒剂才开始在世界范围内生产。美军代号GB,苏军代号P-35。

但是该物质非常不稳定,容易水解生成氢氟酸,异丙基磷酸。然后继续水解最终生成无毒的甲基磷酸与异丙醇。实验室小量合成比较容易,然而在大量合成时,必须隔断水与空气,对设备的要求比较高,制备并不容易。

沙林与沙林的水解反应

 

东京地铁沙林毒气事件(日语:地下鉄サリン事件)是日本自第二次世界大战结束后最严重的恐怖袭击事件,由奥姆真理教发动。

事件发生于日本时间1995年(平成7年)3月20日早上,多名教徒在东京的营团地下铁(现东京地下铁)丸之内线、千代田线和日比谷线的5班列车上,同时散布沙林毒气,造成13人死亡,超过6,300人轻重伤。这三条线路均途经政府部门林立的霞关站,因此成为袭击目标。

当沙林中毒的时候,解毒剂也是有机磷系农药,名为氯解磷定(PAM)。当时要是没有这种解毒剂,预测东京地铁事件会死亡超过600人以上。

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京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。
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