Запасите от фосфор свършват и това е опасно

Отбелязваме щастливият 350-ти рожден ден на елемента фосфор, който е от съществено значение за живота, какъвто го познаваме.

Историята за това как е открит петнадесетият елемент на периодичната таблица е едно от най-големите приключения в химията, един химически еквивалент на Колумб, който тръгва за Индия, но открива Америка … В случая с фосфора изследователят е Хенниг Бранд, алхимик от 17-ти век и търговец от Хамбург, Германия.

Бранд се опитва да постигне една от големите цели на алхимията, да получи философския камък. Алхимиците смятат, че това е еликсирът на живота, способен да превърне оловото в злато. Но къде да намери това легендарно вещество?

Бранд е убеден, че отговорът е човешка урина, поради две добри причини. Първо, златото и урината имат подобен цвят. Второ, урината идва от човешкото тяло, което алхимиците разглеждат като дело на съвършенство.

Действителният процес, осъществен от Бранд през 1669 г. е забележителен. Човек би се опитал да го повтори и днес, ако има съседи, които са склонни да изтърпят изключително силни лоши миризми. Бранд концентрира големи количества човешка урина и я оставя да ферментира. След това нагрява това, което е останало, като извършва суха дестилация.

Бранд получава бяло восъчно твърдо вещество, което свети на тъмно дори в затворена бутилка и изгаря лесно с много ярък бял пламък, когато е изложено на въздух. Заинтригуван от тези свойства, той го нарича фосфор, защото това означава „носител на светлина“ на гръцки. След това Бранд многократно се опитва да използва веществото, за да превърне оловото в злато, но без резултат.

Вероятно разочарован, Бранд може и да си е помислил, че вместо това е намерил една от другите големи цели на алхимията – чист флогистон. Алхимията има духовна рамка, идваща главно от древногръцката философия, която гласи, че цялата материя се състои от четири елемента или качества – въздух, земя, огън и вода. Когато топлината и светлината се генерират по време на горенето, алхимиците смятат, че това се дължи на флогистон, елемент, който се съдържа в запалими обекти и се освобождава при изгаряне.

Теорията за флогистона не е била развенчана до 1770-те години, когато Антоан-Лоран Лавуазие показва, че горенето се осъществява поради реакция с кислорода. Повече от век след това става възможно преобръщането на един метал в друг, но с използването на ядрен реактор, а не на философски камък. Икономически обаче процесът никога не е имал смисъл, тъй като по този начин могат да се правят само малки количества благородни метали, включително злато.

От друга страна, откриването на фосфора отваря нова глава в това, което наричаме съвременна химия. Около 50 години след откритието на Бранд, Йохан Томас Хенсинг, професор по медицина в Университета в Гисен, Централна Германия показва, че фосфорът присъства и в човешкия мозък.

Минават десетилетия преди да се докаже, че има и минерали, съдържащи фосфор. Различни лекарства, съдържащи фосфор, започват да се продават през средновековието, може би поради мисълта, че „ако е в мозъка ви, то трябва да е добро за вас“. Оказва се, че това е сериозна грешка, тъй като всъщност белият фосфор е много токсичен – фаталната доза е само 1mg на килограм телесна маса. В резултат на това, често пациенти са били отравяни от подобно „лечение“…

Въпреки това, фосфорът е биологично жизненоважен. Средното човешко тяло съдържа около 0,5 кг фосфор, повечето от него във формата на фосфат, участващ в състава на костите и зъбите. Фосфорът също така държи заедно молекулите на ДНК и РНК, като гръбнакът на тези структури с дълга верига, съдържа две фосфатни групи на двойка нуклеинови бази. Без фосфора е трудно да си представим какъвто и да е вид живот.

Храни, богати на фосфор, включват различни видове месо, морски дарове, леща, боб, ядки и семена. В другия край на спектъра, бял фосфор дълго се използва в отровата за плъхове. Още по-крайни са химическите бойни средства Зарин и VX, които са фосфорни съединения. Заринът например, е боен отровен газ, 21 пъти по-смъртоносен от калиев цианид. Това е чудесен пример за това как елементите, които се срещат в различни форми, могат да имат много различни проявления и биологични ефекти.

Фосфорът има и много други положителни черти. Заедно с азота, фосфатите формират основата на широко използваните торове в селското стопанство. В тази роля няма заместител на фосфора; той не може да бъде заменен с друг елемент в растенията.

И тук възниква важен проблем. Доставките на фосфатна скала – единствената основна фосфорна руда – са силно ограничени. Толкова много, че фосфорът е включен в списъка на „застрашените елементи“, при които съществува риск за бъдещо снабдяване.

Проблемът е, че фосфорът, използван като тор, се разтваря в реки и океани като разтворим фосфат и в крайна сметка става утайка. Понастоящем няма икономически изгоден начин за възстановяването му, а учените прогнозират недостиг в рамките на 30 до 40 години.

Това показва необходимостта от развитие на рециклирането на фосфор, в идеалния случай в точката, преди той да се разреди във водните потоци. И как може да се направи това? Всяка година хората консумират 3 милиона тона повече фосфор, отколкото се нуждаят, което в крайна сметка се екскретира като урина и фекалии. Рециклирането на фосфор от човешките отпадъци може да не изглежда много приятно занимание, но това ще бъде кокошка снасяща златни яйца за всеки, който намери технология да го прави.

Изкушаващо е да се обяснява с удоволствие начина, по който Бранд е открил фосфора в кофите с урина. Може да се окаже със закъснение от 350 години, че той всъщност е намерил точно най-доброто място за неговия добив.