原创之一磷的发现

显示全部楼层 · 2021-1-29 04:51:53

磷的发现如果要指出磷的发现有什么值得注目的地方，可能最让我这样学习化学专业的人欣慰的，就是这个元素毕竟是由专业的化学家（有点言过其实，毕竟在那个时候更应该叫做炼金术士或者药剂师）发现，而不是像人类至迟在中古时代就已经了解并且应用的种种元素，是最先出现或应用在工匠的作坊里面。当然，我没有任何贬低劳动者的意味在里面，而只是觉得，作为近现代自然科学支柱之一的化学，它从日常活动中渐渐抽象到经验性质的炼金术，又渐渐抽象到以原子论为基础的近代化学，再进一步和近现代物理学中关于物质内在结构的理论相整合，才能使它成为对自然世界可以量化，可以预测的科学。写历史学的黄仁宇先生不止一次强调文艺复兴以来西方与东方分野，就是从西方出现了一个可以用数目字管理的经济和政治体制。我无意把人文社科的东西也引到自然科学史上面来，但是如果注意一下，黄先生曾是李约瑟中国科学技术史第七八卷的编者，也曾对中国何以没有出现系统的自然科学下过功夫；也许就能感觉到二者还是有相联系的地方。说到磷这个元素，其实在自然界里面含量还是很高的，甚至排在生命的基体碳的前面；除了磷酸盐之外，还在生物体里面广泛存在。其实含磷物质某些特殊现象很早就被人注意到了，就是我们常说的鬼火。中文把它叫做(火粦)，《说文解字》里就有这个字，所以对鬼火的观察就应该更早。但是中国偏偏喜欢依照一种已有的伦理结构让现实现象削足适履*（见附注），所以因为这个东西属火，东汉王充的《论衡》里面就不免画蛇添足地说“人之兵死者，世言其血为(火粦)，人夜行见(火粦)，若火光之状。”恐怕这个因为兵死是属火的，如果是不小心投井，没准按照当时的理念也许应该属水，也就没有鬼火了。也就是因为这个，直到我大清康熙朝的时候，汤若望修士在宫中进行的磷火表演，在当时的观者看来，依然是术士的奇巧淫技而已。西方最开始的时候，因为流行四大元素说，也认为气体本身是不可分的，所以像鬼火这样发生在气体中的现象，很可能也看作火和气的某些效应，但是随着炼金术的发展，我们的祖师爷们，总算有一个人幸运地找到了磷。1669年，一个我们知道姓布兰德(Brand)的炼金术士或者药剂师（也有人说是江湖医生，其实那个时候这就是一个职业）得到了磷。他在蒸发尿的时候，从曲颈甑的接收器里面得到一种蜡样的白色固体，带有大蒜气味，在黑暗中闪闪发光。我们知道这就是白磷，而他称之为冷火(KaltesFeuer)。据说当时人们认为凡是金色的自然物质，里面都可能有金的成分在内，所以他找到这个原料，也是情理之中（不知道这厮有没有尝试过固体的...）。另有说法是在他之前一百来年曾有个瑞士医生的笔记里面，提到了蒸馏尿液的时候，得到了火的元素。之所以这件事情纪录的这样清楚，莱布尼茨帮了忙，他写了一本《磷的发现史》，出版于1710年。孔克尔(kunckel)在他1716年出版的（可惜似乎那时候他本人死了十四年了）《化学实验》里面也提及了这件事。当时有个江湖化学家克拉夫特(Krafft)还买了布兰德的秘方，然后在欧洲几个国家的宫廷里面表演这个实验或曰魔术。波义耳在查理二世的宫廷里面沾光看到了表演，也在1680年从尿里取得了磷，在他提交给英国皇家学会的报告中提到用沙子和尿混合蒸馏得到了磷。按照孔克尔的说法，他是将尿液蒸发到近干，然后再将其中黑渣放置到近腐败为止，和沙子混合强烈蒸馏。现在看来其中发生的反应应该是碳将磷酸钙还原到磷化钙，然后磷化钙和磷酸钙反应生成白磷。后来到了1775年，瑞典的谢勒用骨灰和硫酸混合加热也得到了磷。不过就化学史来看，我们也实在不好说磷元素就这样发现完了，因为这个时候还没有现在我们一般认为的元素概念。直到拉瓦锡明确定义元素就是不可再分的简单物质之后，他的元素表才将当时的散兵游勇们收编起来。因为拉瓦锡才用得更多是燃烧实验的方法来验证他的理论，所以磷被排在他表中能酸化和氧化的非金属一栏里面，和碳、硫、硼酸基、盐酸基、氢氟酸基放在了一起。它的拉丁文名称，则以希腊文Phos（光）和Phero（携带）连接而成，对白磷性质描述得还算贴切。
*我这里引用黄仁宇在《赫逊河畔谈中国历史》中的一段评论：“李约瑟说中国哲学家猜测自然的奥妙与希腊古代思想家不相上下。我们则觉得希腊思想家还只认为自然法则(naturallaw)须待不断地发现，才能不断展开。汉代思想家如董仲舒等则以为人类应有的知识都已在掌握之中，并且自然的现象，正常与非正常，都与人事有关，凡人一眼即可看穿。这当中已有很大一段差别。