磷:奇异的元素

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  1669年,德国科学家布朗特在炼金过程中,意外发现将尿与砂、木炭、石灰混合加热蒸馏后,得到了一种白色、质软的物质,这就是磷——一种常见而奇异的非金属元素。
  
  奇异特性不同寻常
  
  磷的拉丁名称由“光”和“携带”两部分组成,也就是“发光物”的意思,在小说、电影、故事中,常有荒郊野外、坟地墓头,黑夜里看见绿幽幽或浅蓝色“鬼火”的情节。所谓的“鬼火”,就是磷的挥发物在空气中的自燃现象。
  磷是第15号元素,元素符号P,原子量30.97。地壳中磷的含量比较丰富,为0.12%,总是以磷酸盐的形式存在。人们所见到的磷,则是由磷酸钙、石英砂和碳粉的混合物在电弧炉中熔烧而制得。
  磷的存在有几种同素异形体。其中,白磷或黄磷是无色或淡黄色的透明结晶固体,剧毒、恶臭、几乎不溶于水。放于暗处有磷光发出,可以用于制造磷酸、燃烧弹和烟雾弹。白磷在高压下加热会变为黑磷。白磷经放置或在400℃密闭加热数小时可转化为红磷。红磷是红棕色粉末,无毒,可以用于制造农药和安全火柴。
  与人们从矿物中取得的金属元素不同,磷是第一个从有机体中取得的元素。最初发现并取得的白磷,为白色半透明晶体,能够在空气中缓慢氧化,产生的能量以光的形式放出,在暗处发光。白磷在空气中氧化,当表面积聚的能量使温度达到40℃时,便达到磷的燃点而产生自燃。白磷在19世纪早期曾被用于火柴的制作。然而,由于白磷的产量很少而且有剧毒,制成的火柴很不安全,所以,没过多久制造火柴就不再使用白磷。
  1789年,法国科学家拉瓦锡把磷列入化学元素的行列。他通过燃烧磷和其他物质,确定了空气的组成成分。可以说,磷的发现促进了人们对空气的认识。
  
  诸多领域皆有贡献
  
  目前,全世界生产的无机磷化合物达300种以上,磷工业在现代化学工业中占据相当显赫的地位,发挥着越来越重要的作用,
  在种种金属的预处理方法中,磷化处理是最为广泛采用的方法。如果埃菲尔铁塔不经过防腐处理,这座由7000吨钢建成的世界奇观,将会在几个月内变成一堆废铜烂铁。在我国,由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上,占国民生产总值的很大比例,如何减少这方面的损失恰恰是磷工业大显身手的地方。
  磷在植物生长发育和新陈代谢中起着极其重要的作用,而土壤缺磷已成为我国乃至世界农业生产发展最重要的限制因素,全世界缺磷的土地已经占到43%。然而,目前人类社会对磷肥的利用串仅为10%~25%,其余部分则转化成难以被植物吸收的磷酸盐,致使土壤中的总磷含量为有效磷含量的100~600倍,与此同时,磷矿资源缺乏相应的替代品种,目前全球可供经济开采的磷矿资源仅仅只够使用50年左右,人类正面临着严峻的磷资源枯竭的挑战。因此,如何提高作物自身潜力、充分利用土壤中的磷,已经成为科学家关注的焦点。在此基础上,对土壤施加各种磷肥十分必要。在磷肥生产中,过磷酸钙是比较常用的混合物原料。主要成分为磷酸二氢钙和石膏,用硫酸分解磷灰石制得的普通过磷酸钙,80%~95%溶于水,屑水溶性速效磷肥,既可以直接用作磷肥,也可用于制取复合肥料。磷酸和磷灰石反应所得产物磷酸二氢钙被称为重过磷酸钙,为灰白色粉末,主要用作酸性磷肥。除此之外,重过磷酸钙与碳酸氢钠作用,可放出二氧化碳气体,能够用于食品发酵。
  磷化合物是水处理剂中的一个大类,主要用在城市供排水、工业废水、工业冷却水、锅炉水、油田水等领域。长期以来,磷被认为是导致水体富营养化的主要元素之一,所以许多国家纷纷采取禁磷措施,以减少环境污染。然而,实际情况远未如此简单。在水质较硬的地区,使用无磷洗涤剂的洗涤效果比较差,需使用更多的表面活性剂,容易造成其他污染。这样一来,总体效果反而不如使用含磷洗涤剂。而且,考虑到磷酸盐易于回收,在污水排放前加强磷的回收处理,不仅避免水体富营养化的问题,还可以避免磷资源的浪费。如今,德国等一些原本禁磷的国家又开始复磷,允许在洗涤剂中添加一定数量的含磷化合物,以增强洁净效果,当然,采取这样措施的前提是保证磷得以回收利用。
  
  生命运动不可缺少
  
  磷是人体中含量较多的元素之一,仅次于钙,磷和钙都是骨骼、牙齿的重要构成材料,其中钙磷比值约为2:1。正常成年入骨中的含磷总量约为600~900克。其中的80%和钙结合并贮存于骨骼和牙齿中,剩余的20%分布于神经组织等软组织之中。
  磷是生命物质的组成部分。它是组成核苷酸的基本成分,而核苷酸是生命中传递信息和调控细胞代谢的重要物质核糖核酸(RDA)和脱氧核糖核酸(DNA)的基本组成单位。它能够参与体内的酸碱平衡的调节和体内脂肪的代谢,保持体内ATP代谢的平衡,在调节能量代谢过程中发挥重要作用。
  磷化学与生命起源学有着密切关系。科学家实验结果证明:氨棊酸和磷的化合物——磷酰化氨基酸,可以定向组装成多肽、多核苷酸,并能形成生物膜。据此,可以进一步形成生命进化的最小系统。这项研究成果为核酸蛋白质起源提出了实验依据,并在生物工程、基因治疗等方面有着巨大应用前景。
  磷对生物体的遗传代谢、生长发育、能量供应等方面都是不可缺少的。人体每100毫升全血中含磷35~45毫克。磷的功能影响血浆及细胞中的酸碱平衡,促进物质吸收,刺激激素的分泌,有益于神经和精神活动。磷能刺激神经肌肉,使心脏和肌肉有规律地收缩。磷帮助细胞分裂、增殖及蛋白的合成,将遗传特征从上一代传至下一代。
  若是磷在人体中存在比例失调,会对人体造成严重的危害。如果缺磷,则骨髓、牙齿发育不正常,骨质疏松、软化、容易骨折,食欲不振、肌肉虚弱,与磷有关的缺乏症还包括佝偻病,这种小儿病因缺少磷、钙、维生素D或钙磷比例失调而引起。骨软化是成人的佝偻病,同样是长期缺少磷、钙、维生素D或钙磷比例失调而引起。几乎所有的食物都含磷,因此人类缺磷是极为少见的。但遇有下列情况则可造成缺磷:过量摄入不能被吸收的抗酸药物,如铝、钙、镁制剂等:喂牛奶的婴儿;素食者常食产自缺磷土壤的高纤维膳食。与此相反,血液中含磷过多,会降低血中钙的浓度,引起低血钙症,从而导致神经兴奋性的增强,手足抽搐和惊厥;骨质疏松、易碎;牙齿蛀蚀;各种钙质缺乏的症状日益明显,以致破坏其他矿物质的平衡。
  
  污染危害尤须重视
  
  辚的提炼、制造、泄漏和磷化物进入人体,均能产生污染和侵害。其中,磷化氢等污染更需令人关注,磷化氢是无色气体,纯时几乎无味,但工业品有臭鱼一样的臭味。它在空气中可自燃;浓度达到一定程度时还可以发生爆炸。
  磷化氢从呼吸道吸入,首先刺激呼吸道,致黏膜充血、水肿,肺泡也有充血、渗出,严重时有点状广泛出血,肺泡充满血性渗出液,这是发生急性肺水肿的病理基础。磷化氢经肺泡吸收而至全身,影响中枢神经系统、心、肝、肾等器官。此外,经口误服的磷化物,在胃内遇酸放出磷化氢,并从胃肠道吸收入血,与从呼吸道吸入的磷化氢所引起的中毒相似。
  吸入磷化氢气体或误服磷化物之后,会引起以神经系统、呼吸系统损害为主的全身性疾病。急性磷化氢中毒起病较快,数分钟即可出现严重中毒症状,但个别病人潜伏期可达48小时。中毒的主要表现为头晕、头痛、乏力、恶心、呕吐、食欲减退、咳嗽、胸闷并有咽干、腹痛及腹泻等或肝功能异常。经适当治疗,多在1周内恢复,一般不留后遗症。
  对磷化物污染的防治要从日常管理和加强防范入手,严格执行各项管理制度,坚持搞好安全生产。一旦出现磷中毒情况,要及时处理好现场,对患者要立即按急救常规处理,注意观察,及早发现病情变化。口服磷化物的患者,应积极催吐、洗胃、导泻以排除胃肠道内残留毒物,即使就医时已延迟多时,仍应积极洗胃。保护重要器官功能,给予足够营养及维生素。
  
  [责任编辑] 庞 云
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