Het is tijd om veel kaarsen te kopen. En als we ze aansteken met lucifers, het zal alleen mogelijk zijn vanwege het jubileum in kwestie. Het is de gelukkige 350ste verjaardag van de ontdekking van fosfor, een element dat essentieel is voor het leven zoals wij dat kennen.

Het verhaal van hoe het 15e element op het periodiek systeem werd ontdekt, staat bekend als een van de grote ongelukken van menselijke inspanningen - het equivalent van de scheikundige, misschien, van Columbus die naar India vertrok om per ongeluk Amerika te vinden. In het geval van fosfor, de ontdekkingsreiziger was Hennig Brand, een 17e-eeuwse alchemist en koopman uit Hamburg, Duitsland.

Brand had geprobeerd een van de grote doelen van de alchemie te bereiken, om de steen der wijzen te maken. Alchemisten dachten dat dit het levenselixer was, in staat lood in goud om te zetten. Maar waar vind je deze legendarische stof?

Brand was ervan overtuigd dat het antwoord menselijke urine was, om twee goede redenen. Eerst, goud en urine hadden dezelfde kleur. Tweede, urine kwam uit het menselijk lichaam, die door alchemisten werd beschouwd als een werk van perfectie.

De vondst

Het eigenlijke proces dat Brand in 1669 opzette, was opmerkelijk. Je zou het tegenwoordig moeilijk vinden om het in een tuinhuisje te herhalen - tenzij je buren had die extreem slechte geuren konden verdragen. Brand concentreerde grote hoeveelheden menselijke urine en liet het fermenteren. Vervolgens verwarmde hij de resten, het uitvoeren van droge destillatie, zoals hieronder afgebeeld in het schilderij van Joseph Wright uit 1795, de alchemist op zoek naar de steen der wijzen.

Merk bleef achter met een witte wasachtige vaste stof die zelfs in een gesloten fles in het donker gloeide, en spontaan verbrand met een zeer heldere witte vlam bij blootstelling aan lucht. Geïntrigeerd door deze eigenschappen, hij noemde het fosfor omdat dit in het Grieks "lichtdrager" betekent. Hij probeerde vele malen om de stof te gebruiken om lood in goud te veranderen, maar tevergeefs.

Vermoedelijk teleurgesteld, Brand heeft misschien gedacht dat hij in plaats daarvan een van de andere grote veronderstellingen van de alchemie had gevonden, zuiver flogiston. Alchemie had een spiritueel kader dat voornamelijk geworteld was in de oude Griekse filosofie, die bepaalde dat alle materie uit vier elementen bestaat, of kwaliteiten - lucht, aarde, vuur en water. Toen warmte en licht werden gegenereerd tijdens de verbranding, alchemisten dachten dat het kwam door flogiston, een vuurachtig element dat zich in brandbare voorwerpen bevond en vrijkwam toen ze verbrandden.

De theorie van flogiston werd pas in de jaren 1770 ontkracht, toen Antoine-Laurent Lavoisier aantoonde dat verbranding een reactie is met een gas – zuurstof. Meer dan een eeuw daarna, het werd mogelijk om het ene metaal in het andere te transmuteren - maar met behulp van een kernreactor in plaats van een steen der wijzen. Economisch, echter, het proces heeft nooit zin gehad, omdat op deze manier slechts kleine hoeveelheden edele metalen zoals goud kunnen worden gemaakt.

Anderzijds, de ontdekking van fosfor opende een duizelingwekkend nieuw hoofdstuk in wat de moderne scheikunde werd. Ongeveer 50 jaar na de ontdekking van Brand, Johann Thomas Hensing, een professor in de geneeskunde aan de Universiteit van Giessen in Midden-Duitsland, toonde aan dat fosfor ook aanwezig was in het menselijk brein (het zou tientallen jaren later duren voordat werd aangetoond dat er ook mineralen waren die fosfor bevatten).

Vroege medicijnen die elementair fosfor bevatten, werden verkocht, misschien op de gedachte dat "als het in je hersenen zit, het moet goed voor je zijn". Dit bleek ernstig gebrekkig te zijn, echter, aangezien witte fosfor in feite zeer giftig is - een dodelijke dosis is slechts 1 mg per kilogram lichaamsgewicht. Patiënten werden daardoor vergiftigd.

Brenger van leven en dood

Niettemin, fosfor is biologisch van vitaal belang. Het gemiddelde menselijk lichaam bevat ongeveer 0,5 kg fosfor, het meeste in de vorm van fosfaat om botten en tanden sterk te maken. Fosfor houdt ook cruciaal DNA- en RNA-moleculen bij elkaar - de ruggengraat van deze lange ketenachtige structuren bevat twee fosfaatgroepen per paar nucleïnebasen. Zonder fosfor, het is moeilijk om je een leven voor te stellen.

Voedingsmiddelen die rijk zijn aan fosfor omvatten verschillende soorten vlees, zeevruchten, linzen, bonen, noten en zaden. Aan de andere kant van het spectrum, witte fosfor werd lange tijd gebruikt in rattengif. Nog extremer, chemische oorlogsmiddelen Sarin en VX zijn fosforverbindingen. Sarin, bijvoorbeeld, is 21 keer dodelijker dan kaliumcyanide. Het is een goed voorbeeld van hoe elementen die in verschillende vormen voorkomen, zowel heel verschillende verschijningsvormen als biologische effecten kunnen hebben.

Fosfor heeft vele andere positieve eigenschappen. Samen met stikstof, fosfaten vormen de basis van de meststoffen die veel in de landbouw worden gebruikt. Er is geen vervanging voor fosfor in deze rol; het kan door geen enkel ander element in planten worden vervangen.

Dit roept een belangrijk probleem op. De voorraden fosfaaterts – het enige belangrijke fosforerts – zijn beperkt. Zozeer zelfs dat fosfor is genoemd als een van de "bedreigde elementen" waar er een risico bestaat voor de toekomstige voorziening. Het probleem is dat de fosfor die als meststof wordt gebruikt, in rivieren en oceanen wordt opgelost als oplosbaar fosfaat, uiteindelijk sediment wordt. Momenteel is er geen economisch haalbare manier om het terug te winnen, en wetenschappers voorspellen een tekort binnen zo'n 30 tot 40 jaar.

Dit wijst op de noodzaak om fosforrecycling te ontwikkelen, idealiter op het punt voordat het sterk verdund wordt in onze waterstromen. Dus hoe zou dit kunnen? Mensen consumeren jaarlijks 3 miljoen ton meer fosfor dan ze nodig hebben, die uiteindelijk wordt uitgescheiden als urine en ontlasting. Het recyclen van fosfor uit menselijk afval klinkt misschien niet erg opbeurend, maar het zal een gouden ei zijn voor wie een manier vindt om het te doen.

Dit brengt een interessant punt naar voren. Het is verleidelijk om geamuseerd te kijken naar de manier waarop Brand fosfor vond in emmers urine. Het kan blijken dat, achteraf gezien 350 jaar, hij concentreerde zich eigenlijk op precies de beste plek.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.