发现古代元素：磷、锑和铋的故事

拉瓦锡的元素表中包含了若干种不为古人所知的元素，其中只有三种元素是在古罗马之后、波义耳之前这段漫长岁月中被发现的。当然，当时根本没人知道这些物质属于所谓“元素”，它们之所以惹人瞩目，纯粹是因为人们觉得它们有用或者有趣。

现在普遍认为，从公元前800年到古罗马时期，人类完全没有发现任何元素，尽管据说阿拉伯炼金术士贾比尔·伊本·哈扬分离出了砷和锑。在沉寂了许久之后，炼金术士们又找出了两个元素。

古人早就在使用铋了，不过直到16世纪，人们才发现它并不是锡或者铅，而是另一种与它们相似的金属。磷是在1669年前后被发现的，其名称“phosphorus”源自古希腊神话，意思是“启明星”。磷被认为是现代科学史上被发现的第一种元素。

用锑制成的杯子流行于16世纪初，人们试图通过其毒性引发的出汗和呕吐来祛除体内的疾病。人们会把酒盛放在杯中长达24小时，这时少量的锑已经溶解在酒中

铋被发现于1400年前后，发现者是一位佚名德国炼金术士。铋看起来十分炫目，其晶体具有直角断口，加上表面有一层氧化薄膜，能反射出彩虹般的绚烂光泽。铋是一种反磁性金属，也就是说，它会对作用于它的磁场产生反向的斥力。因此，你可以使用铋并利用两股斥力，让一块磁性金属悬浮起来。

一块磁力强大的稀土磁铁被困在两片铋板之间，上面的铋板上方另有一块强磁铁，铋板朝相反的方向产生了一个磁场，二者使稀土磁铁在铋板之间悬浮

铋常与铅混同，二者都比较沉重，颜色类似，熔点也都比较低。巴拉赛尔苏斯提到过铋，但他认为这是锑的一种。用铋制成的装饰品最早见于16世纪，而它真正获得自己的“身份”则要拜印刷工业的发展所赐：人们把它和铅混在一起，用以铸造活字。

当欧洲人开始在印刷中应用铋时，南美的印加人则把它加入了青铜。印加人并不是从矿石中提取铋的，很明显，他们直接开采出了高纯度的铋。在一把1500年前后制造的印加匕首上，我们看到其刀刃由锡铜合成的青铜铸成，而其美洲驼头形的手柄则由铋铜合金铸造，于是刃与柄之间有着明显的色差。

16世纪早期，德国矿物学家阿格里科拉（G. Agricola）曾一度尝试给铋进行分类，他认为铋既不是铅也不是锡，而是“第三种”。当时，人们普遍相信存在三种铅，也就是现在所说的铅、锡和铋。矿物学家们认为，金属在土壤中会发生转换，从一种金属变成另一种，这种看法也符合炼金术的转化观点。在转化层级中，锡比铅更接近于银，而铋是最接近银的。探出铋矿的开采者都会很沮丧，觉得自己开采得太早了，没等到它“长大成银”。他们的这种想法也并非全无依据，因为银矿上方常有铋矿。开采者有时管铋矿层叫“银的屋顶”。

阿格里科拉关于金属和采矿的论著《论矿冶》扉页。该书发表于1556年，后汤若望将其译为中文，题作《坤舆格致》

铋在当时没什么用处，开采者往往弃之如敝履。也正因为铋没用，人们也就没有动力去研究它，从而导致它被视作铅或锡的衍生物而一直遭到忽略。直到1753年，法国化学家若弗鲁瓦（C. F. Geoffroy）终于证实，铋是一种不同于其他物质的金属，并且含铋矿物也不等同于锑矿、铅矿或锡矿。这个结论发现后不久，到1780年前后，“铋混合物”已被用于治疗胃功能失调，尤其是胃溃疡。

铋的晶体十分炫目，层层叠叠的矩形表面上闪耀着彩虹般的色彩

磷是第一种被实验化学家发现的元素。1669年，炼金术士亨尼格·布兰德（Hennig Brand）在位于汉堡的住宅建了一座地下实验室，尝试炼制“贤者之石”，其中一个环节需要采集大量尿液。这项实验的一份记录如此描述：“取大量啤酒饮用者的新鲜尿液，继而蒸发直至残余深色黏稠杂物。”他所说的“大量”可不是在开玩笑：这一环节要用到5500升尿液，最终才能获得60克磷。

磷不是磷光体

磷虽然叫磷，但并不是磷光体，而是发光体。磷光体会吸收光线，然后再发射出来。化学物质的能量变化导致许多生物能发光，包括细菌、真菌、鱼、水母和苍蝇等。(www.xing528.com)

生物性发光的水母可以发出绿色的光芒，这是荧光素和氧气之间化学反应的结果

布兰德先把蒸发后残余的尿液储存一段时间，再混以他物（很可能是木炭），然后再次加热，以排除“渣滓”（即利用各物质沸点的不同进行一系列分离操作）。当这个步骤完成，且烧瓶中残留的液体达到必要温度之后，淡黄色烟气便会逸出并凝结。布兰德没能得到“贤者之石”，却收获了十分意外（且难闻）的东西。磷于黑暗中熠熠发光，面对这种前所未见之物，他称之为“冷火”。

磷元素具有多种不同颜色的形态，或者叫“同素异构体”，包括红的、紫的、黑的和白的。布兰德制造出来的是白磷，即P₄。这种神秘而令人惊叹的光芒，直到1974年才得到最终解释。P₄跟大气中的氧气发生反应，表面会生成一层氢化物和氧化物，它们转瞬即逝，迅速衰变的过程中就发出了光。事实上，磷的氧化过程很容易失控，因此在空气中极易发生自燃。

据说，英国画家约瑟夫·莱特的这幅《炼金术士发现磷》，描绘的正是亨尼格·布兰德的非凡实验

布兰德小心翼翼地守护着自己的秘密。另外两名炼金术士克拉夫特（J. D. Kraft）和昆克尔（J. Kunckel）试图诱骗或购买他的秘方，他先是出售了一些磷，最后终于说出了其真实来源其实是尿液。克拉夫特在欧洲各国宫廷展示这种发光物质，并让人们认为这是他本人发现的。他还给了法国化学家莱默里一块磷，后者将磷放在桌上，结果不幸发生了：那块磷意外地掉落在床单上，一位客人从梦中醒来，发现寝具正在燃烧！

在克拉夫特招摇撞骗的同时，昆克尔正致力于磷的制取。到了1676年，他已经能轻车熟路地制造磷了。他推测，既然这东西来自人体，那它一定先要通过某种方式进入人体。因此，他开始用食物和其他有机材料进行实验。他一度声称，自己能从任何上帝的造物中提取出磷，但后来又放弃了这种自信，并补充说：“我不再制造它了，这是有大害之物。”

他之所以突然变得这么悲观是有缘由的。一次，他口袋里揣着磷站到了火焰旁边，磷随之发生了自燃，他的衣服燃烧起来。这场意外的结果是，他手上的皮肤全都烧没了。尽管他将双手在泥土里摩擦，但还是没能扑灭火焰，他不得不花了15天的时间疗伤。他似乎是即将祸害20世纪的某种灾难的第一位受害者——到了20世纪，磷由于能够导致可怕的火灾和烧伤而成为臭名昭著的“恶魔元素”。

1678年，与牛顿各自独立发明微积分的大数学家、科学家莱布尼茨（G. W. Leibniz）说服布兰德为汉诺威公爵效力，担任其御用炼金术士。布兰德向莱布尼茨展示了制磷的方法，这种元素自那时起一直都是通过尿液制取的，直至18世纪70年代，舍勒才发现了从骨头中制取磷的方法。

在伦敦的英国皇家学会，克拉夫特展示了磷的发光和燃烧特性，波义耳在场见证，并且深受启发。波义耳进行了海量的实验，并从克拉夫特那里收获了一条提示：磷“可以说来自人体”。1680年，波义耳和助手终于制取出了磷。波义耳想到磷可以有多种用途，比如用于勾勒时钟刻度，这样夜间醒来就能看到时间了。但磷毕竟是危险的，用在时钟上依然存在安全隐患，甚至可能导致死伤（类似的例子见第八章“‘镭恐’”）。波义耳也是第一个用磷包裹木条一端，由此制造火柴的人。

火柴的制造会让许多不幸的受害者患上骨骼疾病，如“磷毒性颌疽”，它会侵蚀人的面部和下巴。从1872年起，欧洲各国终于开始禁止在火柴中使用有剧毒的白磷。印度和日本于1919年、中国于1925年也先后禁止。美国则从未禁止使用白磷，但会通过惩罚性的征税使相关生产商无利可图

重要且致命的磷

磷在尿液和骨骼中的存在，昭示了它在生物体中发挥着重要作用。磷不仅是骨骼所必需的微量元素，而且复杂、微妙地存在于每个生物体的每个细胞中。DNA是以染色体的形式传递遗传信息的复杂化合物，它的“主干”（双螺旋的两条主链）由磷酸盐和糖基组成。

接下来，磷会在解开遗传密码的过程中发挥重要作用。在1952年的一次著名实验中，遗传学家利用放射性标记的磷和硫，来研究遗传信息究竟是被携带于DNA中还是蛋白质中。他们利用了病毒繁殖的方法：将遗传物质注入活细胞，并操纵细胞的生物化学结构，使其自行复制。结果，被标记的磷进入了细胞，但硫却没有。由于磷存在于DNA中，但不存在于蛋白质中，DNA在遗传中的作用就此得到了证实。