Vizeletből ezüst helyett „a fény hordozója”: a foszfor véletlen felfedezésének története

2018. augusztus 24. 11:08 Múlt-kor

A hellenisztikus kori Egyiptomból egész Európában elterjedő alkímia széles körű érdeklődés tárgya volt a középkorban és a kora újkorban a tudomány emberei között. Ezen idő alatt többen állították, hogy elérték egyik vagy másik végső célját: aranyat vagy ezüstöt állítottak elő a mindennapokban előforduló fémekből (például ólomból), megtalálták a halhatatlanná tevő elixírt, az univerzális oldószert vagy a minden betegséget megszüntető gyógyírt.

Az elemek manipulációját eleinte a „bölcsek kövének” nevezett misztikus eszközzel tartották lehetségesnek, ez azonban csupán egy mítosz volt, amely a korai tudományosság mágián és vallási miszticizmuson alapuló magyarázataiból jött létre.

Az alkimisták tevékenysége azonban nem volt teljesen haszontalan: miközben álmatlan éjszakákat töltöttek sikertelen kísérletezéssel, aranyat ugyan nem tudtak előállítani, de mintegy „mellékhatásként” felfedeztek új anyagokat, illetve megfigyeltek folyamatokat, amelyek korábban ismeretlenek voltak. Az egyik leghíresebb ilyen eset Hennig Brand 17. századi német katona, kereskedő és alkimista felfedezése volt, aki az ezüst előállításának módját keresve az emberi vizeletből foszfort nyert ki.

Brand életéről kevés a megbízható információ. 1630 körül született, és egyes források szerint egy üvegkészítő inasaként dolgozott fiatalon, amikor katonakorúvá válva elvitték szolgálni a harmincéves háborúban, ahol tisztként tevékenykedett. Eddigre azonban a konfliktus a végéhez közeledett, így Brandnak nem kellett túl sokáig harcolnia. A háborút követően Hamburgban élt feleségével, akinek nagy öröksége lehetővé tette, hogy az alkímiának szentelje idejét.

A többi alkimistához hasonlóan Brand is a „bölcsek kövét” kutatta – felesége haláláig felélte vagyonukat. Brand ezután hamar újra nősült, és elvett egy bizonyos Margaretha nevű gazdag özvegyet, akit lenyűgözött tevékenysége. Brandot különösen a víz potenciálja érdekelte: több száz módon próbálta kísérletei során ötvözni más anyagokkal. A víz használatától végül eljutott az emberi vizelethez, amelyről úgy hitte, meghozza számára a várva várt áttörést.

Egy alkimista kézikönyv, a strasbourgi F.T. Keller által jegyzett „400 válogatott kémiai folyamat” című mű szolgáltatta a nevezetes kísérlet alapját: timsót, salétromot (kálium-nitrát) és koncentrált vizeletet felhasználva kívánt ezüstöt létrehozni. 1669 körül egy alkalommal tűzhelyén felforralta a vizeletet, hogy az sűrűbbé váljon. Meglepetésére világító gőz keletkezett, és folyadékcseppek fröccsentek ki az üvegedényből, zuhanás közben lángra kapva.

Brand úgy gondolhatta, óriási jelentőségű felfedezés küszöbén áll. Amennyit tudott, összegyűjtött a folyadékból, és üvegbe zárta. Ahogy az anyag lehűlt, szilárd állagot öltött, miközben továbbra is különös módon világított. A csodálkozó alkimista a „phosphorus mirabilis”, azaz „csodálatos fényhordozó” nevet adta neki – a görög „phoszphorosz” szót használva a latin „lucifer” helyett. A foszfor volt a 13. ember által felfedezett kémiai elem, egyben az első, amelyet az ókorban még nem ismertek. A 13-as szám, különös fénye, valamint vegyi fegyverként, robbanóanyagokban, mérgekben és idegmérgekben való használata miatt nevezik „az ördög elemének” is.

Brand eleinte titkolta felfedezését, és tovább kísérletezett a vizelettel és a foszforral. Csodálatosnak tarthatta felfedezését: egy emberi előállítású anyag, amely „életerővel” világított, amely nem csökkent az idő múlásával, és nem kellett hozzá napfény sem – ellentétben például a napra kihelyezés után világító, eddigre már ismert barittal (melyet súlypátként vagy „sivatagi rózsaként” is ismernek).

A kémiai folyamat

Az emberi vizelet tartalmaz nátrium-foszfátot, különféle szerves (azaz szénalapú) anyagokkal együtt. Melegítéskor a nátrium-foszfát oxigénatomjai a környező anyagok szénatomjaival lépnek kémiai reakcióba, szén-monoxidot és légnemű elemi foszfort eredményezve. A foszforgáz ezután kicsapódik, folyékony, majd szilárd állagú foszfort eredményezve. A kémiai folyamat során a gőzök egy része is oxidálódik, ami nagy mennyiségű energiát szabadít fel. Ez mozgásba hozza a foszforatomokat, amelyek ettől kibocsátják nem e világinak tűnő fényüket. Brand állítólag gyertya helyett is a foszfor fényénél tanulmányozta könyveit éjszaka.

Brand végleges eljárása, amelyet később 200 tallérért adott el egy bizonyos drezdai D. Krafftnak, a következő volt:

-Forrald a vizeletet, amíg sűrű sziruppá nem válik
-Melegítsd ezt, amíg egy piros olaj nem desztillálódik a tetején, ezt fölözd le
-Hagyd a maradékot hűlni, ezt követően egy fekete, szivacsos felső és egy sós alsó részből fog állni
-Távolítsd el a sót, és keverd vissza a piros olajat
-Melegítsd erőteljesen e keveréket 16 órán keresztül
-Előbb fehér gőzök fognak keletkezni, majd egy olaj válik le, végül pedig a foszfor
-A foszfort le lehet hűteni hideg vízben, hogy megszilárduljon

Ez a folyamat sokkal kevesebb foszfort eredményezett, mint amennyit ki lehet nyerni a vizeletből – a kikristályosodott só, amelyet ő eltávolított, tartalmazza a foszfát nagy részét. Körülbelül 5500 liter vizeletből állított elő mindössze 120 gramm foszfort. Ha a teljes masszát alkalmazta volna, ennek sokszorosát kaphatta volna: egy liter felnőtt emberi vizelet körülbelül 1,4 gramm foszfátot tartalmaz, amelyből körülbelül 0,11 grammnyi tiszta elemi foszfort (fehér foszfort) lehet kinyerni, azaz 5500 literből több mint 600 grammot. További felesleges lépés volt, hogy az eljárás előtt hagyta állni a vizeletet, „amíg borzasztó szaga nem lesz”, ez ugyanis nincs hatással annak foszfortartalmára.

Brand végül eladta receptjét, így nem ő lett a foszfor híres felfedezője – ez a megtiszteltetés az angol Robert Boyle-é lett, aki a csodálatos világító elemmel Európát járó Krafft egyik előadását látva maga is kísérletezésbe fogott, és 1680-ban sikerrel is járt. Habár Boyle neve ismertebb a történelem számára, az 1692-ben (más források szerint 1710-ben) elhunyt Brand az első, aki – bár nem ismerhette a folyamatot – felfedezte azt a kémiai reakciót, amelyet napjainkban is használnak a foszforgyártásban (természetesen más anyagokból – a foszfátokat bányászott ásványok szolgáltatják, a szenet koksz, a meleget pedig elektromos kazán).