《磷元素解析》
閱報秘書
磷製砲彈 戰爭致命武器
【本報記者蔡永彬】
磷是一種非金屬化學元素，英文phosphorus中，取自希臘文的phos（光）和phoros（搬運者）。
化學符號P，原子序15、平均原子量30.97；常溫下磷是固態，呈無色、紅色或白色等形式。磷有毒、容易起化學反應。
1943年第二次世界大戰期間，用白磷製的炸彈造成漢堡市大爆炸，將整個城市夷為平地（鎂引燃炸彈毀掉了建築物，而在白磷助燃下，導致人們向外狂奔命）。即便現在，白磷製的大砲和迫擊砲殼，仍然是戰爭中可怕的致命武器。
但若是以磷酸鹽（含有PO34的化合物）的形式存在，磷則是維持生命所必需的元素，在人類發展史上扮演著攸關穀物生長的關鍵角色。
在歷史上，已耗盡磷肥的貧瘠土壤，數度造成了人類大饑荒。尋求以鳥糞、骨粉或其他肥料來補充缺乏的磷肥，限制了文明社會的發展。一直到十八世紀中葉，人類發展出從磷酸鹽礦石提煉製造肥料的技術，磷肥不足的問題才得以解決。
備受爭議的是，磷肥需為全球人口爆炸的問題負責；但在許多地方，水（而非磷）反而是限制人口數成長的關鍵因子。
純磷多以同素異形體、或是分子的形式存在。磷一般分為「白磷（黃磷）」和「紅磷」。白磷是4個原子連結起來的分子，呈淡黃色像蠟一樣的半透明固體，比重1.83、熔點44.4℃、沸點287℃，在黑暗中可以發光，有臭味和劇毒。白磷具毒性、自燃性，常在戰爭中使用，因此可視為惡魔的代言者。
紅磷是白磷的聚合物，鮮紅無毒色粉末、比重2.296、熔點725℃。紅磷相當穩定，普遍用在火柴頂端當做點火劑。極少見的黑磷難以製造，較無重要的應用。
【2011-05-23/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
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神秘鬼火 來自磷光一閃
地殼含量排第11煉金術士意外發現 曾誤被當作「賢者之石」 美、中都有分布
【本報記者蔡永彬】
磷是相當重要的元素，在地殼中含量排名第11。但它的發現卻和「煉金」有關；在荒郊野外偶爾會遇上的「鬼火」，其實也是磷光的一種。
根據「Phosphorus and its compounds」（磷及其化合物）一書記載，1961年時地球上有57億噸磷礦；1987年，國際地質校正計畫（IGCP）估算，全球大概有1630億公噸的含磷礦石，相當於可萃取出130億公噸的磷。台灣大學科學教育發展中心主任陳竹亭對「挖光」說法的真實性感到存疑。
想煉黃金 反而發現磷
磷在1669年由德國煉金術士Hennig Brandt（布蘭德）發現，過程有些歪打正著。人類的尿液多呈黃色，Brandt以為裡面有黃金，就收集了非常多尿液；他先把尿液煮沸、濃縮再蒸餾，搞得整條巷子臭氣沖天。結果Brandt希望的黃金沒有出現，反而得到一些在黑暗中會發光的白色蠟狀物，這就是磷。
陳竹亭說，當時煉金界中相信有一種「最純淨的東西」，叫作「哲人之石」或「賢者之石」（The Philosopher's Stone）；只要和其他「不完美的東西」接觸，也可以把不完美的變得完美。陳竹亭表示，以現在的科學來說，這當然是錯誤的化學觀念；不過因為磷的外觀很特殊，當時很有名的英國科學家Robert Boyle（波以耳）也曾誤以為磷就是「賢者之石」。
燃燒生白煙 成煙幕彈
1750年前後，瑞典藥師Carl Scheele（席勒）用磷酸鈣分離出磷，這是最方便又衛生的製造方法。1769年，化學家發現骨頭裡也含有磷酸鹽，後來有人發現，摻有磷的砲彈跟炸彈，爆炸後更有殺傷力；磷燃燒時和氧結合，在空氣中形成濃稠的白煙，被拿來當作煙幕彈。
曾經有一段時間，人們蒐集動物骨頭、跑到戰場去挖死人骨頭來提煉磷，直到世界各地陸續發現磷礦，磷的供應和價格穩定下來。磷礦分布的地理位置很集中，美國、中國、南非、摩洛哥、西撒哈拉地區最多。
陳竹亭指出，人類的牙齒中，最多的是氫氧磷酸鈣、氟磷酸鈣和氯磷酸鈣。氫氧磷酸鈣容易被酸侵蝕，所以牙膏中添加氟就是用氟離子取代氫氧根離子，抵抗酸性腐蝕。
鬼火飄動 錯覺追人跑
至於「鬼火」，是因為屍體腐化時釋出磷化氫，磷化氫容易自燃，就產生鬼火現象。陳竹亭解釋，「追著人跑」應該是一種錯覺，磷火輕、會飄在空中；人走過時帶動空氣流動，磷火也會受氣流的牽引而飄動。
【2011-05-23/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
磷礦恐耗竭 加劇糧食危機
【本報記者蔡永彬】
第63屆聯合國大會定今年為「國際化學年」（International Year of Chemistry，IYC）。IYC大會中有人指出，目前地球上的磷礦有可能在30至100年之內就會挖光，由於磷是重要的肥料之一，可能會引發糧食危機。
中華土壤肥料學會理事長、台灣大學農業化學系教授李達源表示，氮、磷、鉀三種元素是「肥料三要素」。其中磷肥可以使作物花卉色彩鮮艷明亮、果實和種子豐滿；而且生物體中的DNA、ATP（三磷酸腺苷：在細胞內儲存和傳遞能量）中都需要大量的磷。
聽聞磷可能被挖光，李達源點點頭說「有可能」。他表示，氮可以從大氣中獲得，但是磷不行，必須由土地開採。而且在偏酸性的土壤中，可能會有磷酸鐵沉澱、偏鹼性的土壤中可能有磷酸鈣沉澱，中性土壤比較有助於作物吸收磷。
李達源指出，有些農民會進行作物、土壤、葉片診斷，再依結果自行購買不同的單質肥料回來搭配使用，但是程序上比較麻煩，會這樣做的農民並不多。
台灣農民買的多半是「複合式肥料」，就像餐廳的「A餐」、「B餐」一樣，都是廠商自行調配好的。
如果使用複合式肥料，對作物和土壤又不夠了解，可能會「過量施肥」；不僅浪費，還可能造成環境問題。李達源形容，當土壤中的某種營養素已經夠了，農民還一直「餵」肥料；作物「吃不下」留在土壤中，造成濃度過量，下雨沖刷到湖泊後，反而造成優氧化，例如德基水庫中的藻華現象。
李達源估計，台灣農地約87萬公頃，每年卻施用約100萬噸化學肥料，單位面積用量可能是亞洲最多。他認為，現代農業應該強調「精準農業」、「合理化施肥」，並利用堆肥、微生物（如溶磷菌、菌根菌）的肥料增加磷的「有效性」，才能維持土壤的永續利用。
【2011-05-23/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
人體無法合成 攝取磷靠食物
【本報記者蔡永彬】
台灣大學生化科技學系教授蕭寧馨指出，磷是人體的「必需營養素」，人無法自己合成，一定要從食物中攝取。
她說，只要飲食習慣和腎臟功能正常，人體不易因為磷攝取量過多或過少而生病，但目前要關注的是「食品添加物」的問題。
蕭寧馨表示，成人體內磷總量約700至850克，約佔體重0.65至1.1％，其中85％存在骨骼、15％存在軟組織（包括9％存在肌肉）、細胞外液約有1％。
蛋白質食物 富含磷類
蕭寧馨指出，磷和鈣都是骨骼、牙齒的重要成份，從飲食中很容易取得。磷的吸收率為6％，鈣只有30％；因此，只要正常飲食，身體就不太可能缺乏磷。磷的飲食來源主要是富含蛋白質食物，包括奶、蛋、肉、魚、豆類，或食品添加物中的磷鹽類。
根據衛生署資料，成人維持健康每天所需的磷攝取量（Dietary Reference Intakes，DRI）約800毫克；蕭寧馨說，成年人每天攝取上限最多4000毫克，這包括食物與添加物等各種來源的總量。
高血磷干擾 導致洗腎
如果腎臟功能健全，人體內過多的磷會從尿液排出。蕭寧馨說，萬一腎功能損壞、磷無法排出，導致「高血磷」，會干擾血鈣平衡，引發「低血鈣」。為了補充血鈣，副甲狀腺素升高，促使骨頭溶解出鈣。當腎功能繼續衰竭，磷還是無法排除，持續在血中堆積升高，會造成磷酸鈣沉澱；這些作用使低血鈣更加惡化、骨骼疏鬆、腎臟鈣化，最後勢必需要透析治療（洗腎）。
許多腎友血液中副甲狀腺素濃度很高，嚴重的可能會出現副甲狀腺機能亢進或相關全身性病變，如關節炎、骨頭痛、肌肉病變等。
食品添加物 磷易過量
蕭寧馨指出，食品添加物中有許多含磷化合物，近年來食品添加物的法規對磷的用量已經放寬：每公斤食品含磷酸根以3公克為限，含磷大約1200毫克。她提醒，加工肉品、魚肉煉製品、加上可樂等飲料都含有磷，可是營養標示上並沒有顯示數值。
衛生署最新的營養調查結果指出，成人與老人的每日磷攝取量都超過1000毫克；若再加上添加物的磷，民眾的磷攝取量日漸增高，卻毫無自覺和管理，可能不利骨骼與腎臟健康，值得重視。
【2011-05-23/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
延伸閱讀
【本報訊】
1. Paul Strathern著，邱文賓譯，《門得列夫之夢：從鍊金術到週期表的誕生》，究竟出版社，2003年02月27日。
2. Stanley Omaye著，許秀蘊譯，《食品與營養毒物學》，文光圖書出版，2009年10月01日。
3.國立編譯館主編，《森林土壤化學》，國立編譯館出版，2007年06 月30日。
4. 常存仁著，《微量元素小兵立大功》，2005年02月27日。
5.Theodore Gray著，吳瑤玲譯，《看得到的化學：你一輩子都會用到的化學元素知識》，大是文化出版，2010年8月31日。
【2011-05-23/聯合報/AA3版/新聞中的科學】
必學單字大閱兵
【本報訊】
磷 phosphorus
三磷酸腺 adenosine triphosphate，簡稱ATP
【2011-05-23/聯合報/AA3版/新聞中的科學】