Det är dags att köpa en massa ljus. Och om vi tänder dem med tändstickor, det kommer bara att vara möjligt på grund av årsdagen i fråga. Det är grattis på 350-årsdagen till upptäckten av fosfor, ett element som är väsentligt för livet som vi känner det.

Berättelsen om hur det 15:e grundämnet i det periodiska systemet upptäcktes står som en av de stora olyckorna i mänsklig strävan – kemistens motsvarighet, kanske, av Columbus som beger sig till Indien bara för att hitta Amerika av misstag. När det gäller fosfor, upptäcktsresande var Hennig Brand, en alkemist och köpman från 1600-talet från Hamburg, Tyskland.

Brand hade försökt uppnå ett av alkemins stora mål, att göra de vises sten. Alkemisterna trodde att detta var livets elixir, kan omvandla bly till guld. Men var hittar man detta legendariska ämne?

Brand var övertygad om att svaret var mänsklig urin, av två goda skäl. Först, guld och urin hade samma färg. Andra, urin kom från människokroppen, som av alkemisterna betraktades som ett perfektionsverk.

Upptäckten

Den faktiska processen som Brand startade 1669 var anmärkningsvärd. Man skulle kämpa för att upprepa det i en trädgårdsbod nuförtiden – om man inte hade grannar som var villiga att tolerera extremt dålig lukt. Brand koncentrerade stora mängder mänsklig urin och lät den jäsa. Han värmde sedan upp resterna, utför torrdestillation, som avbildas nedan i Joseph Wright-målningen från 1795, alkemisten på jakt efter de vises sten.

Brand lämnades med en vit vaxartad fast substans som glödde i mörker även i en stängd flaska, och brändes spontant med en mycket stark vit låga när den exponerades för luft. Intresserad av dessa egenskaper, han döpte den till fosfor eftersom detta betydde "ljusbärare" på grekiska. Han försökte många gånger använda ämnet för att omvandla bly till guld, men till ingen nytta.

Förmodligen besviken, Brand kan mycket väl ha trott att han istället hittat en av de andra stora antagandena om alkemi, ren flogiston. Alkemin hade en andlig ram som huvudsakligen var rotad i antik grekisk filosofi, som föreskrev att all materia består av fyra element, eller kvaliteter – luft, jorden, eld och vatten. När värme och ljus genererades vid förbränning, alkemisterna trodde att det berodde på flogiston, ett eldliknande element som fanns i brännbara föremål och frigjordes när de brann.

Teorin om flogiston avslöjades inte förrän på 1770-talet, när Antoine-Laurent Lavoisier visade att förbränning är en reaktion med en gas – syre. Mer än ett sekel efter det, det blev möjligt att omvandla en metall till en annan – men med en kärnreaktor snarare än en filosofs sten. Ekonomiskt, dock, processen har aldrig varit vettig eftersom endast små mängder ädelmetaller som guld kan tillverkas på detta sätt.

Å andra sidan, upptäckten av fosfor öppnade ett bländande nytt kapitel i vad som blev modern kemi. Cirka 50 år efter Brands upptäckt, Johann Thomas Hensing, en professor i medicin vid universitetet i Giessen i centrala Tyskland, visade att fosfor också fanns i den mänskliga hjärnan (det skulle dröja decennier senare innan det visade sig att det även fanns mineraler som innehåller fosfor).

Tidiga läkemedel som innehåller elementärt fosfor började säljas, kanske på tanken att "om det finns i din hjärna, det måste vara bra för dig". Detta visade sig vara allvarligt felaktigt, dock, eftersom vit fosfor faktiskt är mycket giftig – en dödlig dos är bara 1 mg per kilo kroppsmassa. Det slutade med att patienterna förgiftades som ett resultat.

Bärare av liv och död

Ändå, Fosfor är biologiskt livsviktigt. Den genomsnittliga människokroppen innehåller cirka 0,5 kg fosfor, det mesta i form av fosfat för att göra ben och tänder starka. Fosfor håller också på ett avgörande sätt DNA- och RNA-molekyler - ryggraden i dessa långkedjeliknande strukturer innehåller två fosfatgrupper per par nukleinbaser. Utan fosfor, det är svårt att föreställa sig något slags liv alls.

Livsmedel som är rika på fosfor inkluderar olika kött, skaldjur, linser, bönor, nötter och frön. I andra änden av spektrumet, vit fosfor användes länge i råttgift. Ännu mer extrem, kemiska krigföringsmedel Sarin och VX är fosforföreningar. Sarin, till exempel, är 21 gånger mer dödlig än kaliumcyanid. Det är ett bra exempel på hur element som förekommer i olika former kan ha både väldigt olika utseende och biologiska effekter.

Fosfor har många andra positiva egenskaper. Tillsammans med kväve, fosfater utgör grunden för de gödningsmedel som används i stor utsträckning inom jordbruket. Det finns ingen ersättning för fosfor i denna roll; det kan inte ersättas av något annat element i växter.

Detta väcker ett viktigt problem. Tillgången av fosfatberg – den enda större fosformalmen – är begränsad. Så pass att fosfor har listats bland de "utrotningshotade grundämnena" där det finns risk för framtida tillförsel. Problemet är att den fosfor som används som gödningsmedel hamnar löst i floder och hav som lösligt fosfat, så småningom blir sediment. För närvarande finns det inget ekonomiskt lönsamt sätt att återvinna det, och forskare förutspår en brist inom cirka 30 till 40 år.

Detta pekar på behovet av att utveckla fosforåtervinning, helst vid den tidpunkt innan den blir mycket utspädd i våra vattenströmmar. Så hur kunde detta göras? Människor konsumerar 3 miljoner ton mer fosfor än de behöver varje år, som så småningom utsöndras som urin och avföring. Att återvinna fosfor från mänskligt avfall kanske inte låter som en särskilt upplyftande strävan, men det blir ett guldägg för den som hittar ett sätt att göra det på.

Detta väcker en intressant punkt. Det är frestande att med nöje titta på hur Brand hittade fosfor i hinkar med urin. Det kan visa sig att med 350 år i efterhand, han fokuserade faktiskt på exakt den bästa platsen trots allt.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.