Como se descobriu a destilar urina?
Em 1669, o alquimista de Hamburgo Hennig Brand procurava a pedra filosofal. O seu raciocínio partia da cor: a urina é dourada, logo talvez contenha ouro.
Reuniu uma quantidade considerável — as crónicas falam de mais de mil litros —, deixou-a fermentar durante dias, evaporou-a até obter um resíduo pastoso e aqueceu-o ao rubro numa retorta. Da destilação saiu um vapor branco que condensou sob água numa substância cerosa.
A substância brilhava no escuro. Brand chamou-lhe fósforo, do grego phosphoros, portador de luz.
Não era ouro, mas era o primeiro elemento descoberto em tempos históricos por uma pessoa identificável. O ouro, o ferro ou o enxofre conheciam-se desde a antiguidade sem descobridor.
O rendimento era ínfimo e a fonte explica-o: a urina contém fosfato proveniente do metabolismo ósseo. Décadas mais tarde verificou-se que os ossos eram matéria-prima muito melhor, e no século XIX passou-se à rocha fosfática.
⚠️ O brilho que deu nome ao elemento não é fosforescência no sentido técnico moderno. É quimioluminescência: o fósforo branco oxida-se lentamente na presença de ar húmido e a reação emite luz.
O que distingue o fósforo branco do vermelho?
A geometria, e as consequências são extremas.
O fósforo branco consiste em moléculas P₄ tetraédricas. Cada átomo liga-se aos outros três, o que força ângulos de ligação de 60 graus. O ângulo natural para as orbitais envolvidas estaria perto dos 100 graus, pelo que a molécula está muito tensionada.
Essa tensão armazena energia e torna-o extraordinariamente reativo. Inflama-se espontaneamente no ar acima de cerca de 30 °C, motivo pelo qual se armazena sob água. É além disso muito tóxico: a dose letal ronda o miligrama por quilograma, e provoca necrose óssea.
O fósforo vermelho obtém-se aquecendo o branco a cerca de 250 °C na ausência de ar. Os tetraedros abrem-se e ligam-se formando cadeias poliméricas. Sem tensão e sem moléculas discretas, o material é estável ao ar, não arde espontaneamente e não é tóxico por ingestão.
Existem ainda o fósforo negro, a forma termodinamicamente mais estável, com estrutura lamelar parecida com a da grafite e semicondutora, e o fósforo violeta, outra variante polimérica.
Que um mesmo elemento passe de veneno pirofórico a material de uso doméstico através de uma mudança de estrutura é um dos exemplos mais claros de que a química não depende apenas de que átomos existem, mas de como estão dispostos.
Por que é que a vida depende do fosfato?
Porque o grupo PO₄³⁻ faz algo que nenhum outro grupo funcional consegue tão bem: unir duas coisas de forma estável e ao mesmo tempo desmontável.
No ADN e no ARN, os fosfatos formam as ligações fosfodiéster que unem um açúcar ao seguinte. Cada fosfato conserva uma carga negativa depois de formar as duas ligações, o que mantém a molécula solúvel e, sobretudo, a retém dentro da membrana celular: uma molécula carregada não atravessa uma bicamada lipídica.
No ATP, três fosfatos encadeiam-se. As suas cargas negativas repelem-se, pelo que quebrar a última ligação liberta energia aproveitável. O ATP não é um armazém de energia a longo prazo mas uma moeda de troca: uma célula humana recicla o seu próprio peso em ATP ao longo de um dia.
Nas membranas, os fosfolípidos têm uma cabeça de fosfato hidrófila e duas caudas hidrocarbonadas hidrófobas. Essa dualidade faz com que se organizem espontaneamente em bicamadas.
Na regulação, acrescentar um fosfato a uma proteína muda a sua forma e a sua atividade. As cinases fosforilam e as fosfatases desfosforilam; esse interruptor governa boa parte da sinalização celular.
Como funcionam realmente os fósforos?
O fósforo moderno separa os dois ingredientes da reação, e essa separação é o que o torna seguro.
A cabeça contém clorato de potássio como oxidante, enxofre ou um sulfureto como combustível, vidro moído como abrasivo e um aglutinante. Por si só não se acende com facilidade.
A faixa da caixa contém fósforo vermelho misturado com vidro moído. Ao riscar, o atrito gera calor suficiente para converter localmente algum fósforo vermelho em fósforo branco, que se inflama de imediato. Essa faísca acende o clorato da cabeça, e a reação propaga-se à madeira.
Os fósforos anteriores a 1844 levavam fósforo branco na própria cabeça. Acendiam-se ao serem riscados contra qualquer superfície, o que era cómodo e perigoso, e sobretudo adoeciam quem os fabricava. A necrose mandibular por exposição ao fósforo branco, conhecida como phossy jaw, afetou gravemente as operárias das fábricas britânicas e provocou a greve das fosforeiras de Londres em 1888. Uma convenção internacional proibiu o fósforo branco em fósforos em 1906.
Por que preocupa o abastecimento?
Porque o fósforo não tem substituto nem fonte renovável.
O azoto agrícola pode ser fabricado a partir do ar pelo Haber-Bosch. O fósforo não: não há fósforo na atmosfera. Todo o que se usa provém de rocha fosfática extraída de minas, um recurso finito.
As reservas estão além disso muito concentradas. Marrocos e o Sara Ocidental albergam cerca de 70 % das reservas mundiais identificadas, seguidos a grande distância pela China, o Egito e a Argélia. Essa concentração é maior do que a do petróleo no seu momento de concentração máxima.
O fósforo aplicado como fertilizante também não se recupera. Uma parte é absorvida pela cultura e chega à mesa; o resto é lavado para rios e lagos, onde contribui para a eutrofização juntamente com o azoto. O que chega à alimentação acaba em águas residuais.
Daí o interesse crescente pela recuperação de fosfato em estações de tratamento, onde pode ser precipitado como estruvite e devolvido ao campo. É hoje uma tecnologia madura mas de implantação desigual, porque o fosfato mineral continua a ser mais barato.