Photpho: tìm ra từ nước tiểu, và không có gì thay được trong phân bón

Hennig Brand tìm ra photpho từ nước tiểu

Năm 1669, Hennig Brand tin rằng nước tiểu có thể chứa hòn đá triết học, vật biến được chì thành vàng. Brand là cựu sĩ quan quân đội Đức chuyển sang làm giả kim. Lý do ông tin như vậy rất đơn giản, là nước tiểu có màu vàng.

Ông cho khoảng 5.700 lít nước tiểu bốc hơi thành dạng sệt, nung lên thật nóng, rồi dẫn hơi qua nước. Cuối cùng thu được chừng 120 gam chất sáp trắng, không ra vàng, nhưng phát ánh sáng xanh nhạt liên tục trong bóng tối.

Brand đặt tên photpho theo tiếng Latin là phosphorus, nghĩa là "kẻ mang ánh sáng", vốn là tên sao Mai trong thần thoại Hy Lạp. Chữ lân quang (phosphorescence) cũng lấy từ tên photpho, nhưng lại là chuyện khác. Vật dạ quang nhả lại ánh sáng đã hấp thụ, còn photpho thì đang cháy chậm với oxy trong không khí.

Photpho trắng tự bốc cháy, photpho đỏ thì không

Photpho trắng tự bốc cháy trong không khí ở khoảng 30 °C, thấp hơn nhiều buổi trưa nắng ở Sài Gòn. Vì thế mẫu photpho trắng nào cũng phải nằm ngập trong nước.

Cũng nguyên tử photpho nhưng xếp theo cách khác thì ra photpho đỏ. Loại này phải nung tới khoảng 300 °C mới bắt lửa, và cầm tay được bình thường. Que diêm đầu tiên giữa thế kỷ 19 dùng photpho trắng ngay trên đầu que, tiện vì bắt lửa quá dễ, và nguy hiểm cũng vì đúng lý do đó.

Người trả giá lại là công nhân xưởng diêm, không phải người dùng diêm. Họ phần lớn là phụ nữ và trẻ em, hít hơi photpho trắng suốt ngày. Nhiều người bị hoại tử xương hàm, chứng bệnh nghề nghiệp thời đó gọi thẳng là "hàm photpho". Cuộc đình công của các nữ công nhân làm diêm ở Luân Đôn năm 1888 đưa chuyện này ra ánh sáng.

Từ 1872–1925, các nước lần lượt cấm diêm dùng photpho trắng. Một công ước quốc tế ký sau hội nghị Berne năm 1906 biến lệnh cấm thành luật chung. Diêm an toàn ngày nay tách hẳn hai thành phần. Photpho đỏ nằm ở vỏ hộp, hoá chất mồi lửa nằm trên đầu que, chỉ gặp nhau khi có người quẹt.

Photpho làm gì trong cơ thể người

Nguyên tử photpho có năm electron ở lớp ngoài cùng, đủ để nối cùng lúc với nhiều nguyên tử khác. Trong cơ thể sống, photpho gần như luôn xuất hiện kèm bốn nguyên tử oxy thành nhóm photphat, và nhóm này làm hai việc quan trọng nhất.

Nhóm photphat làm bộ khung của DNA. Nếu hình dung DNA là cái thang xoắn, thì hai thanh dọc là photphat xen kẽ với đường, còn các bậc thang là những cặp base. Nhóm photphat cũng nằm trong ATP, phân tử mọi tế bào dùng để chuyển năng lượng. Chữ P cuối trong tên ATP là photphat.

Một người trưởng thành mang khoảng 700 gam photpho, 85–90% nằm trong xương và răng. Nhu cầu mỗi ngày là chừng 700 mg, và với chế độ ăn bình thường thì gần như không ai thiếu.

Vì sao phân bón không thể thiếu photpho

Cây trồng cần photpho đúng như con người cần. Đó là chữ P giữa ba con số N-P-K trên bao phân bón, mà người mua ở ta quen gọi là phân lân. Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ viết gọn trong mục vật liệu thay thế rằng không có chất nào thay được photpho trong nông nghiệp.

Nguồn photpho công nghiệp cũng chỉ có một, là quặng photphat đào từ lòng đất. Trước năm 1850 người ta dùng tro xương, nhưng cách đó không nuôi nổi nông nghiệp quy mô lớn. Đất cũng tự bổ sung photpho, nhưng quá chậm so với tốc độ một vụ mùa lấy đi.

Quặng này tập trung ở rất ít nước. Maroc một mình giữ khoảng 50 tỉ trong tổng 73 tỉ tấn trữ lượng của thế giới. Nhưng nước đào nhiều nhất mỗi năm lại là Trung Quốc, với chừng 110 triệu trong khoảng 250 triệu tấn đào lên năm 2025.

Quặng photphat còn dùng được bao lâu thì chưa ai chốt. Nhiều nghiên cứu trước đây ước tính 50–100 năm. Lấy trữ lượng của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ chia cho sản lượng hiện nay thì ra gần 300 năm. Chính cơ quan này nói không có nguy cơ thiếu hụt trước mắt.

Photpho thừa làm hồ chết như thế nào

Photpho bón xuống ruộng không ở yên đó. Mưa cuốn phần dư ra kênh rạch rồi xuống sông hồ, và ở đó photpho vẫn thúc cây lớn đúng như ngoài ruộng.

Cây được thúc lớn ở đây là tảo. Tảo nở bùng thành thảm dày, chắn hết ánh sáng nên cây cỏ và rong bên dưới ngừng quang hợp. Rồi tảo chết, vi khuẩn phân huỷ xác tảo và ngốn nốt lượng oxy hoà tan còn lại. Cá chết theo, hồ thành vũng nước đục không còn gì sống.

Cảnh váng xanh phủ mặt ao, mặt hồ mùa hè ở ta cũng là chuyện này. Vì thế nhiều nước đã cấm photphat trong bột giặt. Tính chất giúp cây lớn ngoài ruộng cũng là tính chất giết chết cái hồ ở cuối dòng chảy.

5 điều cần nhớ về photpho

1. 1 Photpho là nguyên tố đầu tiên được phát hiện có ghi chép rõ ràng, năm 1669, từ nước tiểu.
2. 2 Photpho trắng tự bốc cháy ở khoảng 30 °C; photpho đỏ phải tới 300 °C.
3. 3 Không có chất nào thay thế được photpho trong nông nghiệp, và nguồn duy nhất là quặng photphat.
4. 4 Maroc nắm khoảng 50 trong 73 tỉ tấn trữ lượng photphat của thế giới.
5. 5 Photpho thừa chảy xuống sông hồ làm tảo nở hoa và rút sạch oxy của nước.

Khối lượng nguyên tử theo CIAAW/IUPAC 2021; các giá trị còn lại từ PubChem (NCBI/NIH). Số liệu nóng chảy và sôi trong bảng khớp với giá trị đổi từ Kelvin của Wikipedia. Chuyện Hennig Brand, gốc tên, và hai dạng trắng đỏ theo Royal Society of Chemistry và các trang tổng hợp dẫn Chemistry of the Elements của Greenwood và Earnshaw. Chuyện hàm photpho, cuộc đình công năm 1888 và các mốc cấm diêm photpho trắng theo các trang tổng hợp dẫn nguồn gốc, cũng là nguồn cho lượng photpho trong cơ thể và vai trò trong DNA, RNA, ATP. Nhu cầu mỗi ngày theo U.S. Institute of Medicine. Câu về vật liệu thay thế, trữ lượng, sản lượng và nhận định không có nguy cơ thiếu hụt trước mắt theo USGS, Mineral Commodity Summaries 2026. Ước tính 50–100 năm và phản bác về trữ lượng của Maroc theo Edixhoven và cộng sự, Earth System Dynamics 2014; hai phe chênh nhau vài trăm năm và chưa phe nào đưa ra được con số kiểm chứng độc lập được. Cơ chế phú dưỡng theo Royal Society of Chemistry. Đối chiếu lại lần cuối 10/09/2026.