Jis siekė paversti šlapimą auksu ir galiausiai išskyrė pirmąjį gryną cheminį elementą – fosforą. Papasakosime apie labiausiai pasibjaurėtiną ir absurdišką eksperimentą istorijoje, kuris paskatino alchemiką Hennigą Brandą surinkti daugiau nei penkis tūkstančius litrų šlapimo iš savo kaimynų ir galiausiai padėjo pamatus šiuolaikinei chemijai bei revoliucionizavo žemės ūkį.
Iš jo rūsyje sklindantis kvapas yra toks stiprus, kad kaimynai pradėjo skųstis. Hennig Brand dirba savo laboratorijoje. Jis jau kelias savaites virina šlapimą, laikydamasis alchemijos recepto, kuris turėtų paversti „inkstų auksą“ tikru auksu. Tačiau jis distiliuoja ne auksą, o paslaptingą medžiagą, kuri tamsoje šviečia vaiduokliška šviesa ir degina susilietusi su oru. Netyčia Brandas tapo pirmuoju žmogumi, išskyrus gryną cheminį elementą, naudodamas metodus, kurie pralenkia šiuolaikinę mokslą.
Kai alchemija buvo gerbiama
Norėdami suprasti Brando atsitiktinio pasiekimo svarbą, turime grįžti į XVII amžių. Brandas nebuvo šarlatanas, bet smalsus žmogus, domėjęsis to meto mokslinėmis idėjomis. Genijus Izaokas Niutonas, atradęs visuotinės gravitacijos dėsnius, daugiau laiko praleido studijuodamas alchemiją nei fiziką. Jo slaptieji rankraščiai, kuriuos Karališkoji draugija slėpė šimtmečius, rodo, kad jis tikėjo filosofo akmeniu.
Brandas atrado, kad vos šiek tiek nuskausdamas šią medžiagą gali sukelti gaisrą. Jis ką tik išrado degtukus.
Brandas gimė apie 1630 m. Hamburgo pirklių šeimoje. Jis greitai susidomėjo alchemija. Jo pirmoji žmona Margaretha į santuoką atsinešė didelę kraitį, kurią jis investavo į laboratorinę įrangą. Iš Venecijos importuotos stiklinės retortos, ugniai atsparios plytų krosnys, tikslieji svarstyklės…
Kai 1666 m. mirė Margaretha, Brandas buvo išleidęs visą savo turtą siekdamas alcheminės transmutavimo chimeros. Tačiau Brandas nepasidavė. Jo antroji žmona Anna buvo turtingo aludario našlė. Pasiūlymas susituokti buvo greitas, beveik kaip verslo pasiūlymas. „Mano brangioji Anna“, – rašė jis jai, – „aš esu ant slenksčio atskleisti paslaptį, kurios mokslininkai ieškojo tūkstančius metų. Su tavo pagalba mes galime kartu pasiekti šlovę.“ Ši santuoka suteikė Brandui išteklių, kurių jam reikėjo, kad galėtų imtis absurdiškiausio ir smirdančio eksperimento istorijoje.
Hamburgas: didysis pisuaras
Brandas ėmėsi rinkti pakankamai žmogaus šlapimo, kad išgautų „auksines savybes“, kurios, jo įsitikinimu, buvo jame – auksas buvo geltonas, šlapimas buvo geltonas, todėl šlapime turėjo būti auksinių esencijų. Šiam tikslui jis įrengė talpyklas karinėse kareivinėse, smuklėse… 5500 litrų šviežio šlapimo transportavimo į jo laboratoriją problema reikalavo įspūdingos logistikos. Brandas pasamdė vežėjų tinklą, nustatė surinkimo grafikus ir netgi sukūrė cheminę konservavimo sistemą, pridėdamas jūros druskos, kad išvengtų puvimo.
Nerimą keliantis pikas
Fosforas yra būtinas ir nepakeičiamas išteklius maisto gamybai, nes jis naudojamas fosfato trąšose. Šiandien susiduriame su „fosforo piku“ – tašku, kai pasaulinė paklausa viršys naujų telkinių gavybos pajėgumus. Kadangi žemės ūkyje fosforo pakeisti niekuo neįmanoma, šis pikas gali sukelti maisto kainų šuolį ir geopolitines įtampas, nes didžioji dalis atsargų yra sutelkta keliose šalyse, pavyzdžiui, Maroke. Tačiau yra ir vilties. Mokslininkai kuria metodus, kaip gauti fosforą iš netradicinių šaltinių: iš nuotekų, iš kaulų pelenų.
Brando sukurtas procesas prasidėjo nuo kelias savaites trukusio šlapimo fermentavimo, kol jis įgavo intensyvų kvapą, kuris atitinka bakterijų vykdomą karbamido konversiją į amoniaką. Tada jis pakartotinai distiliavo šį blogo kvapo skystį, palaipsniui koncentruodamas kietas liekanas, kol gavo pastą, kurią veikė aukšta temperatūra.
Atradimo naktis
Po kelių mėnesių Brandas penkias tonas šlapimo sumažino iki maždaug dviejų litrų koncentruotų likučių, kurių konsistencija buvo panaši į košę. Kai mišinys burbuliuodamas kunkuliavo krosnyje, Brandas pastebėjo keletą reiškinių, kurie jam atrodė daug žadantys. Pirmiausia, keistos spalvos garai – žali, violetiniai, auksiniai. Tada klampus skystis pradėjo kondensuotis, bet tai nebuvo tas skystas auksas, kurio Brandas tikėjosi. Tai buvo balkšva, vaškinė medžiaga, apie 120 gramų medžiagos, gautos po visų tų pastangų.
Brand jau buvo pasiruošęs pripažinti savo nesėkmę, kai nusprendė ištirti atvėsusius likučius. Medžiaga tamsoje švytėjo mėlynai žalia šviesa, kuri atrodė sklindanti iš vidaus. Brand stebėjo – nors tuo metu to nežinojo – lėtai oksiduojantis baltąjį fosforą, kuris, veikiant oro deguoniui, išskiria energiją matomos šviesos pavidalu. Tačiau Brandas pastebėjo ir dar labiau nerimą keliančią savybę: kai nedidelis kiekis medžiagos buvo veikiamas oro, ji savaime užsidegė ryškia liepsna, kuri sukėlė tirštą dūmą. Jis atrado, kad šią medžiagą galima naudoti ugnies uždegimui. Jam reikėjo tik nuskusti nedidelį kiekį. Jis ką tik išrado degtukus.
Brangiausia Europos paslaptis
Brandas savo atradimo paslaptį saugojo su prekybininko gudrybe, kad galėtų jį parduoti už sumą, kuri bent iš dalies padengtų jo patirtas išlaidas. Jis nusprendė pasinaudoti tarpininku – vokiečių prekybininku Johannu Danieliu Kraftu, kuris pardavinėjo spalvoto stiklo, tekstilės dažų receptūras… Brandas pardavė visą savo procesą Kraftui už 200 talerių ir iš dalies padengė savo skolas, nors tuo metu patentai nebuvo suteikiami ir intelektinė nuosavybė nebuvo saugoma. Kraftas pradėjo prekiauti fosforu Europos teismuose kaip kuriozu.
Kai kuriozas tapo mokslu
Būtent per Kraftą anglų gamtos filosofas Robertas Boyle’as sužinojo apie fosforo paslaptį. Boyle’as neapsiribojo Brand proceso atkartojimu, jis jį patobulino ir paskelbė, kad kiti tyrėjai galėtų jį pakartoti. 1680 m. Boyle išleido traktatą „Aerial Noctiluca“, kuriame aprašė fosforo gamybos procesą ir pateikė pirmąjį sistemingą mokslinį jo savybių aprašymą, sukūręs precedentą tam, kas vėliau tapo šiuolaikine atviros mokslinės publikacijos praktika.
Antoine Lavoisier, aristokratiškas prancūzų chemikas, kuris per Prancūzijos revoliuciją neteko galvos giljotinoje, buvo tas, kuris galiausiai paaiškino, ką Brandas iš tikrųjų atrado. Lavoisier įrodė, kad fosforas yra paprastas elementas: pagrindinė medžiaga, kurios negalima suskaidyti. Šis atradimas sukrėtė alchemijos kosmologiją. Šimtmečius alchemikai tikėjo, kad visi metalai yra bendros „žaliavos“ variantai ir kad vieną galima paversti kitu, keičiant Aristotelio elementų – žemės, vandens, oro, ugnies – proporcijas. Tačiau Lavoisier įrodė, kad elementinės medžiagos yra nekintamos. Transformacijos nebuvo, nes fosforas buvo fosforas, geležis buvo geležis, auksas buvo auksas, ir taškas.
Chemikas, kuris prarado galvą
Lavoisier naudojo Brando fosforą kaip vieną iš savo įrankių, kurdamas modernią chemiją. Jis degino fosforą uždaruose induose ir matavo svorį prieš degimą ir po jo. Šie eksperimentai leido jam suformuluoti masės išsaugojimo dėsnį: „Nieko nesukuriama, nieko nesunaikinama, viskas transformuojama.“ Tačiau Lavoisier buvo ne tik chemikas, bet ir nekenčiamas mokesčių rinkėjas. Kai prasidėjo revoliucija, 50 metų amžiaus Lavoisier buvo nuteistas mirties bausme giljotina. Revoliucijos prokuroras paskelbė: „Respublika neturi poreikio mokslininkams.“
Gyvybės fosforas: nuo DNR iki trąšų
Fosforas yra gyvybės esmė: kiekviena DNR molekulė jūsų organizme yra tarsi spiraliniai laiptai, kurių pakopos sudarytos iš azoto bazių, o visą struktūrą laikančios „turėklos“ – iš fosfato grupių. Bet yra ir daugiau: ATP (adenozintrifosfatas), visų gyvų ląstelių baterija, savo galią skolinga fosforo jungtims, kurios suskaidomos, kad išlaisvintų energiją. Kiekvieną kartą, kai susitraukiate raumenį ar apie kažką galvojate, naudojate fosforo chemiją. Be to, fosforas tapo vienu iš nepakeičiamų civilizacijos elementų. Šiuolaikinė žemės ūkio gamyba priklauso nuo jo. Fosfatiniai trąšos maitina daugiau nei pusę pasaulio gyventojų. Medicina radioaktyvųjį izotopą fosforą-32 naudoja vėžio gydymui.
Tačiau jis turi ir tamsiąją pusę. Organofosfatai yra vieni iš mirtiniausių nuodų. Pirmojo pasaulinio karo metu vokiečiai sukūrė fosforo pagrindu pagamintus nervų dujas. O naciai, tyrinėdami naujus insekticidus, atsitiktinai sukūrė zarino dujas. Brando pasakojimas atskleidžia kažką gilaus, ką vėliau išreiškė filosofas Karlas Popperis: „Mokslas pažengia ne tikrinant teisingas teorijas, bet ir paneigiant klaidingas. Mūsų klaidos yra tokios pat pamokomos kaip ir mūsų sėkmės.“
