Hän halusi muuttaa virtsan kullaksi ja löysi lopulta ensimmäisen puhtaan kemiallisen alkuaineen: fosforin. Kerromme teille historian inhottavimmasta ja absurdeimmasta kokeesta, joka sai alkemisti Henning Brandin keräämään yli 5000 litraa virtsaa naapureiltaan ja lopulta loi perustan modernille kemialle ja mullisti maatalouden.
Sisällysluettelo
Haju hänen kellaristaan oli niin voimakas, että naapurit alkoivat valittaa. Hennig Brand työskentelee laboratoriossaan. Hän keittää virtsaa viikkojen ajan alkemistisen reseptin mukaan, jonka on tarkoitus muuttaa ”munuaisten kulta” oikeaksi kullaksi. Mutta se, mitä hän tislaa, ei ole kultaa, vaan salaperäinen aine, joka hohtaa pimeässä aavemaisella valolla ja palaa joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa. Halutessaan sitä, Brandista tuli ensimmäinen ihminen, joka eristi puhtaan kemiallisen alkuaineen menetelmillä, jotka ennakoivat nykyaikaista tiedettä.
Kun alkemia oli arvostettua
Brandin sattumanvaraisen saavutuksen merkityksen ymmärtämiseksi on palattava 1600-luvulle. Brand ei ollut huijari, vaan utelias ihminen, joka oli kiinnostunut aikansa tieteellisistä ideoista. Isaac Newton, nero, joka löysi maailmanlaajuisen painovoiman lait, omisti enemmän aikaa alkemian kuin fysiikan tutkimiseen. Hänen salaiset käsikirjoituksensa, joita on säilytetty vuosisatojen ajan Kuninkaallisessa seurassa, todistavat hänen uskonsa filosofiseen kiveen.
Brand havaitsi, että raaputtamalla hieman tätä ainetta voi sytyttää tulen. Hän oli juuri keksinyt tulitikut.
Brand syntyi noin vuonna 1630 hamburgilaisen kauppiasperheen lapsena. Pian hän kiinnostui alkemiasta. Hänen ensimmäinen vaimonsa, Margareta, jätti jälkeensä suuren myötäjäisen, jonka Brand investoi laboratoriolaitteisiin. Venetsiasta tuodut lasiset retortit, tulenkestävistä tiilistä valmistetut uunit, tarkat vaa’at…
Margaretan kuollessa vuonna 1666 Brand oli kuluttanut koko omaisuutensa alkemistisen transmutaatio-unelmansa toteuttamiseen. Mutta Brand ei luovuttanut. Hänen toinen vaimonsa Anna oli rikkaan panimomestarin leski. Heidän seurustelunsa oli kiihkeää, melkein liiketoiminnallista. ”Rakas Anna”, hän kirjoitti hänelle, ”olen ratkaisemassa salaisuutta, jota viisaat ovat etsineet tuhansia vuosia. Sinun tuellasi voimme yhdessä saavuttaa kunnian.” Heidän avioliittonsa antoi Brandille tarvittavat resurssit historian absurdeimman ja haisevimman kokeen toteuttamiseen.
Hampuri: Suuri pisuaari
Brand asetti tavoitteekseen kerätä riittävä määrä ihmisen virtsaa, jotta hän voisi eristää siitä ”kultaiset ominaisuudet”, jotka hänen mielestään siinä olivat: kulta oli keltaista, virtsa oli keltaista, joten virtsan piti sisältää kultaisia ainesosia. Tätä varten hän asensi astioita sotilaskasarmeihin, tavernoihin ja niin edelleen. 5500 litran tuoreen virtsan toimittaminen laboratorioonsa vaati vakavaa logistiikkaa. Brand palkkasi kuljettajien verkoston, laati keräysaikataulut ja kehitti jopa kemiallisen säilöntäjärjestelmän, jossa virtsaan lisättiin merisuolaa mätänemisen estämiseksi.
Brandin kehittämä prosessi alkoi virtsan käymisellä useiden viikkojen ajan, kunnes siitä alkoi lähteä voimakas haju, joka johtui bakteerien muuttamasta virtsahaposta ammoniakiksi. Sitten hän tislautti tätä kuvottavaa nestettä useita kertoja, tiivistäen vähitellen kiinteän jäännöksen tahnaksi, jota hän sitten altisti korkeille lämpötiloille.
Keksinnön synty
Muutaman kuukauden kuluttua Brand oli muuttanut alkuperäiset viisi tonnia virtsaa noin kahdeksi litraksi tiivistettyä jätettä, jonka koostumus muistutti puuroa. Kun seos kiehui uunissa, Brand havaitsi useita ilmiöitä, jotka vaikuttivat hänestä lupaavilta. Ensin ilmestyi outoja värisiä höyryjä – vihreitä, violetteja, kultaisia. Sitten alkoi tiivistyä viskoosinen neste, mutta se ei ollut sitä nestemäistä kultaa, jota Brand oli odottanut. Se oli valkeahko vahamainen aine, joka oli syntynyt kaikkien näiden ponnistelujen tuloksena ja painoi noin 120 grammaa.
Brand oli jo melkein tyytynyt epäonnistumiseensa, kun hän päätti tutkia jäähtyneen jäännöksen. Aine hehkui pimeässä sinivihreällä valolla, joka näytti tulevan sen sisältä. Brand havaitsi – vaikkakaan ei voinut tietää sitä – valkoisen fosforin hitaan hapettumisen ilman hapen vaikutuksesta, prosessin, joka vapautti energiaa näkyvän valon muodossa. Mutta Brand havaitsi myös jotain vielä huolestuttavampaa: kun hän altisti pieniä määriä ainetta ilman vaikutukselle, se syttyi itsestään kirkkaalla liekillä ja paksulla savulla. Hän huomasi, että voi käyttää tätä ainetta tulen sytyttämiseen. Hänen tarvitsi vain raaputtaa pieni määrä. Hän oli juuri keksinyt tulitikut.
Euroopan kallein salaisuus
Brand piti keksintönsä salassa kauppiaan oveluudella yrittäen myydä sen summalla, joka palauttaisi ainakin osan hänen menettämästään omaisuudesta. Hän päätti käyttää välittäjän palveluja: Johann Daniel Kraftia, joka myi värillisen lasin ja tekstiilivärien reseptejä. Brand myi koko prosessinsa Kraftille 200 taalilla ja maksoi osan veloistaan, vaikka tuolloin patentteja ei myönnetty eikä immateriaalioikeuksia suojattu. Kraft alkoi myydä fosforia eurooppalaisissa tuomioistuimissa uutuutena.
Kun uteliaisuus muuttui tieteeksi
Juuri Kraftin ansiosta englantilainen luonnontieteilijä Robert Boyle sai tietää fosforin salaisuuden. Boyle ei tyytynyt pelkästään toistamaan Brandin prosessia, vaan hän paransi sitä ja julkaisi sen, jotta muut tutkijat voisivat toistaa sen. Vuonna 1680 Boyle julkaisi Aerial noctiluca -nimisen tutkielman, jossa hän kuvasi fosforin valmistusprosessin ja antoi ensimmäisen systemaattisen tieteellisen kuvauksen sen ominaisuuksista, luoden ennakkotapauksen nykyiselle avoimelle tieteelliselle julkaisutoiminnalle.
Tulevaisuuteen suuntautuvat vaihtoehdot. Suljetuissa järjestelmissä harjoitettava vertikaalinen maatalous voi olla ratkaisu: se mahdollistaa lähes 100 %:n ravinteiden uudelleenkäytön ja kolminkertaisen tai kymmenkertaisen elintarviketuotannon samalla fosforimäärällä.
Antoine Lavoisier, aristokraattinen ranskalainen kemisti, joka menetti päänsä giljotiinissa Ranskan vallankumouksen aikana, selitti lopulta, mitä Brand oli todella löytänyt. Lavoisier osoitti, että fosfori on yksinkertainen alkuaine: perustavanlaatuinen aine, jota ei voi hajottaa. Tämä löytö tuhosi alkemistisen kosmologian. Vuosisatojen ajan alkemistit uskoivat, että kaikki metallit ovat variaatioita yhdestä ”perusaineesta” ja että ne voidaan muuttaa toisiinsa muuttamalla Aristoteleen elementtien, maan, veden, ilman ja tulen, suhteita. Mutta Lavoisier osoitti, että alkuaineet ovat muuttumattomia. Transmutaatioita ei tapahdu, koska fosfori on fosforia, rauta on rautaa, kulta on kultaa, ja piste.
Kemi, joka menetti järkensä
Lavoisier käytti Brandin fosforia yhtenä välineenä modernin kemian kehittämisessä. Hän poltti fosforia suljetuissa astioissa ja mittasi painon ennen ja jälkeen palamisen. Näiden kokeiden avulla hän muotoili massan säilymisen lain: ”Mikään ei synny, mikään ei tuhoudu, kaikki muuttuu”. Mutta Lavoisier ei ollut pelkkä kemisti, hän oli myös vihattu veronkantaja. Kun vallankumous puhkesi, 50-vuotias Lavoisier nousi mestauslavalle. Vallankumouksellinen syyttäjä totesi: ”Tasavalta ei tarvitse tiedemiehiä”.
Elämän fosfori: DNA:sta lannoitteisiin
Fosfori on elämän perusta: jokainen DNA-molekyyli kehossasi on kuin kierreportaat, joiden askelmat koostuvat typpipitoisista emäksistä ja koko rakenteen yhdistävät ”kaiteet” fosfaattiryhmistä. Mutta se ei ole vielä kaikki: ATP (adenosintrifosfaatti), kaikkien elävien solujen akku, saa energiansa fosforisidoksista, jotka katkeavat vapauttaen energiaa. Joka kerta, kun supistat lihasta tai ajattelet jotain, käytät fosforin kemiaa. Lisäksi fosforista on tullut yksi sivilisaation korvaamattomista elementeistä. Nykyaikainen maatalous on riippuvainen siitä. Fosforilannoitteet ruokkivat yli puolta maailman väestöstä. Lääketieteessä radioaktiivista fosfori-32-isotooppia käytetään syövän hoitoon.
Mutta tällä ilmiöllä on myös pimeä puoli. Organofosfaatit ovat yksi tappavimmista myrkyistä. Ensimmäisen maailmansodan aikana kehitettiin fosforipohjaisia hermokaasuja. Sarin-kaasu luotiin vahingossa, kun tutkittiin uusia hyönteismyrkkyjä. Brandin tarina paljastaa jotain syvällistä, jonka filosofi Karl Popper myöhemmin muotoili: ”Tiede kehittyy ei vahvistamalla oikeita teorioita, vaan kumoamalla virheellisiä. Virheemme ovat yhtä opettavaisia kuin menestyksemme.”
