结构
这不是环上点阵的示意图，而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号，这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示磷在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源：IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值，而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 107 pm — that is 0.107 nm, so about 4673 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
磷 is liquid over a 236 K window, from 317 K to 554 K.
故事
DNA、RNA和ATP的重要组成元素。在黑暗中发光（白磷）。
磷是人类已知由个人分离出的第一个元素，分离者是德国炼金术士 Hennig Brand，时间为 1669 年。这一发现故事涉及尿液、制造黄金的失败尝试，以及一次最终彻底改变人类对生命本身理解的意外突破。
17 世纪的欧洲，炼金术正逐渐转变为早期化学，但将贱金属变成黄金的梦想仍然驱使着许多研究者。汉堡商人兼业余炼金术士 Hennig Brand（约 1630-1692 年）认为，由于人类尿液呈金黄色，他可以从中提取黄金。
Brand 曾是一名士兵，后来成为商人，已经把第一任妻子的财产花在了炼金术实验上。妻子去世后，他娶了一位富有的寡妇，她的钱资助了他继续研究。到 1669 年，Brand 已经按照早期炼金术士的配方，用尿液蒸馏进行了数年的实验。
决定性实验（1669 年）： Brand 收集了大约 50 桶人类尿液，并让其腐败数日。随后，他将尿液煮成浓稠的糖浆状物，把残留物放入蒸馏瓶中加热，并在高温下蒸馏混合物。
1669 年的一个夜晚，Brand 的实验产生了完全出乎意料的东西——一种蜡状白色物质，在黑暗中发光，并能在空气中自发燃烧。
Brand 的记述：“我观察到接收器中有东西在发光。当我把它取出时，发现那是一种白色的蜡状物质，能够自行发光，并且可以保存在水下。”
过程： Brand 在不知情的情况下，通过还原尿液中的骨磷酸盐，首次分离出了单质磷：
2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C → P₄ + 6CaSiO₃ + 10CO
腐败尿液中的有机物提供了还原磷酸盐化合物所需的碳，生成了白磷蒸气，并在他的装置中凝结。
Brand 的发现在欧洲科学界引起了轰动。这种发光物质似乎违背了自然法则，引发了科学兴趣，也引起了对超自然现象的猜测。
Johann Kunckel（1676 年）：德国化学家证实了 Brand 的发现，并改进了生产方法
Robert Boyle（1680 年）：英国科学家独立重新发现了磷，并将其介绍给英国皇家学会
Gottfried Leibniz（1677 年）：著名哲学家将磷描述为“奇迹般的物质”
秘密配方： Brand 起初对方法保密，希望从这项发现中获利。他以极高的价格出售少量磷——按今天的货币价值计算，每克相当于数千美元。
尽管 Brand 试图保守秘密，生产磷的知识还是逐渐传遍了欧洲科学界。
德国玻璃工匠和化学家，改进了 Brand 的工艺。Kunckel 于 1678 年发表了第一份关于制备磷的详细描述，帮助确立了磷作为真正化学发现的地位，而不是炼金术骗局。
Robert Boyle（1627-1691 年）英国化学家和英国皇家学会创始成员。Boyle 于 1680 年独立发现了磷，并首次系统研究了它的性质。他创造了许多沿用至今的术语，并确立了磷作为真正化学元素的地位。
Andreas Marggraf（1709-1782 年）德国化学家，于 1740 年首次证明磷可以从骨骼中提取，而不仅仅是从尿液中提取。这一发现使磷的生产更加实用，也减少了令人不适的原料使用。
在发现磷后的一个多世纪里，磷的真正本质仍然神秘莫测。早期化学家难以理解它的性质和组成。
1680 年：Boyle 证明磷是元素，而不是化合物
1740 年：Marggraf 在骨骼和动物组织中发现磷
1769 年：Johan Gahn 和 Carl Wilhelm Scheele 分离出磷酸
1777 年：Antoine Lavoisier 在其新的化学命名法中证明磷是元素
1844 年：Jöns Jacob Berzelius 测定了磷的原子量
1865 年：英国开始首次商业化生产磷
1830 年代摩擦火柴的发展创造了对磷的首次重大商业需求，并推动了工业规模的生产。
1827 年：John Walker 使用白磷发明了摩擦火柴
1845 年：Anton von Schrötter 发现了红磷，它用于火柴生产时更加安全
1855 年：欧洲和美国建立了第一批磷工厂
工人健康危机：白磷火柴工厂导致了“磷毒性颌骨坏死”——一种影响工人的可怕骨骼疾病。这促成了推动使用更安全的红磷火柴的国际运动，并最终导致白磷火柴被禁止。
人们对磷生物学重要性的认识，是通过 19 世纪和 20 世纪的生物化学研究逐步形成的。
1869 年：Friedrich Miescher 从富含磷的白细胞细胞核中分离出“核素”（DNA）
1919 年：Phoebus Levene 确认磷是 DNA 结构的基本组成成分
1929 年：Karl Lohmann 发现 ATP（三磷酸腺苷）是细胞的能量货币
1953 年：Watson 和 Crick 的 DNA 结构揭示了磷在遗传信息中的作用
1961 年：Peter Mitchell 的化学渗透理论解释了涉及磷的 ATP 合成
从 Brand 在腐败尿液中的意外发现，到我们如今对磷作为生命必需元素的理解，这段历史代表了化学领域最非凡的历程之一。
Brand 难以想象的遗产：这位试图从尿液中寻找黄金的汉堡商人，意外发现了使所有生命成为可能的元素。每个 DNA 分子、每次 ATP 能量传递、每块骨骼和每颗牙齿都含有磷——这使 Hennig Brand 在 1669 年的发现可以说是人类历史上生物学意义最重大的发现。
应用
磷是名副其实的生命元素，对DNA、ATP能量传递和骨骼形成至关重要。磷的工业应用涵盖农业到先进材料等领域，使其成为地球上最具战略重要性的元素之一。
磷是NPK肥料中的“P”，对植物生长和全球粮食安全绝对不可或缺。现代农业消耗了开采磷的85%，支撑着80亿人的粮食生产。
磷酸生产：磷矿石（Ca₁₀(PO₄)₆F₂）与硫酸反应生成磷酸（H₃PO₄），这是磷酸盐肥料的基础。
Ca₁₀(PO₄)₆F₂ + 10H₂SO₄ + 20H₂O → 10CaSO₄·2H₂O + 6H₃PO₄ + 2HF
主要磷酸盐肥料全球影响：磷酸盐肥料使作物产量提高30-50%，推动了现代集约化农业的发展。没有磷肥，全球粮食生产只能供养当前人口的一半。
从能量储存到遗传信息传递，磷化合物对生命过程都至关重要。医学应用利用这些生物学作用来实现治疗目的。
磷的反应性和独特化学性质，使其能够广泛应用于阻燃剂、半导体加工等工业领域。
磷系阻燃剂通过气相和凝聚相机制发挥作用，为聚合物和纺织品提供卓越的防火保护。
有机磷化合物可为汽车和工业润滑剂提供极压保护和抗磨损性质。
高纯度磷化合物在半导体制造和电子材料中发挥着关键作用。
磷化氢气体（PH₃）：计算机芯片制造中用于硅晶圆的N型掺杂剂。磷原子取代晶格中的硅，为导电性提供自由电子。
离子注入：加速至1-200 keV的磷离子穿透硅晶圆，为晶体管和二极管形成精确控制的掺杂分布。
磷的自燃性和剧烈燃烧特性，使其在军事和特殊领域具有重要价值。
磷是众多行业中大量特种化学品的重要构建单元。
磷影响着人类生活的方方面面，往往难以察觉，却始终不可或缺。从我们食用的食物到使用的技术，磷化合物使现代生活成为可能。
磷构成遗传物质的骨架，储存并传递遗传信息
ATP（三磷酸腺苷）为所有细胞过程储存并释放能量
人体内85%的磷以磷酸钙晶体的形式存在于骨骼中，为骨骼提供强度
磷脂形成细胞膜屏障，控制物质进出细胞
成年人每日所需的磷
磷占体重的比例（普通成年人约为1.4磅）
储存在骨骼和牙齿中的人体磷比例
每个细胞每秒循环利用的ATP分子数
你的身体含有约780克磷，足以制成38,000根安全火柴！每秒钟，你的细胞会生成并分解100亿个ATP分子，每天循环利用相当于你体重总量的ATP。没有磷，就不会有我们所知的地球生命。
来源
1050 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 91% of elements
按重量计，磷约占地壳的 0.1%，是丰度最高的第11种元素。与许多元素不同，磷因反应性极强，在自然界中从不以纯金属形式存在，而只存在于氧化态化合物中。
磷在自然界中以磷酸盐矿物的形式存在，主要分布于沉积地层中。这些地层形成于古代海洋环境，那里有机物经过数百万年积累并 fossilized。
所有开采磷的主要来源，通式为 Ca₁₀(PO₄)₆(F,Cl,OH)₂：
全球储量： 含磷灰石矿物的磷矿石达700亿吨
鸟类和蝙蝠粪便的积累会形成富含磷的矿床：
历史意义： 秘鲁的鸟粪矿床价值极高，甚至引发了太平洋战争（1879-1884）
由原生磷酸盐风化和蚀变形成：
磷的宇宙起源可追溯至大质量恒星在演化末期的核炉。该元素通过恒星核心中的氧燃烧和硅燃烧过程形成。
主要过程： ²⁸Si + α → ³²S → ³¹P + p（质子发射）
次要过程： ³⁰Si + p → ³¹P + γ（伽马射线）
当大质量恒星（>8个太阳质量）以超新星形式爆炸时，会将磷散布到整个星系。有趣的是，磷的产生需要非常特定的恒星条件，因此磷成为生命形成的“瓶颈”元素之一，可能限制宇宙中的生物发展。
宇宙丰度： 磷是宇宙中丰度最高的第17种元素，在恒星物质中的浓度约为每百万份7份。
磷酸盐矿床集中分布于特定地质区域，从而使全球农业和工业形成对战略资源的依赖。
储量： 500亿吨（占世界总量的71%）
形成： 白垩纪—始新世海相磷块岩
开采： OCP Group - 世界最大的磷酸盐生产商
中国储量： 32亿吨
分布： 云南、贵州、四川省
类型： 海相沉积矿床
埃及储量： 28亿吨
分布： 尼罗河谷磷块岩矿床
年代： 白垩纪地层
美国储量： 11亿吨
主要分布： 佛罗里达州 - Bone Valley Formation
次要分布： 北卡罗来纳州、爱达荷州、犹他州
磷遵循独特的生物地球化学循环，是唯一一种缺乏显著大气组分的主要营养元素，因此可能成为地球生命的限制因素。
循环时间： 完整的磷循环需要数百万年，是所有生物地球化学循环中最慢的。
海洋中约含有880亿吨溶解态磷，主要以磷酸根离子（PO₄³⁻）的形式存在。海洋生物会在组织中富集磷，死亡后形成富含磷酸盐的沉积物。
前寒武纪（距今38亿-5.4亿年）： 原始海洋中首次出现磷的积累
寒武纪（距今5.4亿-4.85亿年）： 海洋生物发育出贝壳和骨骼，开始大规模磷循环
二叠纪（距今2.99亿-2.51亿年）： 美国西部形成 Phosphoria Formation
白垩纪—古近纪（距今1.45亿-2300万年）： 北非和中东形成主要磷块岩矿床
中新世（距今2300万-500万年）： 佛罗里达州的 Bone Valley Formation 形成美国主要磷矿储量
磷峰值： 科学家估计，高品质磷矿石储量可能在2030-2040年达到峰值，从而给全球粮食安全带来潜在挑战。回收利用和提高效率对于可持续磷管理至关重要。
处理
磷的安全性因形态而异。虽然磷酸盐化合物通常安全且对生命必不可少，但元素磷（尤其是白磷）极其危险，需要专门的安全规程。
着火温度：30°C（86°F）——在空气中会自发燃烧
储存要求：必须储存在水下或惰性气氛中
中毒剂量：每千克体重仅1mg就可能致命
作用机制：干扰细胞代谢，导致多器官衰竭
⚠️ 立即危险：白磷燃烧温度可达5000°F，会穿透皮肤并在组织内部持续燃烧。如发生暴露，请立即联系急救服务。
着火温度：260°C（500°F）——比白磷安全得多
毒性：通常认为少量时无毒
用途：安全火柴、阻燃剂、烟花
预防措施：避免吸入粉尘，防止静电放电
食品级磷酸盐：获得FDA“通常认为安全”（GRAS）认定
每日摄入量：建议成年人摄入700-1000mg磷
上限：每日4000mg（肾脏负担阈值）
医疗用途：泻药、抗酸剂、静脉注射液——安全性已有充分记录
OSHA允许暴露限值：0.3 ppm（8小时时间加权平均值）
立即危及生命或健康浓度：50 ppm（立即危及生命或健康）
危险：剧毒、易燃，具有类似大蒜的气味
用途：半导体掺杂、熏蒸
防护：供气式呼吸器、气体检测系统
OSHA允许暴露限值：1 mg/m³（8小时时间加权平均值）
浓度：工业上最常见的是85%溶液
危险：对皮肤、眼睛和呼吸道有腐蚀性
所需个人防护装备：耐酸手套、面罩、防护围裙
中和：使用碳酸氢钠处理泄漏
农药安全：胆碱酯酶抑制剂——具有神经毒剂作用机制
暴露途径：经皮吸收、吸入、摄入
症状：头痛、恶心、肌肉抽搐、呼吸窘迫
解毒剂：严重病例使用阿托品和解磷定
预防：全套个人防护装备、去污程序
皮肤接触：立即浸入水中；在水下用镊子去除可见颗粒；用湿敷料覆盖
不得：让暴露部位变干；使用油性处理剂；在空气中去除颗粒
眼睛接触：用大量水冲洗30+分钟；立即就医
吸入：移离暴露源；进行氧疗；立即送往烧伤中心
疏散：将人员从污染区域转移到新鲜空气处
去污：脱去受污染衣物；用肥皂和水清洗皮肤
医疗处理：监测迟发性肺水肿；进行支持性治疗
解毒剂：无特异性解毒剂；采取对症治疗
皮肤：用水冲洗15+分钟；脱去受污染衣物
眼睛：冲洗30+分钟；不要使用中和溶液
摄入：不要催吐；如意识清醒，给予水或牛奶
泄漏：用碳酸氢钠中和；避免产生热量
• 白磷是已知最危险的化学品之一——只能由受过专门培训的人员操作
• 按照说明使用时，食品磷酸盐添加剂是安全的
• 工业磷化合物需要遵守具体的安全规程
• 操作任何磷化合物前，务必查阅安全数据表（SDS）
快速回答
磷 (symbol P) is element 15 on the periodic table, a 非金属 in period 3, group 15. Discovered by boiling down urine in search of gold, phosphorus glows in the dark and is written into every strand of your DNA. At room temperature it is a solid.
[Ne] 3s² 3p³, giving 3 occupied shells holding 2, 8, 5 electrons respectively. Its outer shell holds 5 electrons, which is what sets its bonding behaviour.磷 melts at 317.3 K (44.2 °C) and boils at 553.7 K (280.6 °C).
The standard atomic weight of 磷 is 30.974 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
磷 has a density of 1.823 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 磷 is about 1.8× heavier.
磷 has a Pauling electronegativity of 2.19. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
磷 was discovered in 1669 by Hennig Brand. It is named after greek phosphoros, "light-bearer".
磷 makes up about 0.11% of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.