Fosforo P

Il contesto scientifico dell'epoca

Fino al 1669 nessun elemento era mai stato scoperto. Oro, rame, ferro, zolfo, mercurio: l'umanità li usava da millenni, ma nessuno li aveva trovati — erano arrivati senza che qualcuno ne registrasse l'istante, come arriva il fuoco o il pane. Il fosforo è il primo elemento «scoperto» nel senso pieno della parola: non era noto agli antichi, non stava in nessun minerale conosciuto, e un giorno preciso qualcuno lo ha visto per la prima volta. Per capire quanto fosse strano quel momento bisogna ricordare cosa significava «elemento» nell'Europa del Seicento: non un tipo di atomo, ma un principio — terra, acqua, aria, fuoco per gli aristotelici, sale, zolfo e mercurio per i paracelsiani. Nessuna di queste liste prevedeva che si potesse trovarne uno nuovo. Brand non cercava un elemento, perché l'idea stessa che gli elementi si potessero cercare non esisteva ancora.

Otto anni prima, nel 1661, Robert Boyle aveva pubblicato a Londra «The Sceptical Chymist», il libro che oggi si legge come la pietra angolare della chimica moderna: una critica agli elementi degli aristotelici e ai tre principi degli alchimisti, in favore di una visione corpuscolare della materia. Ma lo stesso Boyle era un alchimista convinto: credeva possibile la trasmutazione dei metalli, la sperimentava, e nel 1688 contribuì a far abrogare la legge inglese di Enrico IV che vietava di «moltiplicare» oro e argento. È il paradosso dell'epoca in cui il fosforo compare: l'uomo che stava smontando l'alchimia dall'interno era anche uno di quelli che avrebbero inseguito con più tenacia il segreto di Brand.

L'urina non era una stravaganza di Brand: era un ingrediente ordinario dell'alchimia. Nel 1630 F. T. Kessler di Strasburgo aveva pubblicato una raccolta di quattrocento «processi chimici scelti», e fra questi c'era una ricetta per trasformare i metalli vili in argento con allume, salnitro e urina concentrata. La ricetta non funzionava, ma Brand la conosceva, e come molti prima di lui provò a combinare l'urina con altre sostanze, in centinaia di combinazioni. La logica era quella delle corrispondenze: il corpo umano produce un liquido color oro, e nel Seicento un colore non era un accidente ma un indizio. Se l'oro era nascosto da qualche parte, poteva essere lì.

L'Europa conosceva già una cosa che brillava al buio: la pietra di Bologna, un minerale che, calcinato, assorbiva la luce del giorno e la restituiva per un po' nell'oscurità. Era una meraviglia da collezione, ma aveva un limite: andava ricaricata alla luce, e il bagliore si spegneva. Quando la sostanza di Brand comparve, chi la vide notò subito la differenza: quella luce non diminuiva col tempo e non aveva bisogno di essere esposta al sole. Sembrava una «forza vitale» chiusa nella materia. È questa differenza — non il semplice brillare — a rendere il fosforo un prodigio agli occhi dei contemporanei, e a dargli un valore commerciale prima ancora che scientifico.

L'alchimia nel Seicento era anche un mestiere, con datori di lavoro e carriere. La vita di Johann Kunckel lo mostra bene: figlio dell'alchimista della corte dello Holstein, fu chimico e farmacista dei duchi di Lauenburg, poi responsabile del laboratorio dell'Elettore di Sassonia a Dresda, da cui gli intrighi lo costrinsero alle dimissioni nel 1677; insegnò chimica ad Annaberg e Wittenberg, nel 1679 diresse a Berlino il laboratorio e la vetreria del Brandeburgo, e nel 1688 il re di Svezia lo chiamò a Stoccolma, dove nel 1693 fu nobilitato. I principi pagavano gli alchimisti per la promessa dell'oro e per i prodotti concreti — vetro, smalti, medicine — che il laboratorio produceva nel frattempo. In questo mercato un segreto valeva quanto un brevetto, e si vendeva.

Brand tenne il segreto per qualche tempo, come si usava, e poi lo vendette: duecento talleri a Johann Daniel Kraft, di Dresda. Kraft non era interessato a fare oro con il fosforo ma a mostrarlo. Girò buona parte d'Europa con la sostanza luminosa, esibendola nelle corti come un fenomeno da meraviglia, e arrivò fino a Londra, dove la mostrò a Robert Boyle. È il momento in cui il fosforo passa dal laboratorio di un alchimista squattrinato alla rete delle accademie: Kraft vende lo spettacolo, non la ricetta, ma per un chimico come Boyle lo spettacolo era già un indizio.

Da qualche allusione di Kraft, Boyle aveva capito che la materia prima era l'urina, o forse le feci. Ma sapere l'ingrediente non bastava. Il suo primo assistente, Bilger, non riuscì a produrre nulla; poi Boyle assunse Johann Becher, alchimista tedesco in cerca di lavoro a Londra, che gli raccomandò un giovane connazionale, Ambrose Godfrey, arrivato nel 1679 a diciannove anni con la moglie. Nemmeno loro ci riuscirono. Becher però sapeva chi possedeva il segreto: Brand, ad Amburgo. Godfrey fu mandato a trovarlo e tornò con la chiave che mancava — il calore. Non un fuoco qualunque: temperature altissime, quelle a cui una storta di vetro rischia di spaccarsi.

Al ritorno Godfrey preparò una nuova partita di urina e scaldò tanto da spaccare la storta. Fu un fallimento, e fu la prova che erano sulla strada giusta: nel recipiente rotto Boyle vide il residuo brillare debolmente. Da quel momento produrre fosforo divenne il lavoro di Godfrey, che ci prese la mano. Il suo procedimento era lo stesso di Brand — ridurre l'urina a un residuo, scaldarlo con violenza, raccogliere il vapore che condensa — e arrivò a due prodotti: il fosforo solido, quello che oggi chiamiamo bianco, e una miscela con «olio di urina» che restava liquida a temperatura ambiente.

Intanto anche Johann Kunckel, nel 1678, era riuscito a riprodurre la sostanza per conto suo. Nel 1680 Boyle ottenne il fosforo e fece la cosa che distingue la scienza dall'alchimia: pubblicò il metodo. Non solo: migliorò il procedimento aggiungendo sabbia alla reazione, e fu il primo a usare il fosforo per accendere stecchini di legno con la punta intinta nello zolfo. Erano i progenitori dei fiammiferi, centocinquant'anni prima che qualcuno li mettesse in commercio. In undici anni il fosforo era passato da segreto d'alchimista a procedura stampata e ripetibile: è il tragitto che, in piccolo, farà tutta la chimica nel secolo successivo.

Godfrey non tornò in Germania. Dal 1707 fece del fosforo un'attività commerciale, a Londra, e fu uno dei primi e più riusciti fabbricanti d'Europa: farmacista, membro della Royal Society, inventore di una macchina brevettata per spegnere gli incendi — un'ironia per chi aveva passato la vita a maneggiare la sostanza più infiammabile che si conoscesse. Con lui il fosforo ha già la forma che terrà per due secoli: un prodotto che si compra e si vende, con un fabbricante, un prezzo e dei clienti — medici, sperimentatori, curiosi — quando ancora nessuno sapeva dire cosa fosse.

La vicenda umana

Di Hennig Brand si sa poco, e quel poco non concorda. Nacque intorno al 1630. Alcune fonti lo descrivono di origini popolari, apprendista vetraio da giovane; ma la corrispondenza della sua seconda moglie, Margaretha, lo presenta come un uomo di condizione elevata. Le due versioni non si conciliano, e non c'è un documento che le decida: il vetraio caduto in disgrazia della nota base è la versione più diffusa, non la più certa. Vale la pena tenerlo a mente per tutto il racconto che segue — il primo scopritore di un elemento è anche uno dei meno documentati.

Quello che le fonti concordano nel dire è che Brand fu ufficiale subalterno durante la Guerra dei Trent'anni, e che lasciato l'esercito poté dedicarsi all'alchimia grazie alla dote consistente della prima moglie. Quando lei morì, quei soldi erano finiti: li aveva spesi tutti nella ricerca della pietra filosofale. Sposò allora Margaretha, una vedova ricca, e con le sue risorse riprese la ricerca. È una biografia comune fra gli alchimisti del tempo: un capitale che si consuma in fornaci e vetreria, un matrimonio che lo rimpiazza. Il fosforo, quando arriva, è pagato con la dote di due donne.

La ricetta di Brand è arrivata fino a noi, ed è meno misteriosa di quanto il segreto lasciasse credere. Lasciare l'urina a riposo per giorni, finché emana un odore pungente. Farla bollire fino a ridurla a uno sciroppo denso. Scaldare finché ne distilla un olio rosso, e metterlo da parte. Lasciar raffreddare il resto, che si separa in una parte superiore nera e spugnosa e una inferiore salina. Buttare il sale, rimescolare l'olio rosso nella materia nera. Scaldare la miscela con forza per sedici ore. Escono prima fumi bianchi, poi un olio, poi il fosforo, che si fa passare in acqua fredda perché solidifichi. Sedici ore di fuoco vivo, nel Seicento, sono una spesa enorme di legna e di sonno.

Il momento della scoperta, intorno al 1669, è descritto così: Brand scalda i residui dell'urina bollita finché la storta diventa rovente, e all'improvviso fumi luminosi la riempiono e ne cola un liquido che prende fuoco appena esce. Riesce a raccoglierne in un vaso e a coprirlo; lì il liquido solidifica e continua a emettere un bagliore verde pallido. Non è una scoperta per ragionamento: è una cosa che succede davanti agli occhi, pericolosa, imprevista, e che l'uomo che la osserva ha la presenza di spirito di non lasciar bruciare. Molte scoperte della chimica successiva avranno la stessa forma — un residuo che si comporta in modo strano — ma questa è la prima.

I numeri della ricetta dicono quanto fosse inefficiente. Con circa cinquemilasettecento litri di urina Brand ottenne appena centoventi grammi di fosforo. Il sale che buttava via conteneva la maggior parte del fosfato: se avesse macinato e scaldato tutto il residuo avrebbe ricavato molte volte tanto. Un litro di urina adulta contiene circa un grammo e quattro di sali di fosforo, che corrispondono a circa un decimo di grammo di fosforo bianco: dai suoi cinquemilasettecento litri erano estraibili, in teoria, più di seicento grammi. Brand ne prese un quinto, gettando il resto per un errore di procedura che nessuno avrebbe potuto correggergli, perché nessuno sapeva cosa stesse cercando.

Quello che succedeva nella storta, Brand non poteva saperlo, ma oggi si scrive in una riga. L'urina contiene fosfati — soprattutto fosfato di sodio, il «sale microcosmico» degli alchimisti — e sostanze organiche a base di carbonio. Al calore forte, l'ossigeno del fosfato reagisce con il carbonio e se ne va come monossido di carbonio, lasciando il fosforo elementare, che esce sotto forma di gas. Il gas condensa in un liquido sotto i duecentottanta gradi e solidifica sotto i quarantaquattro, nella forma bianca. È la stessa reazione che l'industria usa ancora oggi, con la roccia fosfatica al posto dell'urina, il coke al posto delle sostanze organiche e i forni elettrici al posto del fuoco di legna: in tre secoli e mezzo è cambiato tutto tranne la chimica.

Anche il primo passo era inutile. Lasciar putrefare l'urina per giorni, finché puzza, non serve a nulla: gli scienziati venuti dopo scoprirono che l'urina fresca dà la stessa quantità di fosforo. Brand la faceva marcire perché la putrefazione, nell'alchimia, era una fase necessaria di ogni trasformazione — la materia doveva morire prima di rinascere in una forma più nobile. Il passaggio era teologia, non chimica. Ed è una delle ragioni per cui la scoperta ha impiegato tanto a diventare procedura: dentro la ricetta vera erano mescolati gesti che venivano da un'altra idea del mondo.

La chiamò «phosphorus mirabilis», il portatore di luce miracoloso. La parola greca, Φωσφόρος, era il nome del dio della stella del mattino, cioè del pianeta Venere quando compare prima dell'alba. È un nome scelto per una proprietà osservata, ed è già un piccolo atto di scienza: nessun elemento prima aveva avuto un nome che descrivesse cosa fa invece di dove sta o a chi somiglia. Ma è anche un nome che porta con sé il mito, la meraviglia, l'aggettivo «mirabilis» — e tutto questo il fosforo lo terrà per un secolo, esibito nelle corti come un'apparizione.

Brand non capì cosa aveva in mano, perché non poteva. Tenne il segreto e continuò a lavorare sul fosforo cercando di usarlo per produrre oro, senza riuscirci. Dal suo punto di vista non aveva scoperto un elemento — la parola non aveva quel significato — ma un passo intermedio: una sostanza che portava dentro la luce, e la luce era da sempre il segno dell'oro. La scoperta che oggi chiamiamo del fosforo, per l'uomo che l'ha fatta, è stata un fallimento durato anni. È l'aspetto più malinconico della storia e anche il più istruttivo: si può trovare una cosa nuova senza avere gli strumenti per sapere di averla trovata.

Non si sa nemmeno quando morì: intorno al 1692 secondo alcuni, intorno al 1710 secondo altri, con quasi vent'anni di scarto. L'immagine che quasi tutti hanno di lui è un quadro dipinto un secolo dopo, nel 1771, da Joseph Wright of Derby: «L'alchimista, in cerca della pietra filosofale, scopre il fosforo». Wright non ambienta la scena in una stanza del Seicento ma in una cripta gotica, con archi e finestre a punta come in una chiesa; l'alchimista è inginocchiato davanti al vaso che splende, le mani protese nel gesto con cui El Greco dipingeva san Francesco che riceve le stigmate. Il bagliore è molto più forte di quello vero, e del procedimento — secchi di urina putrida — non si vede nulla. Il quadro inquietò chi lo vide, non fu venduto alla prima esposizione, Wright lo rimaneggiò nel 1795 e fu ceduto solo dopo la sua morte. Oggi è a Derby, ed è la scena madre della scoperta: non com'è avvenuta, ma come il Settecento voleva che fosse avvenuta — una rivelazione.

Per tradizione: Chi maneggiava il fosforo lo pagava sulla pelle, letteralmente. Godfrey non era sempre prudente: aveva spesso le dita coperte di vesciche che tardavano a guarire, per aver toccato il solido. Una volta, andando da Boyle, una fiala gli si ruppe addosso e bruciò dei buchi nelle brache; Boyle, si racconta, non poté guardarlo «senza un certo stupore e anche un sorriso». È un aneddoto senza fonte precisa, e come tale va preso; ma dice una cosa vera, che le fonti confermano altrove — nel Seicento nessuno sapeva ancora quanto il fosforo bianco fosse velenoso, e chi lo produceva lo trattava con la confidenza che si ha con le cose familiari.

L'impatto industriale e sociale

Il primo grande servizio che il fosforo rese alla scienza fu di bruciare bene. Nell'autunno del 1772 Antoine Lavoisier, che aveva appena rivolto la sua attenzione al fenomeno della combustione, presentò all'Accademia di Parigi una nota, il 20 ottobre, in cui riferiva che il fosforo bruciando si combina con una grande quantità d'aria, produce «spirito acido di fosforo» e — questo era il punto — aumenta di peso. In una seconda nota sigillata scrisse di essere persuaso che l'aumento di peso delle calci metalliche fosse dovuto alla stessa causa. È l'inizio della fine del flogisto, la sostanza immaginaria che avrebbe dovuto uscire dai corpi quando bruciano: se il fosforo bruciato pesa di più, qualcosa è entrato, non uscito. La chimica moderna comincia con una bilancia e un pezzo di fosforo.

Nel 1769 Johan Gottlieb Gahn e Carl Wilhelm Scheele mostrarono che le ossa contengono fosfato di calcio, ottenendo fosforo elementare dalla cenere d'ossa: la sostanza di Brand non era una curiosità dell'urina ma un costituente dello scheletro. Nel 1777 Lavoisier riconobbe il fosforo come elemento, e nel 1789, nel Traité, lo mise nella sua tabella delle trentatré sostanze che nessun mezzo chimico noto riusciva a scomporre — accanto all'ossigeno, all'idrogeno, allo zolfo, ai diciassette metalli, e anche alla luce e al calorico, che elementi non erano. Centootto anni dopo la cantina di Amburgo, il phosphorus mirabilis aveva finalmente una definizione: non più un portatore di luce, ma un corpo semplice.

Le ossa presero il posto dell'urina. La cenere d'ossa fu la principale fonte industriale di fosforo fino agli anni Quaranta dell'Ottocento, con un procedimento in tre passi: macinare le ossa e trattarle con acido solforico, che trasforma il fosfato tricalcico in fosfato monocalcico; disidratare quest'ultimo fino al metafosfato; e infine mescolarlo con carbone in un recipiente di ferro, distillando il vapore di fosforo da una storta. Due terzi del fosforo diventavano fosforo bianco, un terzo restava nel residuo, e il monossido di carbonio prodotto si bruciava in una torcia. È la stessa reazione di Brand — l'ossigeno del fosfato che se ne va con il carbonio — con una materia prima che si trovava a tonnellate, nei macelli e nei campi di battaglia.

Nel 1830, o nel gennaio 1831, uno studente di chimica del Collège de l'Arc di Dole, in Francia, Charles Sauria, sostituì il trisolfuro di antimonio della capocchia dei fiammiferi con il fosforo bianco. Il risultato era un fiammifero che si accendeva sfregandolo su qualunque superficie, emetteva fumi tossici senza odore e andava conservato in scatole di metallo a chiusura ermetica perché non prendesse fuoco da solo. Soppiantò in fretta le formule precedenti a base di zolfo. Sauria non brevettò l'invenzione, che in Germania fu venduta con il nome di «Congreves», dal pioniere inglese dei razzi. Con un gesto da studente, il fosforo entrò nelle tasche di tutti — e nei polmoni di chi lo lavorava.

La capocchia dei primi fiammiferi era una piccola bomba chimica: fosforo bianco, un composto che libera ossigeno — clorato di potassio, biossido di piombo o un nitrato — e un legante. Erano sensibili al modo in cui li si conservava, velenosi se ingeriti, pericolosi se sfregati per caso contro una superficie ruvida. Ma il danno peggiore lo facevano prima, in fabbrica: i vapori del fosforo bianco erano tossici per gli operai, e provocavano una necrosi delle ossa della mascella che prese un nome da gergo, «phossy jaw», la mascella fosforica. Per mezzo secolo un oggetto da un soldo ha avuto questo prezzo nascosto, pagato da chi lo produceva e non da chi lo usava.

Il primo caso fu diagnosticato nel 1839 a Vienna da Friedrich Wilhelm Lorinser: una fabbricante di fiammiferi esposta ai vapori del fosforo per cinque anni. Lorinser chiamò la malattia «Phosphorimus chronicus», e nel 1844 ne riferì ventidue casi, stabilendo gli effetti tossici del fosforo bianco nei fiammiferi. Da quel momento la malattia era documentata, descritta, attribuita alla sua causa. Quello che non c'era ancora era la volontà di eliminarla: il fosforo bianco restò l'ingrediente attivo della maggior parte dei fiammiferi dagli anni Quaranta dell'Ottocento agli anni Dieci del Novecento — settant'anni dopo la diagnosi.

La malattia cominciava con un mal di denti persistente e gengive gonfie; poi si formava pus, che perforava la mucosa in fistole, i denti cadevano, gli ascessi tornavano. Dopo tre mesi si staccava il sequestro, un frammento di osso morto, poroso e leggero; entro sei mesi la mascella era in necrosi, più spesso quella inferiore. Le ossa colpite brillavano al buio di una luce bianco-verdastra — la stessa di Brand. Nei casi cronici la malattia toccava il cervello e dava convulsioni. L'unica cura era chirurgica: asportare l'osso, con quel che seguiva per la capacità di mangiare, e la denutrizione. Senza intervento si moriva per il cedimento degli organi, con l'osso che marciva in bocca. È la faccia dell'elemento che i ritratti di Brand non mostrano.

A Londra la Bryant & May aveva costruito nel 1861, a Bow, una fabbrica modello in stile veneziano, con venticinque macchine a vapore. Sapeva della mascella fosforica, e aveva una politica: se un'operaia si lamentava di mal di denti, le si diceva di farseli togliere subito o di considerarsi licenziata. L'azienda fu coinvolta in tre degli episodi industriali più divisivi dell'Ottocento inglese — lo sfruttamento del lavoro a domicilio, le multe sulle paghe, lo scandalo della mascella fosforica — e in tutti e tre la logica era la stessa: il fosforo era la materia prima, le operaie il materiale di consumo.

La fabbrica di Bow, in cifre. Le operaie riempivano telai di stecchini che venivano intinti nella pasta al fosforo, asciugati in forno e poi tagliati a metà da una macchina, perché ogni stecchino era doppio; un'operaia esperta finiva millequattrocento telai in un turno di dieci ore, cioè dieci milioni di fiammiferi. Le riempitrici prendevano uno scellino ogni cento telai; i fiammiferi finivano in scatole da cento, legate in mazzi da dodici. Dieci milioni di capocchie al fosforo bianco passavano ogni giorno sotto il naso di chi era pagata a telaio: la mascella fosforica non era un incidente, era una proporzione.

Le paghe di Bow erano già basse — le minori di quattordici anni prendevano circa quattro scellini la settimana — ma poche le portavano a casa intere: i capireparto multavano, e trattenevano direttamente dal salario. Tre pence per avere i piedi sporchi, e molte lavoravano scalze perché le scarpe costavano troppo; multe per il banco in disordine, per aver parlato. Le operaie avevano già scioperato nel 1881, nel 1885 e nel 1886, per le paghe e per le multe, senza risultato. Uno storico ha osservato che le ragazze erano più preoccupate del salario che della sicurezza: un'osservazione che dice meno della loro incoscienza che della loro fame.

Il 23 giugno 1888 Annie Besant e Herbert Burrows pubblicarono sul loro settimanale da mezzo penny, «The Link», un articolo sulle condizioni della fabbrica. La direzione pretese che le operaie firmassero una smentita; rifiutarono. Intorno al 2 luglio un'operaia fu licenziata con un altro pretesto, e fu la scintilla: entro la fine del primo giorno circa millequattrocento donne e ragazze avevano smesso di lavorare. La direzione offrì subito di riassumere la licenziata, ma ormai le richieste erano altre — prima di tutto le multe. Una delegazione, Sarah Chapman, Mary Cummings e la signora Naulls, andò dai dirigenti e non ne fu soddisfatta; il 6 luglio l'intera fabbrica era ferma, e un centinaio di loro andò da Besant a chiederle aiuto.

Con l'aiuto di Besant lo sciopero vinse: migliori condizioni di lavoro e di paga per una forza lavoro quasi tutta femminile che maneggiava il fosforo bianco. Nello stesso 1888 nacque la Union of Women Matchmakers, il più grande sindacato di donne e ragazze del paese, che ispirò un'ondata di organizzazione collettiva fra gli operai dell'industria. Lo sciopero delle fiammiferaie non pose fine all'uso del fosforo bianco — quello sarebbe arrivato vent'anni dopo — ma è una delle date da cui si fa partire il movimento sindacale moderno in Gran Bretagna. Un elemento scoperto nell'urina, passato per le ossa, era diventato una questione di diritti.

Nel 1891 William Booth e l'Esercito della Salvezza aprirono una fabbrica di fiammiferi che usava il fosforo rosso, molto più sicuro e più caro, e fecero campagna presso i negozianti perché vendessero solo quelli. Era una dimostrazione, non un'industria: provare che il fiammifero senza veleno esisteva, e che il suo prezzo era una scelta. L'alternativa c'era da quarant'anni. La storia del fosforo rosso spiega perché ci volle così tanto.

Il fosforo rosso fu presentato da Anton Schrötter all'Accademia delle scienze di Vienna il 9 dicembre 1847 — altri, come Berzelius, l'avevano senza dubbio già avuto fra le mani senza riconoscerlo. Si ottiene scaldando il fosforo bianco al riparo dall'aria, e ha proprietà quasi opposte: non si accende da solo, non è velenoso. In Inghilterra Arthur Albright lo produceva già nel 1851, in recipienti sigillati, e lo espose alla Grande Esposizione del Crystal Palace. In Svezia i fratelli Lundström, che dal 1847 circa avevano una fabbrica di fiammiferi a Jönköping, ricevettero da Albright un campione di fiammiferi al fosforo rosso — e lo persero, così che il fiammifero di sicurezza, con il fosforo sulla scatola invece che sulla capocchia, arrivò solo ai primi anni Cinquanta.

I divieti arrivarono uno alla volta. La Finlandia proibì il fosforo bianco nei fiammiferi nel 1872, la Danimarca nel 1874, la Francia nel 1897, la Svizzera nel 1898, i Paesi Bassi nel 1901. Nel settembre 1906 la Convenzione di Berna lo vietò a livello internazionale, impegnando ogni paese firmatario a legiferare. Il Regno Unito, dove la mascella fosforica era stata uno scandalo nazionale, approvò la sua legge solo nel dicembre 1908, in vigore dal primo gennaio 1910. Fra la diagnosi di Lorinser e il divieto inglese passano settantun anni: il tempo che un veleno noto ha impiegato a uscire da un prodotto di consumo quando la sostituzione costava di più.

Intorno al 1900 due chimici francesi, Henri Sévène ed Emile David Cahen, inventarono il fiammifero moderno «da sfregare ovunque», sostituendo il fosforo bianco con il sesquisolfuro di fosforo, P₄S₃: non tossico, non piroforico, si accende per attrito. Per un po' questi fiammiferi ebbero grande fortuna, poi furono soppiantati dal fiammifero di sicurezza al fosforo rosso, che è quello che accendiamo oggi. Il composto è ancora nella capocchia di alcuni fiammiferi, ed è il motivo per cui la nota base lo elenca fra i composti principali: è la versione domestica e innocua di ciò che nel 1830 aveva cominciato ad avvelenare le fabbriche.

Il fiammifero cambiò anche come oggetto industriale. Nel 1901 l'americana Diamond Match Company comprò una fabbrica a Litherland, vicino a Liverpool, e vi installò una macchina continua capace di produrre seicentomila fiammiferi l'ora, venduti con i marchi Captain Webb, Puck e Swan Vesta. La Bryant & May, quella dello sciopero, non riuscì a reggere la concorrenza, e nel 1905 ne cedette la maggioranza. Il lavoro a telaio delle ragazze di Bow — millequattrocento telai in dieci ore — era diventato in pochi anni un mestiere da macchina: la sicurezza arrivò nei fiammiferi insieme all'automazione, e non prima.

Mentre il fosforo bruciava sulle capocchie, un chimico tedesco lo stava spostando al centro dell'agricoltura. Justus von Liebig, nella sua teoria della nutrizione minerale, identificò azoto, fosforo e potassio come elementi essenziali alla crescita delle piante, e rese popolare la «legge del minimo» di Carl Sprengel: una pianta non cresce in proporzione alle risorse totali disponibili ma è limitata dalla risorsa più scarsa, come una botte con le doghe di altezza diversa, che si riempie solo fino alla più corta. Per questo è stato chiamato il padre dell'industria dei fertilizzanti. La doga più corta, nei suoli coltivati, era spessissimo il fosforo.

Nel 1842 John Bennet Lawes, proprietario terriero inglese, brevettò un concime ottenuto trattando i fosfati con acido solforico — il superfosfato — e con quello diede inizio all'industria dei concimi artificiali. L'anno dopo assunse il chimico Joseph Henry Gilbert e insieme sperimentarono per più di mezzo secolo, nella tenuta di Rothamsted, coltivando piante e nutrendo animali: quella tenuta è diventata Rothamsted Research, ancora oggi un istituto di ricerca agraria. La reazione di Lawes è la stessa che l'industria della cenere d'ossa usava per il fosforo: acido solforico sul fosfato di calcio. Cambia solo la destinazione — non la storta, ma il campo.

Prima delle miniere, il fosforo dei campi europei venne dagli uccelli. Nel 1609 l'Inca Garcilaso de la Vega aveva descritto nei «Comentarios Reales» come gli Inca della costa raccogliessero il guano per concimare; i Moche lo avevano fatto prima di loro, trasportandolo in barca. All'inizio dell'Ottocento Alexander von Humboldt lo fece conoscere in Europa dopo averlo trovato in quantità sfruttabili sulle isole al largo del Sudamerica, dove su alcune isole lo strato superava i trenta metri. Il commercio internazionale partì dopo il 1840, con un accordo fra un imprenditore peruviano, una casa mercantile di Liverpool e un gruppo di uomini d'affari francesi; nel 1846 la sola isola di Ichaboe, al largo della Namibia, aveva già mandato in Gran Bretagna quattrocentosessantaduemila tonnellate.

Negli anni Cinquanta dell'Ottocento la «mania del guano» fece salire i prezzi in un mercato oligopolistico: il Regno Unito ne importava più di duecentomila tonnellate l'anno, gli Stati Uniti in totale circa settecentosessantamila. La paura che finisse portò il Congresso americano, il 18 agosto 1856, a varare il Guano Islands Act, una legge tuttora in vigore che autorizza i cittadini statunitensi a prendere possesso, in nome degli Stati Uniti, di qualunque isola disabitata contenente guano non rivendicata da altri governi, e permette al Presidente di difenderla con la forza militare. Decine di isole del Pacifico e dei Caraibi furono rivendicate così. Per il fosforo, prima ancora che per il petrolio, uno stato si era dato il diritto di annettere.

Alla fine degli anni Sessanta le isole Chincha, il giacimento più produttivo del Perù, erano vicine all'esaurimento; il paese toccò il massimo delle esportazioni nel 1870, oltre settecentomila tonnellate, e poi il guano fu eclissato dal salnitro del Cile. L'età del guano finì con la Guerra del Pacifico, dal 1879 al 1883: il Cile invase la costa boliviana per impadronirsi di guano e salnitro, attaccò il Perù, che aveva un patto di difesa con la Bolivia, e con il trattato di Ancón del 1884 si prese la Bolivia intera costa e metà dei proventi peruviani del guano, oltre alle isole. All'inizio del Novecento il guano era quasi esaurito ovunque. Si era combattuta una guerra per gli escrementi degli uccelli, e li si era finiti.

La roccia fosfatica — di solito fosfato di calcio — fu usata per la prima volta nel 1850 per produrre fosforo, e nel 1888 James Burgess Readman introdusse il forno elettrico ad arco sommerso, brevettato l'anno dopo, che rese obsoleta la cenere d'ossa. Con il guano esaurito più o meno negli stessi anni, i fosfati minerali diventarono la fonte principale dei fertilizzanti, e la produzione crebbe enormemente dopo la seconda guerra mondiale. È la catena che il fosforo ha percorso in tre secoli: urina, ossa, guano, roccia. Ogni volta una fonte più abbondante e più lontana dal corpo da cui era partita — e ogni volta, come si vedrà, una fonte finita.

Nauru, un'isola del Pacifico di ventuno chilometri quadrati, è la storia del fosforo minerale in scala ridotta. Il fosfato vi fu scoperto nel 1900 da Albert Fuller Ellis; la Pacific Phosphate Company cominciò a estrarlo nel 1906 e spedì il primo carico nel 1907. Per circa un secolo l'interno dell'isola fu scavato a cielo aperto, con profitto e con devastazione: l'estrazione ha spogliato circa l'ottanta per cento del territorio, lasciando pinnacoli di calcare alti fino a quindici metri dove non cresce nulla. Nel 1964 si propose di trasferire l'intera popolazione su un'isola australiana. Le riserve si esaurirono negli anni Novanta, e la cattiva gestione della ricchezza accumulata — un caso da manuale di maledizione delle risorse — portò il paese a gravi difficoltà finanziarie nel decennio successivo.

Le controversie

Il forno elettrico rese il fosforo bianco abbondante, e l'abbondanza lo rese un'arma. Nella prima guerra mondiale fu usato nelle munizioni incendiarie, nelle cortine di fumo e nei proiettili traccianti, e ne fu sviluppato uno speciale, incendiario, per sparare agli Zeppelin che sorvolavano la Gran Bretagna gonfi di idrogeno. La proprietà che nel 1669 aveva fatto di Brand un uomo da corte — accendersi da solo all'aria — era diventata una specifica militare. Da qui in poi la storia del fosforo ha due binari che non si incontrano: quello dei campi e quello delle bombe, entrambi alimentati dalla stessa roccia.

Nel 1940, con l'invasione tedesca della Gran Bretagna che sembrava imminente, la Albright and Wilson, l'azienda inglese del fosforo, propose al governo di usare una miscela simile al «fuoco feniano», il fosforo sciolto in solfuro di carbonio con cui gli incendiari nazionalisti irlandesi avevano operato nell'Ottocento. Ne uscì la granata n. 76, una bottiglia di vetro riempita di quella miscela e di lattice, e bottiglie Molotov al fosforo in benzina furono distribuite a civili selezionati in vista dell'invasione. Gli Stati Uniti svilupparono la granata M15, i britannici la n. 77: servivano soprattutto per segnalare e fare fumo, ma erano anche armi antiuomo efficaci, e la difficoltà di spegnere il fosforo che brucia, con le ustioni gravissime che provoca, aveva un forte effetto psicologico sul nemico.

Nell'ultima settimana del luglio 1943, a partire dal 24, la Royal Air Force di notte e l'aviazione americana di giorno colpirono Amburgo per otto giorni e sette notti: l'operazione Gomorrah, dal nome della città biblica, allora l'attacco più pesante nella storia della guerra aerea. La città era stata scelta perché particolarmente vulnerabile agli incendiari, che dopo l'esperienza del Blitz si sapeva facessero più danni dell'esplosivo. Ne nacque una delle più grandi tempeste di fuoco della guerra: circa trentaquattromila morti e il sessanta per cento delle case distrutte. Fra le bombe incendiarie usate su larga scala c'erano quelle al fosforo. La voce di Wikipedia sul fosforo lo annota con una frase che non ha bisogno di commento: Amburgo è il luogo dove il portatore di luce miracoloso era stato scoperto per la prima volta.

Nel novembre 2004, durante la seconda battaglia di Falluja, i cronisti del Washington Post aggregati alle truppe scrissero di aver visto l'artiglieria sparare proiettili al fosforo bianco, che creano «una cortina di fuoco che non si spegne con l'acqua»; gli insorti riferivano di una sostanza che scioglieva la pelle. L'8 novembre 2005 la RAI trasmise il documentario «Falluja, la strage nascosta», con immagini di combattenti e civili, donne e bambini compresi, che secondo gli autori erano morti per ustioni da fosforo. Gli ambasciatori americani a Londra e a Roma smentirono; il 15 novembre il Dipartimento della Difesa confermò di aver usato il fosforo bianco come arma incendiaria per stanare i combattenti dalle posizioni. Il 30 novembre il generale Peter Pace disse alla BBC: «Non è un'arma chimica. È un incendiario, e usarlo rientra pienamente nel diritto di guerra». È la frase su cui la controversia si regge ancora.

Il fosforo bianco in sé non è vietato. Il Protocollo III della Convenzione sulle armi convenzionali definisce arma incendiaria «qualunque arma o munizione progettata principalmente per incendiare oggetti o causare ustioni alle persone», e ne vieta l'uso deliberato contro i civili; ma esenta dalla definizione le munizioni che «possono avere effetti incendiari accessori, come illuminanti, traccianti, fumogeni o sistemi di segnalazione» — ed è come fumogene che le munizioni al fosforo vengono di norma classificate. È la zona grigia che organizzazioni come Human Rights Watch chiedono di chiudere includendo esplicitamente le testate al fosforo nella Convenzione. Nel 2006 Israele dichiarò di averle usate in Libano «contro obiettivi militari in campo aperto», nel rispetto delle convenzioni; nel 2023 Amnesty International e Human Rights Watch lo accusarono di averle usate in modo indiscriminato a Dhayra, sempre in Libano, ferendo almeno nove civili. La materia di Brand è, da un secolo, un problema di diritto internazionale irrisolto.

Due terzi delle riserve di fosfato sfruttabili del pianeta stanno in un solo paese, il Marocco: cinquanta miliardi di tonnellate stimate, contro i tre virgola due della Cina, che è seconda. Una parte di quelle riserve non è in Marocco ma nel Sahara Occidentale, territorio non autonomo che il Marocco occupa e la Repubblica Sahrawi rivendica. La miniera di Bou Craa, gestita da una controllata del gruppo statale OCP, produce circa tre milioni di tonnellate l'anno, un decimo della produzione marocchina, e le manda alla costa su un nastro trasportatore automatico lungo circa cento chilometri — il più lungo del mondo, la cui polvere si vede dallo spazio. Bou Craa passò sotto controllo marocchino con la spartizione dell'aprile 1976, dopo gli accordi di Madrid; gli attacchi del Fronte Polisario fermarono l'estrazione quell'anno e sabotarono più volte il nastro, finché nei primi anni Ottanta il Muro marocchino non chiuse la zona. Chi compra quel fosfato compra anche una disputa territoriale irrisolta.

L'altra controversia è più silenziosa e più diffusa. Il fosforo che manca nei campi abbonda nei laghi: i fosfati che dilavano dai terreni concimati, dalle fogne e — fino agli anni Settanta, quando furono messi al bando — dai detersivi a base di tripolifosfato di sodio, nutrono le alghe, che esplodono in fioriture, muoiono, e consumando ossigeno nel decomporsi soffocano pesci e fondali. Il fenomeno si chiama eutrofizzazione, «buona nutrizione», e fu riconosciuto come inquinamento a metà Novecento; negli anni Settanta gli esperimenti sui laghi interi dell'Experimental Lakes Area, in Ontario, dimostrarono che nelle acque dolci è proprio il fosforo il nutriente limitante. La legge del minimo di Liebig vale anche al contrario: l'elemento che decide quanto cresce il grano decide anche quanto crescono le alghe.

Quanto durerà? È la domanda più discussa e meno risolta. Prima delle scoperte recenti — grandi giacimenti trovati in Norvegia nel 2023 — le riserve commerciali e a buon mercato della Terra si stimavano esaurite in cinquanta-cento anni; ma le previsioni variano enormemente a seconda dei modelli e delle ipotesi sui volumi estraibili, e il solo punto su cui tutti concordano è che la produzione futura dipenderà pesantemente dal Marocco. Chi parla di «picco del fosforo» ha dalla sua un precedente, Nauru, e il fatto che il fosforo non ha sostituti: l'azoto si può fissare dall'aria, il fosforo no. Chi lo nega ha dalla sua la storia delle stime, sempre smentite da nuovi giacimenti. È un dibattito sull'incertezza, e come tale va riportato.

Una controversia minuscola dice quanto sia fragile questa storia anche nei dettagli. La voce di Wikipedia sul fosforo scrive che Johann Kunckel riprodusse la sostanza «in Svezia nel 1678», e quella su Brand lo chiama «chimico svedese»; ma la biografia dello stesso Kunckel lo dà nel 1677 dimissionario da Dresda, poi a insegnare ad Annaberg e Wittenberg, nel 1679 a Berlino, e in Svezia soltanto dal 1688, nobilitato nel 1693. Nel 1678 era in Germania, ed era tedesco. Non è un errore che cambi la storia dell'elemento, ma è il tipo di incoerenza che si trova appena si mettono due fonti una accanto all'altra — e il motivo per cui la nota base lo chiama tedesco, e qui non si dice dove fosse quando ci riuscì.

L'eredità contemporanea

Un adulto contiene circa settecento grammi di fosforo, dall'ottantacinque al novanta per cento nelle ossa e nei denti, sotto forma di apatite, il resto nei tessuti molli e nei liquidi. La quota cresce con l'età: mezzo per cento della massa in un neonato, fra lo zero virgola sessantacinque e l'uno virgola uno in un adulto. Gahn e Scheele, nel 1769, avevano trovato il fosforo nella cenere d'ossa; oggi sappiamo che è lo scheletro stesso a essere fatto di fosfato, e che l'urina di Brand era solo il modo in cui il corpo se ne libera quando ne ha troppo. I cinquemilasettecento litri di Amburgo erano ossa in transito.

Il resto del fosforo, quello fuori dalle ossa, fa girare la vita. L'adenosina trifosfato, ATP, è la molecola con cui le cellule immagazzinano e spendono energia, e la spendono rompendo un legame fra due gruppi fosfato. I numeri sono difficili da credere: l'energia usata dalle cellule di un adulto richiede ogni giorno l'idrolisi di cento-centocinquanta moli di ATP, il che significa che una persona consuma in un giorno una quantità di ATP pari al proprio peso corporeo. Poiché la quantità presente nell'organismo è solo di un decimo di mole per litro, ogni molecola viene ricostruita e riusata mille-millecinquecento volte al giorno, al ritmo di circa nove per dieci alla venti molecole al secondo. Il fosforo non è un componente: è la valuta.

Il fosforo ha ventidue isotopi conosciuti e uno solo stabile, il 31, che è il cento per cento di quello naturale. Due dei radioattivi hanno una vita adatta ai laboratori: il fosforo 32, che emette elettroni energetici e ha un'emivita di quattordici giorni e mezzo, e il 33, più mite, di venticinque. Con il 32 si marcano sonde di DNA e RNA per rintracciare geni e trascritti — i Southern e Northern blot della biologia molecolare — con il 33 si sequenzia il DNA. Sono isotopi da maneggiare con guanti, camice e occhiali, perché gli elettroni del 32 attraversano la pelle e la cornea, e il fosforo ingerito finisce nelle ossa e negli acidi nucleici; e vanno schermati con materiali leggeri, acqua o plastica, non con il piombo, che ne trasforma l'energia in raggi X. È l'elemento di Brand usato per leggere il codice della vita, e pericoloso esattamente per la ragione per cui è indispensabile.

Nella tavola il fosforo sta nel gruppo quindici, quello dell'azoto, e ne ripete gli stati di ossidazione principali, meno tre, più tre e più cinque, con tutti quelli intermedi meno comuni ma noti. È meno elettronegativo dell'azoto e dello zolfo, più del silicio e dell'arsenico, e sensibilmente meno del carbonio. Ma ha una cosa che l'azoto non ha: è l'elemento con il numero atomico più basso a mostrare ipervalenza, cioè a formare più legami per atomo di quanti la regola dell'ottetto permetterebbe. Solo a ottocentotrenta gradi il tetraedro P₄ si rompe e compare P₂, una molecola con un triplo legame che è la copia dell'azoto atmosferico: la parentela c'è, ma il fosforo la nasconde a temperatura ambiente.

A differenza del carbonio, dell'azoto e dell'acqua, il fosforo non passa per l'aria: non forma gas in condizioni ordinarie, e la fosfina si produce solo in situazioni isolate. Il suo ciclo va dalla roccia al suolo, dal suolo alle piante e agli animali, e da questi di nuovo al suolo e all'oceano, dove sedimenta e torna roccia. Attraverso gli organismi viaggia in fretta; attraverso il suolo e il mare è lentissimo, uno dei cicli biogeochimici più lenti che esistano. È questo il motivo strutturale dei fertilizzanti: il ciclo naturale non riesce a rigenerare un suolo coltivato in modo intensivo, e quello che il raccolto porta via bisogna rimetterlo a mano. La roccia estratta oggi è il sedimento di mari vecchi di milioni di anni, e il ciclo che la riporterà in fondo al mare non ha fretta.

Quasi tutta la produzione industriale di oggi è estrarre roccia fosfatica e trasformarla in acido fosforico per i fertilizzanti, in acidi concentrati che arrivano al settanta-settantacinque per cento di pentossido di fosforo. Il resto va in pesticidi, additivi alimentari, detersivi. I primi produttori di minerale nel 2024 erano Cina, Marocco, Stati Uniti e Russia. Il fosforo elementare di Brand, quello bianco che brucia, è ormai una nicchia rispetto al fosfato che nutre: la storia dell'elemento è andata nella direzione opposta a quella dell'alchimista, che voleva estrarre dalla materia vivente qualcosa di più nobile, e ha finito per restituire alla materia vivente ciò che le si era tolto.

E così, tre secoli e mezzo dopo, si torna alla cantina. Gli impianti di depurazione con una fase dedicata alla rimozione del fosforo producono fanghi ricchi di fosfato, che si possono incenerire per recuperarlo dalle ceneri; oppure si aggiunge magnesio ai reflui per far precipitare la struvite, un fosfato di ammonio e magnesio da cui il fosforo si riestrae. Esistono tecniche per recuperarlo direttamente dall'urina, separata alla fonte. Nessuna di queste tecnologie è ancora conveniente ai prezzi attuali del fosforo sul mercato mondiale — ma i prezzi cambiano, e Nauru insegna in che direzione. La ricetta di Brand, riletta oggi, non è una bizzarria alchemica: è il primo impianto di recupero del fosforo dalle acque reflue, con una resa del venti per cento.

Intanto l'elemento continuava a cambiare faccia. Nel 1865 Johann Wilhelm Hittorf, scaldando fosforo rosso in un tubo sigillato a cinquecentotrenta gradi, ne fece sublimare cristalli opachi e brillanti: il fosforo violetto. Nel 1914 Percy Bridgman, che avrebbe avuto il Nobel per le alte pressioni, comprimendo fosforo bianco a dodicimila atmosfere ottenne il fosforo nero, la forma stabile a temperatura e pressione ordinarie: nero, sfaldabile, conduttore, con una struttura a strati corrugati a nido d'ape che ricorda la grafite, e il meno reattivo di tutti. Dallo stesso atomo escono un solido che si accende da solo e un solido che non reagisce con niente: la differenza è solo in come gli atomi si dispongono, e il fosforo è l'elemento in cui questa lezione si vede meglio.

Il «fosforo giallo» di cui parlano i giornali e le cronache di guerra non è una forma a sé: è fosforo bianco che sta lentamente degradando in rosso, un processo che luce e calore accelerano. Il fosforo bianco invecchiato o impuro — quello di qualità militare, per esempio — appare giallo per questo. È un dettaglio che chiude il cerchio degli allotropi: bianco, rosso, violetto e nero sono quattro modi di disporre gli stessi atomi, e il giallo è il bianco colto a metà strada verso il rosso, la sostanza di Brand che, lasciata a sé, diventa da sola quella di Schrötter.

La storia del fosforo ha una forma, ed è un cerchio. Comincia con l'urina umana in una cantina di Amburgo; passa alle ossa, poi agli escrementi degli uccelli sulle isole del Pacifico, poi alle rocce sedimentarie; e oggi, con le riserve concentrate in un solo paese e le stime che oscillano, torna a guardare i fanghi delle fogne e l'urina. Ogni passaggio ha allontanato la fonte dal corpo umano e l'ha resa più abbondante, e ogni fonte si è esaurita o sta per farlo. Il primo elemento con un certificato di nascita è anche il primo di cui l'umanità ha dovuto chiedersi se ne avrà abbastanza. Brand cercava l'oro e trovò la luce; noi abbiamo trovato che quella luce era il nostro scheletro, e che non si fabbrica.