Фосфорът е открит през 1669 г. от алхимика Бранд, когато в търсене на „философския камък“ той силно нагрява сухия остатък от урина с въглища без достъп на въздух. Изолираното вещество светна във въздуха и след това се запали. За това свойство Бранд му дава името „фосфор“, т.е. носител на светлина ("светоносец").
След откриването си фосфорът е рядко и скъпо вещество още сто години, защото... съдържанието му в урината е незначително и получаването му е трудно. Едва след 1771 г., когато шведският химик Шееле разработва метод за получаване на фосфор от костите, става възможно получаването му в значителни количества.
Свойства на фосфора
Вторият типичен елемент от петата група е неметал. Най-високата степен на окисление, която фосфорът може да прояви, е +5. Съединения, съдържащи фосфор в степен на окисление под +5, действат като редуциращи агенти. В същото време +5 фосфорни съединения в разтвори не са окислители. Кислородните съединения на фосфора са по-стабилни от тези на азота. Водородните съединения са по-малко стабилни.
Природни съединения и производство на фосфор
Фосфорът е по-разпространен в земната кора от азота, сярата и хлора. За разлика от азота, фосфорът се среща в природата само под формата на съединения. Най-важните фосфорни минерали са апатит Ca5X(PO4)3 (X е флуор, по-рядко хлор и хидроксилна група) и фосфорит, чиято основа е Ca3(PO4)2. В допълнение, фосфорът е част от някои протеинови вещества и се намира в растенията и животинските и човешките организми.
Свободният фосфор се получава от естествени фосфорсъдържащи суровини чрез високотемпературна редукция (1500 градуса С) с кокс в присъствието на пясък. Последният свързва калциевия оксид в шлака - калциев силикат. В случай на фосфоритна редукция, общата реакция може да бъде представена чрез уравнението:
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = CaSiO3 + 5CO + P2
Полученият въглероден окис и парообразен фосфор влизат в хладилника с вода, където се получава кондензация, за да се образува твърд бял фосфор.
Физични и химични свойства
Под 1000 градуса C, фосфорните пари съдържат тетраатомни P4 молекули, оформени като тетраедър. При по-високи температури настъпва термична дисоциация и съдържанието на двуатомни P2 молекули в сместа се увеличава. Разграждането на последния до фосфорни атоми става над 2500 градуса по Целзий.
Бялата модификация на фосфора, получена в резултат на кондензация на пара, има молекулярна кристална решетка, в чиито възли са разположени молекули Р4. Поради слабостта на междумолекулните сили, белият фосфор е летлив, стопим, може да се реже с нож и се разтваря в неполярни разтворители, като въглероден дисулфид. Белият фосфор е много реактивно вещество. Реагира бурно с кислород, халогени, сяра и метали. Окисляването на фосфора във въздуха се придружава от нагряване и нажежаване. Следователно белият фосфор се съхранява под вода, с която не реагира. Белият фосфор е много токсичен.
При дългосрочно съхранение, както и при нагряване, белият фосфор се превръща в червена модификация. Червеният фосфор е полимерно вещество, неразтворимо във въглероден дисулфид, по-малко токсично от белия фосфор. Червеният фосфор се окислява по-трудно от белия, не свети на тъмно и се запалва само при 250 градуса.
Най-стабилната модификация на фосфора е черният фосфор. Получава се чрез алотропна трансформация на бял фосфор при температура 220 градуса С и налягане 1200 MPa. На външен вид прилича на графит. Кристалната структура на черния фосфор е слоеста, състояща се от гофрирани слоеве. Както при червения фосфор, тук всеки фосфорен атом е свързан чрез ковалентни връзки с три съседни. Разстоянието между фосфорните атоми е 0,387 nm. Белият и червеният фосфор са изолатори, а черният фосфор е полупроводник със забранена зона от 0,33 eV. От химическа гледна точка черният фосфор е най-слабо реактивен, възпламеняващ се само при нагряване над 400 градуса по Целзий.
Фосфорът проявява окислителна функция при взаимодействие с метали: 3Ca + 2P = Ca3P2
Като редуциращ агент фосфорът действа в реакции с активни неметали - халогени, кислород, сяра, както и със силни окислители:
2P + 3S = P2S3 2P + 5S = P2S5
Той взаимодейства с кислорода и хлора по подобен начин.
P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
В алкални разтвори при нагряване белият фосфор диспропорционира:
8P + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2РН3 + 3Ba(H2PO2)2
Химическият фосфорен оксид (+3) е киселинен по природа:
P2O3 + 3H2O = 2H3PO3
Фосфорната киселина е безцветни, топими кристали, които са силно разтворими във вода. По химическа структура представлява изкривен тетраедър, в центъра на който има фосфорен атом с sp3 – хибридни орбитали, а върховете са заети от две хидроксилни групи и водородни и кислородни атоми. Водородният атом, директно свързан с фосфора, не е способен на заместване и следователно фосфорната киселина е най-много двуосновна и често се представя с формулата H2[HPO3]. Фосфорната киселина е киселина със средна сила. Неговите соли - фосфити - се получават чрез взаимодействие на P2O3 с основи:
P2O3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + H2O
Алкалните метали и калциевите фосфити са лесно разтворими във вода.
При нагряване фосфорната киселина диспропорционира:
4H3PO3 = PH3 + 3H3PO4
Фосфорната киселина се окислява от много окислители, включително халогени, например:
H3PO3 + Cl2 + H2O = H3PO4 + 2HCl
Фосфорната киселина обикновено се получава чрез хидролиза на фосфорни трихалогениди:
RG3 + 3H2O = H3PO3 + 3NG
При нагряване на монозаместени фосфити се получават соли на пирофосфорна (дифосфорна) киселина - пирофосфити:
2NaH2PO3 = Na2H2P2O5 + H2O
Пирофосфитите се хидролизират при варене с вода:
Na2H2P2O5 + 3H2O = 2NaOH + 2H3PO3
Пирофосфорната киселина H4P2O5 (пентаоксодифосфорната киселина), подобно на фосфорната киселина, е само двуосновна и относително нестабилна.
Известна е още една фосфорна киселина (+3) - слабо проучената полимерна метафосфорна киселина (HPO2)n.
Най-характерният оксид на фосфора е P2O5 - дифосфорен пентоксид. Това е бяло твърдо вещество, което лесно може да се получи в стъкловидно състояние. В състояние на пара молекулите на фосфорния оксид (+5) имат състав P4O10. Твърдият P2O5 има няколко модификации. Една от формите на фосфорен оксид (+5) има молекулярна структура с молекули P4O10 в местата на решетката. На външен вид тази модификация прилича на лед. Има ниска плътност, лесно се превръща в пара, разтваря се добре във вода и е реактивен. P2O5 е най-силният дехидратиращ реагент. По отношение на интензивността на неговия изсушаващ ефект, той е много по-добър от такива абсорбери на влага като CaCl2, NaOH, H2SO4 и др. Когато P2O5 се хидратира, първо се образува метафосфорна киселина:
P2O5 + H2O = 2HPO3
по-нататъшната хидратация на която последователно води до пирофосфорна и ортофосфорна киселина:
2HPO3 + H2O = H4P2O7 и H4P2O7 + H2O = 2H3PO4
Историята на откриването на химичните елементи е пълна с лични драми, различни изненади, тайнствени мистерии и невероятни легенди.
Понякога изследователят очакваше трагичен край, както например се случи с откривателя на флуора. Но по-често успехът се оказва верен спътник на онези, които умеят да се вглеждат отблизо в природните феномени.
Древните томове са запазили за нас отделни епизоди от живота на пенсиониран военен и хамбургски търговец. Името му е Хениг Бранд (ок. 1630-?). Търговските му дела не вървяха добре и поради тази причина той се опита да се измъкне от бедността. Тя го депресираше ужасно. И Бранд реши да опита късмета си в алхимията. Освен това през 17в. за разлика от нашия 20 век. Смяташе се за напълно възможно да се намери „философски камък“, който може да превърне неблагородните метали в злато.
Hennig Brand и фосфор
Бранд вече беше провел много експерименти с различни вещества, но не успя в нищо полезно. Един ден той решил да проведе химичен експеримент с урина. Той го изпарява почти до сухо и смесва останалата светложълта утайка с въглища и пясък, като я нагрява в реторта без достъп на въздух. В резултат на това Бранд получи ново вещество, което имаше невероятното свойство да свети в тъмното.Така през 1669 г. е открит фосфорът, който играе изключително важна роля в живата природа: в растителния свят, в организма на животните и човека.
Щастливият учен не се забави да се възползва от необичайното свойство на новото вещество и започна да демонстрира светещ фосфор на знатни хора срещу доста висока награда. Всичко, което влезе в контакт с фосфора, придоби способността да свети. Достатъчно беше да намажете пръсти, коса или предмети с фосфор и те проблясваха с мистериозна синкаво-бяла светлина. Религиозно и мистично настроените богати хора от онова време са удивени от различните манипулации на Бранд с тази „божествена“ субстанция. Той умело използва огромния интерес на учените и широката общественост към фосфора и започва да го продава на цена, която надвишава дори цената на златото. X. Бранд произвеждал фосфор в големи количества и пазел метода за получаването му в най-строга тайна. Никой от другите алхимици не можа да проникне в неговата лаборатория и затова много от тях започнаха трескаво да провеждат различни експерименти, опитвайки се да открият тайната на производството на фосфор.
Известният немски химик И. Кункел (1630-1703) съветва своя приятел и колега И. Крафт да убеди X. Бранд да продаде тайната за получаване на фосфор. И. Крафт успя да убеди откривателя да сключи тази сделка за 100 талера“, но новият собственик на тайната за получаване на „вечния пламък“ се оказа егоист и без да каже на приятеля си И. Кункел нито един дума за придобиването на рецептата, той започна да прави огромни суми пари от демонстрации на фосфор пред обществеността.
И. Кункел
Изключителният немски математик и философ Г. Лайбниц също не пропусна възможността и придоби тайната на производството на фосфор от Х. Бранд.Г. Лайбниц
Скоро рецептата за приготвяне на "студен огън" става известна на И. Кункел и К. Кирхмайер, а през 1680 г. тайната на производството на фосфор е открита в Англия от известния химик Р. Бойл. След смъртта на Р. Бойл неговият ученик, германецът А. Ганквиц, усъвършенства метода за получаване на фосфор, създава производството му и дори се опитва да направи първите кибрит. Доставяше фосфор на европейски научни институции и лица, желаещи да го закупят. За да разшири търговските отношения, А. Ганквиц посети Холандия, Франция, Италия и Германия, сключвайки нови договори за продажба на фосфор. В Лондон той основава фармацевтична компания, която става широко известна. Любопитно е, че А. Ганквиц, въпреки дългата си работа с фосфора и много опасните експерименти с него, доживява до осемдесет години. Той преживя тримата си сина и всички, които участваха в работата, свързана с ранната история на фосфора.След откриването му от И. Кункел и Р. Бойл, цената на фосфора започва бързо да пада и в крайна сметка наследниците на откривателите започват да въвеждат тайната за получаване на фосфор само за 10 талера.
Етапи на изучаване на фосфора
В историята на химията фосфорът е свързан с много велики открития. Въпреки това, само век след откриването на фосфора, той се премества от света на търговията и печалбата в света на науката. Но само едно събитие през този дълъг период може да се припише на истинската наука и то е свързано с 1715 г., когато И. Генсинг открива фосфор в мозъчната тъкан. Това по-късно послужи като основа за поговорката: „Без фосфор няма мисъл“.Ю. Ган открива фосфор в костите през 1769 г., а две години по-късно известният шведски химик показва, че костите се състоят главно от калциев фосфат и предлага метод за получаване на фосфор от пепелта, образувана при изгарянето на костите.
J. Proust и M. Klaproth през 1788 г. доказаха изключително широкото разпространение в природата на минерали, съдържащи калциев фосфат.
Изследователите са установили, че фосфорът свети само в присъствието на обикновен въздух, тоест въздух, съдържащ влага. Това поведение на фосфора се дължи на бавното му окисление от атмосферния кислород. В същото време се образува и озон, който придава на въздуха особена свежест, добре позната ни по време на пролетни гръмотевични бури. Фосфорът свети без забележимо нагряване и тази реакция се нарича хемилуминесценция. Може да се наблюдава не само по време на бавното окисление на фосфора, но и по време на някои други химични и биохимични процеси, при които например възниква блясък на светулки, гнили буболечки, океански планктон и др.
М. Клапрот
В началото на 70-те години на 18в. Френският химик Антоан Лоран Лавоазие, провеждайки различни експерименти върху изгарянето на фосфор и други вещества в затворен съд, убедително доказа, че фосфорът е просто тяло. А въздухът, според него, има сложен състав и се състои предимно от два компонента - кислород и азот.В началото на два века, през 1799 г., англичанинът А. Дондоналд открива, че фосфорните съединения са необходими за нормалното развитие на растителните организми. Друг англичанин - Дж. Looz през 1839 г. е първият, който получава суперфосфат - фосфорен тор, който по-късно играе изключително важна роля за повишаване на производителността на земеделските култури.
В Русия през 1797 г. А. А. Мусин-Пушкин получава алотропна разновидност на фосфора - виолетов фосфор. В литературата обаче откриването на виолетовия фосфор погрешно се приписва на И. Хиторф, който, използвайки метода на А. А. Мусин-Пушкин, го получава едва през 1853 г.
През 1848 г. австрийският химик А. Шрьотер открива алотропна модификация на фосфора - червен фосфор. Той получи такъв фосфор чрез нагряване на бял фосфор до температура от около 250 ° C в атмосфера на въглероден оксид (IV). Интересно е да се отбележи, че Шрьотер е първият, който посочва възможността за използване на червен фосфор в производството на кибрит. През 1855 г. на световното изложение в Париж е демонстриран червен фосфор, получен в заводски условия.
Известният американски физик П. Бриджън през 1917 г. чрез нагряване на фосфора до 200 °C под налягане от около 1,27 GPa получава нова алотропна модификация - черен фосфор. Подобно на червения фосфор, последният не се възпламенява във въздуха.
По този начин бяха необходими много десетилетия, за да се проучат физичните и химичните свойства на фосфора и да се открият неговите нови алотропни модификации. Изследването на фосфора даде възможност да се установи каква роля играе в живота на растенията и животните. Фосфорът се съдържа буквално във всички части на зелените растения, които не само го натрупват за собствените си нужди, но и го доставят на животните. Това е един от етапите на цикъла на фосфора в природата
Фосфорът и природата
Фосфорът е не по-малко важен от азота. Той участва в големия природен кръговрат на веществата и ако не беше фосфорът, флората и фауната щяха да бъдат съвсем различни. Фосфорът обаче не е много разпространен в природата, главно под формата на минерали и представлява 0,08% от масата на земната кора. По отношение на разпространението, той се нарежда на тринадесето място сред другите елементи. Интересно е да се отбележи, че фосфорът представлява приблизително 1,16% в човешкото тяло. От тях 0,75% отиват в костната тъкан, около 0,25% в мускулната тъкан и около 0,15% в нервната тъкан.Фосфорът рядко се среща в големи количества и обикновено трябва да се класифицира като микроелемент. В природата не е открит в свободна форма, тъй като има много важно свойство - лесно се окислява, но се съдържа в много минерали, чийто брой е вече 190. Най-важните от тях са флуорапатит, хидроксиапатит, и фосфорит. Малко по-рядко се срещат вивианит, монацит, амблигонит, трифилит и в много ограничени количества ксенотит и торбернит.
Що се отнася до фосфорните минерали, те се разделят на първични и вторични. Сред първичните най-разпространени са апатитите, които са предимно скали с магматичен произход. Химическият състав на апатита е калциев фосфат, съдържащ малко калциев флуорид и калциев хлорид. Именно това обуславя съществуването на минералите флуорапатит и хлорапатит. Освен това те съдържат от 5 до 36% P2 05. Обикновено тези минерали се намират най-вече в зоната на магмата, но често се срещат на места, където магматични скали влизат в контакт със седиментни скали. От всички известни находища на фосфати най-значимите са в Норвегия и Бразилия. Голямо местно находище на апатити е открито от академик A.E. Fersman в Khibiny през 1925 г. „Апатитът е главно съединение на фосфорна киселина и калций“, пише A.E. Fersman. „Външният вид на този минерал е толкова разнообразен и странен, че старите минералози Те наричат това е апатит, което на гръцки означава „измамник“. Или това са прозрачни кристали, леко напомнящи на берил или дори кварц, тогава те са плътни маси, неразличими от обикновения варовик, тогава те са радиални сфери, или скалата е гранулирана и лъскава, като едрозърнест мрамор.
Апатитите, в резултат на процеси на изветряне, бактериална активност и разрушаване от различни почвени киселини, се трансформират във форми, които лесно се консумират от растенията и по този начин се включват в биохимичния цикъл. Трябва да се отбележи, че фосфорът се абсорбира само от разтворени соли на фосфорна киселина. Фосфорът обаче се измива частично от почвата и голямо количество от него, усвоено от растенията, не се връща обратно в почвата и се отнася заедно с реколтата. Всичко това води до постепенно изчерпване на почвата. Когато в почвата се добавят фосфорни торове, производителността се увеличава.
Въпреки значителното търсене на фосфорни торове, изглежда няма особена загриженост по отношение на изчерпването на запасите от суровини за тяхното производство. Тези торове могат да бъдат получени чрез комплексна обработка на минерални суровини, дънни морски седименти и различни геоложки скали, богати на фосфор.
При разлагането на богати на фосфор съединения от органичен произход често се получават газообразни и течни вещества. Понякога можете да наблюдавате отделянето на газ с миризма на гнила риба - фосфороводород или фосфин, PH3. Едновременно с фосфина се образува друг продукт - дифосфин, P2 H4, който е течност. Дифосфиновите пари се самозапалват и възпламеняват фосфинов газ. Това обяснява появата на така наречените „will-o’-the-wisps“ на места като гробища и блата.
„Will-o’-the-wisps“ и други случаи на светене на фосфора и неговите съединения предизвикаха суеверен страх у много хора, които не бяха запознати със същността на тези явления. Ето какво си спомня академик С.И. за работата с газообразен фосфор. Волфкович: „Фосфорът е произведен в електрическа пещ, инсталирана в Московския университет на улица Моховая. Тъй като тогава за първи път у нас се извършваха тези опити, не взех предпазните мерки, които са необходими при работа с газообразен фосфор - отровен, самозапалващ се и светещ синкав елемент. По време на много часове работа в електрическата пещ, част от освободения газообразен фосфор толкова насити дрехите ми и дори обувките ми, че когато излизах от университета през нощта по тъмните, тогава неосветени улици на Москва, дрехите ми излъчваха синкав блясък , а изпод обувките ми (при търкането им в паважа) хвърчаха искри.
Всеки път зад мен се събираше тълпа, сред която, въпреки моите обяснения, имаше много хора, които виждаха в мен „новопоявил се“ представител на другия свят. Скоро сред жителите на района на улица Моховая и в цяла Москва започнаха да се предават от уста на уста фантастични истории за светлия монах...”
Фосфинът и дифосфинът са доста редки в природата и по-често трябва да се справяте с фосфорни съединения като фосфорити. Това са вторични фосфатни минерали от органичен произход, които играят особено важна роля в селското стопанство. На островите в Тихия океан, в Чили и Перу, те са се образували на базата на птичи изпражнения - гуано, което в сух климат се натрупва в дебели слоеве, често надвишаващи сто метра.
Образуването на фосфорити може да се свърже и с геоложки бедствия, например с ледниковия период, когато смъртта на животните е била широко разпространена. Подобни процеси са възможни и в океана с масова смърт на морската фауна. Бързите промени в хидрологичните условия, които могат да бъдат свързани с различни процеси на изграждане на планини, по-специално с действието на подводни вулкани, несъмнено в някои случаи водят до смъртта на морски животни. Фосфорът от органичните остатъци се усвоява частично от растенията, но основно се разтваря в морската вода и преминава в минерални форми. Морската вода съдържа фосфати в доста големи количества - 100-200 mg/m3. По време на определени химични процеси в морската вода фосфатите могат да се утаят и натрупат на дъното. И когато морското дъно се издига в различни геоложки периоди, фосфоритните находища се озовават на сушата. По подобен начин голямо местно фосфоритно находище може да се е образувало близо до Кара-Тау в Казахстан. Фосфорити се намират и в района на Москва.
Кръговрат на фосфора в природата
Добро обяснение на най-важните етапи от цикъла на фосфора в природата могат да бъдат думите на известния учен, един от основателите на посоката на вътрешната наука за изучаване на фосфорните торове, Я. В. Самойлов: „Фосфорът на нашите фосфоритни залежи са с биохимичен произход. От апатит, минерал, в който първоначално се съдържа почти целият фосфор на литосферата, този елемент преминава в тялото на растенията, от растенията в тялото на животните, които са истинските концентратори на фосфор. След като е преминал през редица животински тела, фосфорът най-накрая изпада от биохимичния цикъл и се връща в минералния цикъл. При определени физико-географски условия в морето настъпва масова смърт на животински организми
Относно мача
Първият огън е произведен от човека по много примитивен начин - чрез триене на две парчета дърво, като дървесният прах и стърготините се нагряват толкова много, че спонтанно се запалват. Древните хора са знаели няколко начина за запалване на огън чрез триене: най-често остра дървена пръчка се въртеше бързо, като се постави върху суха дъска. Този метод може да бъде възпроизведен и сега, но не е никак прост и изисква огромни усилия и сръчност. Ето как човекът прави огън в продължение на много хилядолетия.
Това е удивително! Ако се замислите върху този прост факт, можете да видите колко трудна е била всяка стъпка на човек по пътя на прогреса.
Дървените пръчки бяха заменени от известния кремък. Това е много просто устройство: парче стомана или меден пирит се удари върху кремък и се удари сноп искри, запалвайки запалимо вещество.
Този метод, даден ни от древен човек, беше широко използван по време на Великата отечествена война, когато страната изпитваше остър недостиг на кибрит.
Изненадващо, само преди 200 години в Русия и в целия свят стоманеният кремък и фитилът бяха практически единствените „съвпадения“ на човек, който успя не само да построи египетските пирамиди, но и да създаде парната машина на Джеймс Уат, първият параход на Робърт Фултън, станове и много други велики изобретения, но не и кибрит. Те са родени по-късно! Пътят към тях беше труден и велик, както всеки път в света на непознатото от човека.
Древните гърци и римляни са знаели друг начин за печелене на огън - с помощта на слънчеви лъчи, фокусирани от леща или вдлъбнато огледало. Великият древногръцки учен Архимед умело използва този метод и, както гласи легендата, подпали вражеската флота с помощта на огромно огледало. Но този метод за производство на огън е малко полезен поради много ограничените възможности за използването му, тъй като слънцето е необходимо.
Развитието на цивилизацията, научно-техническият прогрес откри нови възможности в различни сфери на човешката дейност.
След 1700 г. са изобретени значителен брой средства за производство на огън, като най-интересният от тях е запалителният апарат Döbereiner, създаден в Йена през 1823 г. Изобретателят на апарата използва свойствата на детониращия газ да се запалва спонтанно в присъствието на гъба платина, т.е. натрошен на ситно.
Разбира се, такова устройство беше неподходящо за широко използване.
Все повече и повече се доближаваме до момента, в който думата „мач” най-накрая се чу за първи път. Все още не е възможно да се установи кой е въвел тази дума в употреба, но работата продължава в тази посока и се надяваме, че нашите млади читатели ще ни помогнат в това.
Тук трябва да изградим малък мост към фосфора и неговия откривател – хамбургския войник, по-късно търговец и алхимик Хениг Бранд. Новият елемент фосфор се оказал запалим при триене. Изследователите се възползваха от това свойство, когато създаваха съвпадения.
Асистентът и ученик на Р. Бойл, талантливият и предприемчив германец А. Ганквиц, получи чист фосфор от фосфати и излезе с идеята да направи покрити със сяра кибрити, които се запалват, когато се търкат с парче фосфор. Но тази първа стъпка трябваше да бъде подобрена и мачовете да станат по-удобни за широко използване.
Това стана възможно, когато известният френски химик К. Бертоле получи сол - калиев хлорат KClO3, наречена сол на Бертоле. Неговият сънародник Шансел се възползва от това откритие и през 1805 г. изобретява така наречените френски запалителни машини. Калиевият хлорат, заедно със сяра, смола, захар и гума арабика, се нанася върху дървена пръчка и при контакт с концентрирана сярна киселина се получава запалване. Реакцията понякога се развиваше много бурно и имаше експлозивен характер.
Германецът Вагеман от Тюбинген използва изобретението на Шансел през 1806 г., но добавя парчета азбест към сярната киселина, за да забави процеса на горене. Скоро се премества в Берлин и организира производството на така наречените берлински запалки. Създадената от него фабрика е първото мащабно производство на запалителни устройства, в което работят над 400 души. Подобна запалителна смес е използвана в "Прометей" (кибрит на Джон), произведен през 1828 г. в Англия.
През 1832 г. във Виена се появяват сухи клечки. Те са изобретени от Л. Тревани, който покрива главата на дървена сламка със смес от бертолетова сол със сяра и лепило. Ако прекарате такъв кибрит върху шкурка, главата му ще се запали. Но дори и в този случай не всичко се оказа успешно, понякога главата се запали с експлозия и това доведе до сериозни изгаряния.
Начините за по-нататъшно усъвършенстване на кибритените клечки бяха изключително ясни: беше необходимо да се направи такава композиция за главата на кибрита, така че да свети спокойно. Скоро проблемът беше решен. Новият състав включва бертолетова сол, бял фосфор и лепило. Кибритът с такова покритие лесно се запалва, когато се търка върху твърда повърхност, стъкло, подметка на обувка или парче дърво.
Изобретателят на първите фосфорни кибрити беше деветнадесетгодишният французин Чарлз Сория. През 1831 г. млад експериментатор добавя бял фосфор към смес от бертолетова сол и сяра, за да отслаби нейните експлозивни свойства. Тази идея се оказа изключително успешна, тъй като треските, смазани с получения състав, лесно се запалиха при триене. Температурата на запалване на такива кибрити е сравнително ниска - 30 ° C. Младият С. Сория се опита да получи патент за изобретението си, но, за съжаление, това се оказа много по-трудно да се направи, отколкото да се създадат първите фосфорни кибрити. За патента беше необходимо да се плати твърде голяма сума, а С. Сория нямаше толкова пари. Година по-късно фосфорните кибрити отново са създадени от немския химик Й. Камерер.
И така, дългият път на узряване на матката на първия мач приключи и той се роди в ръцете на няколко изобретатели наведнъж. Съдбата обаче благоволи да предаде лаврите за първенство в това откритие на Якоб Фридрих Камерер (1796-1857) и да запази 1832 г. за потомците като година на раждането на кибрита, най-голямото откритие на 19 век, което играе важна роля в историята на развитието на човешката култура.
Много хора се стремяха да получат лаврите на откривателите на мачове, но историята ни е запазила името на J. Kammerer сред всички претенденти. Първите фосфорни кибрити са донесени в Русия от Хамбург през 1836 г. и се продават на много висока цена - една сребърна рубла за сто. Има предположения, че нашият велик поет А. С. Пушкин е използвал такива фосфорни кибрити през последната година от живота си, работейки на свещ в дълги зимни вечери.
Младежта на Санкт Петербург, разбира се, не се поколебаваше да показва фосфорни мачове на балове и в модни салони, стремейки се да не отстъпва по нищо на Западна Европа. Жалко е само, че А. С. Пушкин не е имал време да посвети нито един поетичен ред на кибрита - прекрасно и много важно изобретение, толкова полезно и познато сега, че дори не мислим за сложната съдба на появата на кибрит. , Струва ни се, че мачовете винаги са били до нас. Но всъщност първата местна фабрика за кибрит е построена в Санкт Петербург едва през 1837 г.
Изминаха малко повече от 150 години, откакто жителите на руската държава получиха първите домашни мачове и, осъзнавайки важността на това изобретение, много бързо стартираха производството на мачове.
През 1842 г. само в провинция Санкт Петербург има 9 фабрики за кибрит, които произвеждат 10 милиона кибрит дневно. Цената на мачовете падна рязко и не надхвърли 3-5 копейки. мед за 100 бр. Методът за производство на кибрит се оказа толкова прост, че в Русия до средата на 19 век. започва да придобива характер на занаятчийска индустрия. И така, през 1843-1844 г. Установено е, че кибритът е приготвен у дома в значителни количества.
Те са произведени в най-отдалечените кътчета на Русия от предприемчиви селяни, като по този начин се крият от данъци. Силно запалимият характер на фосфора обаче доведе до големи пожари. Много села и селца буквално изгорени до основи.
Виновникът за тези бедствия се оказа белият фосфор, който е силно запалим. По време на транспортирането кибритът често се запалва поради триене. Огромни огньове пламнаха по пътя на мачовите влакове, а побеснели коне с горящи каруци донесоха много проблеми.
През 1848 г. следва най-висшият императорски указ, подписан от Николай I, който разрешава производството на запалителни клечки само в столиците, като клечките трябва да бъдат опаковани в тенекии по 1000 броя. По-нататък в указа се казва: „Бихме искали да обърнем специално внимание на изключителното разпространение на запалителни кибрити; благоволихме да видим, че по време на пожарите, които се случиха тази година, в някои градове те изразходваха повече от 12 000 000 рубли. сребро от филистимско имущество, подпалвачите много често са извършвали престъпленията си с кибрит.
Освен това белият фосфор е едно от най-токсичните вещества.
Следователно работата в кибритените фабрики беше придружена от сериозно заболяване, наречено фосфорна некроза, което засяга челюстите, т.е. клетъчна смърт, както и силно възпаление и кървене на венците.
С разрастването на производството се увеличават случаите на сериозно отравяне сред работниците. Авариите взеха такива катастрофални форми, че в Русия още през 1862 г. беше издадена заповед за ограничаване на продажбата на бял фосфор.
Фосфорът започва да се продава само със специални разрешения от местната полиция.
Кибритените фабрики трябваше да плащат големи данъци и броят на предприятията започна да намалява. Но нуждата от кибрит не намаля, а напротив, нарасна. Появиха се различни занаятчийски кибритени клечки, които се разпространяваха нелегално. Всичко това доведе до факта, че през 1869 г. беше издаден нов указ, позволяващ „навсякъде, както в империята, така и в Кралство Полша, да произвеждат фосфорни кибрити за продажба без специални ограничения ...“.
През втората половина на 19в. Проблемът с подмяната на белия фосфор стана много остър. Правителствата на много страни са стигнали до извода, че производството на кибрит, съдържащ бял фосфор, носи повече загуби, отколкото приходи. В повечето страни производството на такива кибрити беше забранено със закон.
Но беше намерено решение, сравнително бързо стана възможно да се замени белият фосфор с червен, открит през 1848 г. За разлика от белия, този вид фосфор е напълно безвреден. В кибритената маса се въвежда червен фосфор. Но очакванията не се оправдаха. Кибритите светят много слабо. Те не намериха продажба. Производителите, които започнаха производство, фалираха.
До средата на 19 век са направени много забележителни изобретения, но производството на обикновен кибрит не може да намери задоволително решение.
Проблемът е решен през 1855 г. в Швеция. Кибритените клечки за безопасност бяха представени на Международното изложение в Париж същата година и получиха златен медал. От този момент нататък така наречените шведски мачове започнаха своя триумфален ход по света. Основната им характеристика беше, че не се запалваха при триене в твърда повърхност. Шведската кибритена клечка се запалваше само ако се потърка в страничната повърхност на кутията, покрита със специална маса.
Така „безопасният огън“ в шведските кибрити се ражда от великолепен съюз на сила на триене и химическа реакция.
Това е може би всичко! Нека сега ви кажем как работи един модерен мач. Масата на кибритената глава се състои от 60% бертолитова сол, както и от запалими вещества - сяра или някои метални сулфиди, като антимонов сулфид. За да се гарантира, че главата се запалва бавно и равномерно, без експлозия, към масата се добавят така наречените пълнители - стъклен прах, железен (III) оксид и др. Свързващият материал е лепило. Бертолетовата сол може да бъде заменена с вещества, съдържащи кислород в големи количества, например калиев дихромат.
От какво се състои покритието на кожата? Тук е основният компонент
червен фосфор. Към него се добавят манганов (IV) оксид, натрошено стъкло и лепило.
Нека сега видим какви процеси се случват, когато запалим кибрит.
Когато главата се трие в кожата в точката на контакт, червеният фосфор се запалва поради кислорода в бертолитовата сол. Образно казано, огънят първоначално се ражда в кожата. Той запалва кибритената глава. Сярата или антимон (III) сулфидът пламва в него, отново поради кислорода на бертолетовата сол. И тогава дървото се запалва.
Днес са известни много рецепти за състави за глава и мазане. Единствените постоянни компоненти са бертолетовата сол и червения фосфор.
Но необходимият елемент от кибритената клечка е нейната дървена част или сламката за кибрит. Методите за производството му също имат дълга история. За примитивни мачове за потапяне треската се нарязва ръчно с нож. Сега фабриките за кибрит работят с гениални машини. Най-подходящото дърво за направата на кибритени сламки е трепетликата. Билото на трепетликата първо се шлайфа и старателно почиства. Дървените трупи се нарязват на тънки парчета дърво с помощта на специални машини. След това се разделя на дълги тънки пръчки. Тези пръти вече са превърнати в кибритени клечки в друга машина. След това сламката отива в машините, където в края й се нанася кибритена маса. В допълнение, кибритената сламка обикновено се подлага на специална обработка, за да се предотврати, например, влага.
Модерните фабрики за производство на кибрит в Мишин произвеждат стотици милиони кибрит на ден.
В заключение, нека погледнем производството на кибрит през погледа на един икономист. Ако приемем, че всеки човек харчи средно поне по една кибритена клечка на ден, тогава, за да се задоволи годишната нужда на човечеството от кибрит, са необходими около 20 милиона трепетликови дървета - това е почти половин милион хектара първокласна трепетликова гора.
Скъпо е, нали? Но за тези страни, където има малко или почти никакви гори, това просто не е възможно. Опитахме да използваме картонени сламки вместо дървени. Но такива меки мачове не бяха успешни. Те са много неудобни за използване.
Ето защо са широко разпространени всякакви запалки - бензинови, газови, електрически запалки за газови печки и т.н. И в крайна сметка тяхното производство ще бъде по-евтино от правенето на кибрит.
Означава ли това, че мачът един ден ще се превърне само в музеен експонат? Трудно е да се отговори на този въпрос. Може да се предположи, че производството на кибрит може да намалее в бъдеще.
В момента страната ни е на първо място в света по производство на кибрит. Модерните фабрики за кибрит са оборудвани с високопроизводителни машини, които позволяват производството на 1 500 000 кибрита на час.
С разширяването на производството се усъвършенства технологията, усвояват се нови видове кибрит, ловни, бурни, газови и сувенирни кибрити се произвеждат в комплекти, цветните етикети на които отразяват най-значимите събития в живота на страната ни.
Ловните мачове се различават от простите по това, в допълнение към обичайното
глави и сламки, имат допълнително покритие под главата. Допълнителната запалителна маса кара клечката да гори дълго с голям, горещ пламък. Гори за около 10 секунди, докато обикновената клечка продължава само 2-3 секунди. Такива кибрити позволяват запалването на огън при всяко време.
Бурните мачове са не по-малко интересни. Те нямат глава, но покритието на "тялото" им е много по-дебело от това на ловните кибрити. Тяхната запалителна маса съдържа много бертолетова сол, така че способността за запалване, т.е. Чувствителността на такива мачове е много висока. Те горят поне 10 секунди при всякакви метеорологични условия, дори и при буря на 12 точки. Такива мачове са особено необходими на рибарите и моряците.
Газовият кибрит се различава от обикновения по това, че пръчката е по-дълга. Сега кибритът се произвежда със сламки 70 мм. Този кибрит може да запали няколко горелки наведнъж. Добавянето на някои соли към запалителната маса позволява да се получи цветен огън: червен, розов, син, зелен, виолетов.
Кибритът се опакова в кутии с различни размери, побиращи петдесет, сто, двеста и дори петстотин кибрита. В момента производството на кибрит е напълно автоматизирано и това позволява продуктите му да се продават на сравнително ниски цени. Преди това имаше израз „по-евтино от кибрит“, което означава „почти безплатно“.
Разбира се, харченето на дърва за направата на кибритени сламки става все по-разточително. В края на краищата това изисква стотици хектари висококачествена гора, спасяването на която сега е от интерес за почти всички страни по света, дори и тези, които все още имат доста големи площи с горско богатство. Обемите на съвременното производство и строителство растат толкова бързо, че мащабът на консумираната дървесина се увеличава значително с всяко десетилетие. Сега пълната задача е да спестим дървесината и да я заменим, където е възможно, с продукти от други суровини.
Все по-често различни предмети, широко използвани в ежедневието, се правят от пластмаса. На световния пазар през последното десетилетие цените на поливинилхлорид, поливинилацетат, полистирол и други материали значително намаляха.
Производство на кибрит и кибритени кутийки от пластмаса
Въпросът за производството на кибрит и кибритени кутии от пластмаса за масовия потребител в момента се обсъжда доста широко. Ако това можеше да бъде направено, тогава би настъпила истинска революция в развитието на кибритената индустрия. На нашата екологично увредена земя би било възможно да се запазят стотици хектари гора, която се изразходва много по-бързо, отколкото запасите й се попълват.В действителност обаче всичко не се оказва толкова просто. Много пластмасови материали са трудни за рециклиране и все повече замърсяват океана и земята. Големите индустриални градове се борят да преработват отпадъци от пластмасови материали; нашата някога чиста планета се задъхва под натиска на синтетичните отпадъци. Естествено, кибритените кутии от различни полимерни материали също ще бъдат небрежно изхвърлени след използване на кибрит, както сега се случва с подобни продукти от картон и дърво. Тогава несъмнено Москва и Московска област и много други градове на нашата многострадална планета ще се облекат в ново облекло, изработено от отпадъчни кибритени продукти. Това вече няма да е митичната рокля на краля от чудната приказка на великия Андерсен, а инквизиторска тога, изработена от човек от полимерни материали за Майката Земя.
И така, къде е изходът? Как да избегнем катастрофата, която дебне в интензивното разпространение на пластмасови изделия? Разбира се, има изход. Има и все повече се използват изкуствени материали, които се разтварят в почвата под въздействието на слънчевата радиация и киселините. Тези синтетични материали за направата на кибритени кутии и кибрит несъмнено ще бъдат използвани в близко бъдеще. Въпреки че в момента такива продукти са много по-скъпи от подобни дървени продукти.
Изработката на много красиви кибритени кутии от синтетични материали изисква значителна инвестиция. Върху външните кибритени кутийки от пластмаса се екструдира шарка и със специални машини се нанася фосфорна маса.
Разбира се, през последния четвърт век цената е намаляла донякъде поради подобренията в производствената технология, но все пак синтетичните кибрит все още не могат да се конкурират по цена с кибрит, изработен от дърво. Синтетични кибрит се произвеждат в малки количества в редица западноевропейски страни. Необходими са по-евтини суровини и допълнително подобряване на оборудването. Това неразрешимо ли е?
Нека си припомним, че само преди около 100 години алуминият беше по-скъп от златото и само благодарение на създаването на нов електрохимичен метод за производството му той стана достъпен и евтин.
Получаването на синтетичен материал за клечка за кибрит, който може да замени сламките за кибрит, позволявайки регулиране на температурата и скоростта на горене, е напълно възможно от техническа гледна точка при решаването на проблема с масовото производство на синтетични кибрит от съвременната индустрия.
Понастоящем в Германия компанията Reifenhäuser използва полистирол за производството на кибритени кутии и кибрит, а във Франция са започнали да произвеждат восъчни кибрит, т.е. последната дума в създаването на обикновен кибрит все още не е казана. Широко поле за дейност в тази област очаква младото поколение с грижи и успехи. Иска ми се да вярвам, че и ние ще се откажем от дървесината.
Химически новини за химическата промишленост
Разберете по-подробно новини в областта на химията, интересноФосфорът е открит от немския алхимик Хениг Бранд. Х. Бранд бил търговец от Хамбург, след което фалира, затънал в дългове и за да подобри делата си, решил да опита късмета си в алхимията. След като работи дълго време без успех, той решава да започне търсенето на „философския камък“. Първо, Бранд решава да потърси това мистериозно вещество в продуктите на живия организъм. Поради редица причини, предимно от мистично естество, той избира урината за тази цел. След като го изпарява почти до сухо, Бранд го подлага на силна топлина и забелязва, че се получава бяло вещество, което изгаря с образуването на бял дим.
Алхимикът Х. Бранд, опитвайки се да намери "философския камък",
получи невероятно вещество. Оказа се, че е фосфор
Бранд реши да събере това вещество и започна да нагрява изсушената урина без достъп до въздух. През 1669 г. работата му е увенчана с неочаквано откритие: в ретортата се образува странно вещество, което има неприятен вкус, слаб мирис на чесън, прилича на восък, топи се при леко нагряване и изпуска изпарения, които светят в тъмното. Бранд прокара ръка по веществото - пръстите му започнаха да светят в тъмното, хвърли го във вряща вода - изпаренията се превърнаха в зрелищно блестящи лъчи. Всичко, което влезе в контакт с получената субстанция, придоби способността да свети независимо. Човек може да си представи колко голямо е било учудването на мистично настроения Бранд, възпитан на вярата във „философския камък“. Така е открит фосфорът. Марката му даде името "kaltes Feuer"(„студен огън“), понякога с любов го наричат „моят огън“. И въпреки че с помощта на новото светещо вещество Бранд не можа да извърши нито една трансформация на неблагороден метал в злато или сребро, все пак „студеният огън“ му донесе много значителни ползи.
Бранд много умело използва огромния интерес, предизвикан от откриването на фосфора сред научния свят и широката общественост. Той започна да произвежда фосфор в доста значителни количества. Методът за получаването му беше обвит в най-строга тайна и никой от другите алхимици не можеше да проникне в неговата лаборатория. Бранд показа новото вещество за пари и го продаде на малки порции на цената на златото и дори повече. През 1730 г., т.е. 61 години след откриването си унция (31 г) фосфор струва 10,5 в Лондон и 16 червонца в Амстердам. Ето защо не е изненадващо, че мнозина се втурнаха да извършват различни експерименти, опитвайки се да разкрият тайната на Бранд.
Немският химик, професор във Витенбергския университет Йохан Кункел (1630–1703) проявява особен интерес към фосфора. По време на пътуването той се среща със своя приятел, химика Крафт от Дрезден, и го убеждава да купи тайната от Бранд, за да се възползва от нея. Крафт посети Бранд и той успя да купи тайната за приготвяне на фосфор за 200 талера. Кункел обаче не спечели нищо от тази сделка: Крафт не сподели с него получената тайна, но започна да обикаля съдилищата на избирателите, показвайки като Бранд фосфор за пари и правейки огромни суми от този бизнес.
През пролетта на 1676 г. Крафт организира сесия за експерименти с фосфор в двора на курфюрста Фредерик Уилям от Бранденбург. В 21 часа на 24 април всички свещи в стаята бяха угасени и Крафт показа на присъстващите експерименти с „вечния пламък“, без обаче да разкрие метода, по който е приготвено това магическо вещество.
През пролетта на следващата година Крафт пристига в двора на херцог Йохан Фридрих в Хановер, където по това време немският философ и математик Г. В. Лайбниц (1646–1716) служи като библиотекар. Тук също Крафт организира сесия от експерименти с фосфор, като по-специално показва две бутилки, които светят като светулки. Лайбниц, подобно на Кункел, беше изключително заинтересован от новото вещество. На първия сеанс той попитал Крафт дали голямо парче от това вещество би могло да освети цяла стая. Крафт се съгласи, че това е напълно възможно, но би било непрактично, тъй като процесът на приготвяне на веществото е много сложен.
Опитите на Лайбниц да убеди Крафт да продаде тайната на херцога се провалят. Тогава Лайбниц отива в Хамбург, за да види самия Бранд. Тук той успява да сключи договор между херцог Йохан Фридрих и Бранд, според който първият се задължава да плати на Бранд 60 талера за разкриване на тайната. От този момент нататък Лайбниц влиза в редовна кореспонденция с Бранд.
Приблизително по същото време И. И. Бехер (1635-1682) пристига в Хамбург с цел да примами Бранд при херцога на Мекленбург. Бранда обаче отново е засечен от Лайбниц и отведен в Хановер при херцог Йохан Фридрих. Лайбниц беше напълно уверен, че Бранд е много близо до откриването на „философския камък“ и затова посъветва херцога да не го пуска, докато не изпълни тази задача. Бранд обаче остана в Хановер пет седмици, подготви свежи запаси от фосфор извън града, показа, според споразумението, тайната на производството и си тръгна.
В същото време Бранд приготвя значително количество фосфор за физика Кристиан Хюйгенс, който изучава природата на светлината, и изпраща запаси от фосфор в Париж.
Бранд обаче бил много недоволен от цената, която Лайбниц и херцог Йохан Фридрих му дали за разкриването на тайната на производството на фосфор. Той изпраща на Лайбниц гневно писмо, в което се оплаква, че получената сума не е достатъчна дори за издръжка на семейството му в Хамбург и за плащане на пътни разходи. Подобни писма са изпратени до Лайбниц и съпругата на Бранд, Маргарита.
Бранд също е недоволен от Крафт, на когото изразява негодувание в писма, упреквайки го, че е препродал тайната за 1000 талера в Англия. Крафт препрати това писмо на Лайбниц, който посъветва херцог Йохан Фридрих да не дразни Бранд, а да му плати по-щедро за разкриването на тайната, опасявайки се, че авторът на откритието, като акт на отмъщение, ще каже рецептата за производство на фосфор на някой друг. Лайбниц изпраща успокоително писмо до самия Бранд.
Очевидно Бранд е получил награда, т.к. през 1679 г. той отново идва в Хановер и работи там в продължение на два месеца, като получава седмична заплата от 10 талера с допълнително заплащане за храна и пътни разходи. Кореспонденцията на Лайбниц с Бранд, съдейки по писма, съхранявани в Хановерската библиотека, продължава до 1684 г.
Нека сега се върнем към Kunkel. Ако вярвате на Лайбниц, Кункел научи чрез Крафт рецепта за производство на фосфор и се захвана за работа. Но първите му опити бяха неуспешни. Той изпраща на Бранд писмо след писмо, в което се оплаква, че му е изпратена рецепта, която е много неразбираема за друг човек. В писмо, написано през 1676 г. от Витенберг, където Кункел живее по това време, той пита Бранд за подробностите на процеса.
В крайна сметка Kunkel постигна успех в своите експерименти, леко модифицирайки метода на Brand. Добавяйки малко пясък към сухата урина, преди да я дестилира, той получава фосфор и... претендира за независимо откритие. През същата година, през юли, Кункел разказа за успехите си на своя приятел, професор от университета във Витенберг Каспар Кирхмайер, който публикува работа по този въпрос, озаглавена „Постоянна нощна лампа, понякога искряща, която се търсеше дълго време , сега е намерен.“ В тази статия Кирхмайер говори за фосфора като за отдавна известен светещ камък, но не използва самия термин „фосфор“, който очевидно все още не е бил възприет по това време.
INВ Англия, независимо от Бранд, Кункел и Кирхмайер, фосфорът е получен през 1680 г. от Р. Бойл (1627–1691). Бойл знаеше за фосфора от същия Крафт. Още през май 1677 г. фосфорът е демонстриран в Кралското общество в Лондон. През лятото на същата година самият Крафт дойде в Англия с фосфор. Бойл, според собствената му история, посетил Крафт и видял фосфор в себе си в твърда и течна форма. Като благодарност за топлото посрещане, Крафт, сбогувайки се с Бойл, му намекна, че основното вещество на неговия фосфор е нещо, присъщо на човешкото тяло. Очевидно този намек е бил достатъчен, за да даде тласък на работата на Бойл. След като Крафт напуска, той започва да тества кръв, кости, коса, урина и през 1680 г. усилията му да получи светещия елемент се увенчават с успех.
Бойл започва да експлоатира откритието си в компания с помощник, германеца Гауквиц. След смъртта на Бойл през 1691 г. Гауквиц развива производството на фосфор, подобрявайки го в търговски мащаб. Продавайки фосфор по три фунта стерлинги за унция и доставяйки го на научни институции и отделни учени в Европа, Гауквиц натрупа огромно състояние. За да установи търговски връзки, той пътува през Холандия, Франция, Италия и Германия. В самия Лондон Гауквиц основава фармацевтична компания, която става известна още приживе. Любопитно е, че въпреки всичките си експерименти с фосфора, понякога много опасни, Гауквиц доживява до 80 години, надживявайки тримата си синове и всички хора, участвали в работата, свързана с ранната история на фосфора.
След откриването на фосфора от Kunkel и Boyle, цената му бързо започна да пада в резултат на конкуренцията между изобретателите. В крайна сметка наследниците на изобретателите започнаха да запознават всички с тайната на производството му срещу 10 талера, като през цялото време намаляваха цената. През 1743 г. А. С. Маргграф намира още по-добър метод за производство на фосфор от урина и веднага го публикува, т.к. риболовът престана да бъде печеливш.
INПонастоящем фосфорът не се произвежда никъде по метода на Brand–Kunkel–Boyle, тъй като е напълно нерентабилен. В името на историческия интерес все пак ще дадем описание на техния метод.
Гниещата урина се изпарява до сиропообразно състояние. Получената гъста маса се смесва с трикратно количество бял пясък, поставя се в реторта, оборудвана с приемник, и се загрява в продължение на 8 часа на равномерен огън, докато се отстранят летливите вещества, след което нагряването се усилва. Приемникът е пълен с бели пари, които след това се превръщат в синкав твърд и светещ фосфор.
Фосфорът получи името си поради свойството си да свети в тъмното (от гръцки - светещ). Сред някои руски химици имаше желание да се даде на елемента чисто руско име: „скъпоценен камък“, „запалка“, но тези имена не се утвърдиха.
Лавоазие, в резултат на подробно изследване на изгарянето на фосфора, е първият, който го признава за химичен елемент.
Наличието на фосфор в урината даде повод на химиците да го търсят в други части на тялото на животното. През 1715 г. е открит фосфор в мозъка. Значителното присъствие на фосфор в него послужи като основа за твърдението, че „без фосфор няма мисъл“. През 1769 г. Ю. Г. Ган открива фосфор в костите, а две години по-късно К. В. Шееле доказва, че костите се състоят главно от калциев фосфат, и предлага метод за получаване на фосфор от пепелта, останала след изгаряне на кости. Накрая, през 1788 г., M. G. Klaproth и J. L. Proust показаха, че калциевият фосфат е изключително широко разпространен минерал в природата.
Алотропна модификация на фосфора - червен фосфор - е открита през 1847 г. от А. Шрьотер. В работа, озаглавена „Ново алотропно състояние на фосфора“, Шрьотер пише, че слънчевата светлина променя белия фосфор в червен и фактори като влага и атмосферен въздух нямат ефект. Шрьотер отделя червения фосфор, като го третира с въглероден дисулфид. Той също така подготви червен фосфор чрез нагряване на бял фосфор до температура от около 250 ° C в инертен газ. В същото време беше установено, че по-нататъшното повишаване на температурата отново води до образуването на бяла модификация.
Много интересно е, че Шрьотер е първият, който прогнозира използването на червен фосфор в производството на кибрит. На световното изложение в Париж през 1855 г. е демонстриран червен фосфор, вече произведен във фабрика.
Руският учен А. А. Мусин-Пушкин през 1797 г. получава нова модификация на фосфора - виолетов фосфор. Това откритие погрешно се приписва на И. В. Хиторф, който, след като почти напълно повтори метода на Мусин-Пушкин, получи виолетов фосфор едва през 1853 г.
През 1934 г. професор П. У. Бриджман подлага бял фосфор на налягане до 1100 атм. , го превърнали в черно и така получили нова алотропна модификация на елемента. Заедно с цвета, физичните и химичните свойства на фосфора са се променили: белият фосфор, например, се запалва спонтанно във въздуха, но черният фосфор, подобно на червения, няма това свойство.
Възможно е фосфорът в елементарна форма да е получен още през 12 век. Арабският алхимик Алхид Бехил при дестилация на урина с глина и вар, това се доказва от древен алхимичен ръкопис, съхраняван в Парижката библиотека. Откриването на фосфора обаче обикновено се приписва на фалиралия хамбургски търговец Хениг Бранд. Предприемачът практикувал алхимия, за да се сдобие с философския камък и еликсира на младостта, с чиято помощ лесно да подобри финансовото си състояние.
Но като цяло от древни времена веществата, способни да светят в тъмното, са били наричани фосфор с леката ръка на древните гърци, тъй като за тях тази дума означава „носител на светлина“. Между другото, те наричаха планетата Венера Фосфор или Луцифер, но само сутрин, а вечер тя имаше друго име.
В историята на публикуването на тайната за получаване на фосфор 17-ти век се превърна във важен крайъгълен камък. Например, обущарят В. Кагаороло, който се занимаваше с алхимия, реши, че минерал, наречен "барит", може да се превърне в злато (или във философски камък, което ще помогне за решаването на същия проблем и в същото време ще реши проблемите с здраве и вечна младост). Като калцинира барит с въглища и нефт, той получава така наречения „болонски фосфор“, който известно време свети на тъмно.
В Саксония Болдуин, нисък съдебен служител (като нашия волостен бригадир) по някаква причина започна да експериментира с креда и азотна киселина (обаче е ясно защо: той беше алхимик). След като калцинира продукта от взаимодействието на съставките, той откри блясък в ретортата - това беше безводен калциев нитрат, който беше наречен „фосфорът на Болдуин“.
Но записването на най-ярката страница в тази история е започнато от Хониг Бранд, за когото си струва да говорим по-подробно, защото дори великият Лавоазие е оставил кратки сведения за него след срещата си с него през 1678 г. В младостта си той е бил войник, тогава се самопровъзгласи за лекар, необременен с медицинско образование. Бракът с богата жена му позволи да започне да живее широко и да се занимава с търговия. Алхимията привлича Х. Бранд с тайната за получаване на злато.
О, колко страстен беше той по идеята, какви усилия положи, за да я осъществи! Вярвайки, че отпадъчните продукти на човека, „царя на природата“, могат да съдържат така наречената първична енергия, неуморният експериментатор започва да дестилира човешка урина, може да се каже, в индустриален мащаб: във войнишките казарми той събира общо от един тон от него! И го изпари до сиропообразно състояние (не наведнъж, разбира се!), а след дестилация отново дестилира полученото „уринно масло“ и го калцинира дълго време. В резултат на това в ретортата се появява бял прах, който се утаява на дъното и свети, поради което Бранд го нарича „студен огън“ (kaltes Feuer). Съвременниците на Бранд са наричали това вещество фосфор поради способността му да свети в тъмното (на старогръцки: jwsjoroV).
През 1682 г. Бранд публикува резултатите от своите изследвания и сега с право се смята за откривател на елемент № 15. Фосфорът е първият елемент, чието откритие е документирано и откривателят му е известен.
Интересът към новото вещество беше огромен и Бранд се възползва от него - той демонстрира фосфор само срещу пари или разменя малки количества от него за злато. Въпреки многобройните усилия, търговецът от Хамбург не успя да осъществи съкровената си мечта - да получи злато от олово с помощта на „студен огън“ и затова скоро продаде рецептата за получаване на ново вещество на определен Крафт от Дрезден за двеста талера. Новият собственик успява да натрупа много по-голямо състояние от фосфор - със "студен огън" той пътува из Европа и го демонстрира на учени, високопоставени хора и дори кралски особи, например Робърт Бойл, Готфрид Лайбниц, Чарлз II. Въпреки че методът за получаване на фосфор се пази в най-строга тайна, през 1682 г. Робърт Бойл успява да се сдобие с него, но също така докладва за своя метод само на закрито заседание на Кралското общество в Лондон. Методът на Бойл е оповестен след смъртта му през 1692 г.
През пролетта на 1676 г. Крафт организира сесия за експерименти с фосфор в двора на курфюрста Фредерик Уилям от Бранденбург. В 21 часа на 24 април всички свещи в стаята бяха угасени и Крафт показа на присъстващите експерименти с „вечния пламък“, без обаче да разкрие метода, по който е приготвено това магическо вещество.
През пролетта на следващата година Крафт пристига в двора на херцог Йохан Фридрих в Хановер3, където по това време немският философ и математик Г. В. Лайбниц (1646-1716) служи като библиотекар. Тук също Крафт организира сесия от експерименти с фосфор, като по-специално показва две бутилки, които светят като светулки. Лайбниц, подобно на Кункел, беше изключително заинтересован от новото вещество. На първия сеанс той попитал Крафт дали голямо парче от това вещество би могло да освети цяла стая. Крафт се съгласи, че това е напълно възможно, но би било непрактично, тъй като процесът на приготвяне на веществото е много сложен.
Опитите на Лайбниц да убеди Крафт да продаде тайната на херцога се провалят. Тогава Лайбниц отива в Хамбург, за да види самия Бранд. Тук той успява да сключи договор между херцог Йохан Фридрих и Бранд, според който първият се задължава да плати на Бранд 60 талера за разкриване на тайната. От този момент нататък Лайбниц влиза в редовна кореспонденция с Бранд.
Приблизително по същото време И. И. Бехер (1635-1682) пристига в Хамбург с цел да примами Бранд при херцога на Мекленбург. Бранда обаче отново е засечен от Лайбниц и отведен в Хановер при херцог Йохан Фридрих. Лайбниц беше напълно уверен, че Бранд е много близо до откриването на „философския камък“ и затова посъветва херцога да не го пуска, докато не изпълни тази задача. Бранд обаче остана в Хановер пет седмици, подготви свежи запаси от фосфор извън града, показа, според споразумението, тайната на производството и си тръгна.
В същото време Бранд приготвя значително количество фосфор за физика Кристиан Хюйгенс, който изучава природата на светлината, и изпраща запаси от фосфор в Париж.
Бранд обаче бил много недоволен от цената, която Лайбниц и херцог Йохан Фридрих му дали за разкриването на тайната на производството на фосфор. Той изпраща на Лайбниц гневно писмо, в което се оплаква, че получената сума не е достатъчна дори за издръжка на семейството му в Хамбург и за плащане на пътни разходи. Подобни писма са изпратени до Лайбниц и съпругата на Бранд, Маргарита.
Бранд също е недоволен от Крафт, на когото изразява негодувание в писма, упреквайки го, че е препродал тайната за 1000 талера в Англия. Крафт препрати това писмо на Лайбниц, който посъветва херцог Йохан Фридрих да не дразни Бранд, а да му плати по-щедро за разкриването на тайната, опасявайки се, че авторът на откритието, като акт на отмъщение, ще каже рецептата за производство на фосфор на някой друг. Лайбниц изпраща успокоително писмо до самия Бранд.
Очевидно Бранд е получил награда, т.к. през 1679 г. той отново идва в Хановер и работи там в продължение на два месеца, като получава седмична заплата от 10 талера с допълнително заплащане за храна и пътни разходи. Кореспонденцията на Лайбниц с Бранд, съдейки по писма, съхранявани в Хановерската библиотека, продължава до 1684 г.
Нека сега се върнем към Kunkel. Ако вярвате на Лайбниц, Кункел научи чрез Крафт рецепта за производство на фосфор и се захвана за работа. Но първите му опити бяха неуспешни. Той изпраща на Бранд писмо след писмо, в което се оплаква, че му е изпратена рецепта, която е много неразбираема за друг човек. В писмо, написано през 1676 г. от Витенберг, където Кункел живее по това време, той пита Бранд за подробностите на процеса.
В крайна сметка Kunkel постигна успех в своите експерименти, леко модифицирайки метода на Brand. Добавяйки малко пясък към сухата урина, преди да я дестилира, той получава фосфор и... претендира за независимо откритие. През същата година, през юли, Кункел разказа за успехите си на своя приятел, професор от университета във Витенберг Каспар Кирхмайер, който публикува работа по този въпрос, озаглавена „Постоянна нощна лампа, понякога искряща, която се търсеше дълго време , сега е намерен.“ В тази статия Кирхмайер говори за фосфора като за отдавна известен светещ камък, но не използва самия термин „фосфор“, който очевидно все още не е бил възприет по това време.
В Англия, независимо от Бранд, Кункел и Кирхмайер, фосфорът е получен през 1680 г. от Р. Бойл (1627-1691). Бойл знаеше за фосфора от същия Крафт. Още през май 1677 г. фосфорът е демонстриран в Кралското общество в Лондон. През лятото на същата година самият Крафт дойде в Англия с фосфор. Бойл, според собствената му история, посетил Крафт и видял фосфор в себе си в твърда и течна форма. Като благодарност за топлото посрещане, Крафт, сбогувайки се с Бойл, му намекна, че основното вещество на неговия фосфор е нещо, присъщо на човешкото тяло. Очевидно този намек е бил достатъчен, за да даде тласък на работата на Бойл. След като Крафт напуска, той започва да тества кръв, кости, коса, урина и през 1680 г. усилията му да получи светещия елемент се увенчават с успех.
Бойл започва да експлоатира откритието си в компания с помощник, германеца Гауквиц. След смъртта на Бойл през 1691 г. Гауквиц развива производството на фосфор, подобрявайки го в търговски мащаб. Продавайки фосфор по три фунта стерлинги за унция и доставяйки го на научни институции и отделни учени в Европа, Гауквиц натрупа огромно състояние. За да установи търговски връзки, той пътува през Холандия, Франция, Италия и Германия. В самия Лондон Гауквиц основава фармацевтична компания, която става известна още приживе. Любопитно е, че въпреки всичките си експерименти с фосфора, понякога много опасни, Гауквиц доживява до 80 години, надживявайки тримата си синове и всички хора, участвали в работата, свързана с ранната история на фосфора.
След откриването на фосфора от Kunkel и Boyle, цената му бързо започна да пада в резултат на конкуренцията между изобретателите. В крайна сметка наследниците на изобретателите започнаха да запознават всички с тайната на производството му срещу 10 талера, като през цялото време намаляваха цената. През 1743 г. А. С. Маргграф намира още по-добър метод за производство на фосфор от урина и веднага го публикува, т.к. риболовът престана да бъде печеливш.
В момента фосфорът не се произвежда никъде по метода Brand-Kunkel-Boyle, тъй като е напълно нерентабилен. В името на историческия интерес все пак ще дадем описание на техния метод.
Гниещата урина се изпарява до сиропообразно състояние. Получената гъста маса се смесва с трикратно количество бял пясък, поставя се в реторта, оборудвана с приемник, и се загрява в продължение на 8 часа на равномерен огън, докато се отстранят летливите вещества, след което нагряването се усилва. Приемникът е пълен с бели пари, които след това се превръщат в синкав твърд и светещ фосфор.
Фосфорът получи името си поради свойството си да свети в тъмното (от гръцки - светещ). Сред някои руски химици имаше желание да се даде на елемента чисто руско име: „скъпоценен камък“, „запалка“, но тези имена не се утвърдиха.
Лавоазие, в резултат на подробно изследване на изгарянето на фосфора, е първият, който го признава за химичен елемент.
Наличието на фосфор в урината даде повод на химиците да го търсят в други части на тялото на животното. През 1715 г. е открит фосфор в мозъка. Значителното присъствие на фосфор в него послужи като основа за твърдението, че „без фосфор няма мисъл“. През 1769 г. Ю. Г. Ган открива фосфор в костите, а две години по-късно К. В. Шееле доказва, че костите се състоят главно от калциев фосфат, и предлага метод за получаване на фосфор от пепелта, останала след изгаряне на кости. И накрая, през 1788 г. M. G. Klaproth и J. L. Proust показаха, че калциевият фосфат е изключително широко разпространен минерал в природата.
Алотропна модификация на фосфора - червен фосфор - е открита през 1847 г. от А. Шрьотер. В работа, озаглавена „Ново алотропно състояние на фосфора“, Шрьотер пише, че слънчевата светлина променя белия фосфор в червен и фактори като влага и атмосферен въздух нямат ефект. Шрьотер отделя червения фосфор, като го третира с въглероден дисулфид. Той също така подготви червен фосфор чрез нагряване на бял фосфор до температура от около 250 ° C в инертен газ. В същото време беше установено, че по-нататъшното повишаване на температурата отново води до образуването на бяла модификация.
Много интересно е, че Шрьотер е първият, който прогнозира използването на червен фосфор в производството на кибрит. На световното изложение в Париж през 1855 г. е демонстриран червен фосфор, вече произведен във фабрика.
Руският учен А. А. Мусин-Пушкин през 1797 г. получава нова модификация на фосфора - виолетов фосфор. Това откритие погрешно се приписва на И. В. Хиторф, който, след като почти напълно повтори метода на Мусин-Пушкин, получи виолетов фосфор едва през 1853 г.
През 1934 г. професор П. У. Бриджман, подлагайки белия фосфор на налягане до 1100 атм, го превръща в черен и така получава нова алотропна модификация на елемента. Заедно с цвета, физичните и химичните свойства на фосфора са се променили: белият фосфор, например, се запалва спонтанно във въздуха, но черният фосфор, подобно на червения, няма това свойство.
Фосфорът (от гръцки phosphoros - светещ; лат. Phosphorus) е елемент от периодичната система от химични елементи на периодичната таблица, един от най-често срещаните елементи на земната кора, съдържанието му е 0,08-0,09% от масата му. Концентрацията в морската вода е 0,07 mg/l. Не се среща в свободно състояние поради високата си химична активност. Образува около 190 минерала, най-важните от които са апатит Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 и др. Фосфорът се намира във всички части на зелените растения, дори повече в плодовете и семената (вижте фосфолипидите). Съдържа се в животинските тъкани, той е част от протеините и други основни органични съединения (АТФ, ДНК) и е елемент на живота.
История
Фосфорът е открит от хамбургския алхимик Хениг Бранд през 1669 г. Подобно на други алхимици, Бранд се опита да намери философския камък, но получи светещо вещество. Бранд се фокусира върху експерименти с човешка урина, защото вярваше, че тъй като е златиста на цвят, тя може да съдържа злато или нещо полезно за добива. Първоначално неговият метод е първо да остави урината да престои няколко дни, докато изчезне неприятната миризма, и след това да я вари, докато стане лепкава. Като нагрява тази паста до високи температури и предизвиква появата на мехурчета, той се надява, че когато се кондензират, те ще съдържат злато. След няколко часа интензивно кипене се получават зърна от бяло восъкоподобно вещество, което гори много ярко и също блещука в тъмното. Марката нарече това вещество фосфор мирабилис (на латински „чудодеен носител на светлина“). Откриването на фосфора от Бранд е първото откритие на нов елемент от древността.
Малко по-късно фосфорът е получен от друг немски химик Йохан Кункел.
Независимо от Бранд и Кункел, фосфорът е получен от Р. Бойл, който го описва в статията „Метод за приготвяне на фосфор от човешка урина“ от 14 октомври 1680 г. и публикувана през 1693 г.
Подобрен метод за производство на фосфор е публикуван през 1743 г. от Андреас Марграф.
Има доказателства, че арабските алхимици са успели да получат фосфор през 12 век.
Лавоазие доказва, че фосфорът е просто вещество.
произход на името
През 1669 г. Хенинг Бранд, чрез нагряване на смес от бял пясък и изпарена урина, получава вещество, което свети в тъмното, наречено първо „студен огън“. Вторичното наименование „фосфор“ идва от гръцките думи „φῶς“ – светлина и „φέρω“ – носене. В древногръцката митология името Фосфор (или Еосфор, старогръцко Φωσφόρος) е носено от пазителя на Утринната звезда.
Касова бележка
Фосфорът се получава от апатити или фосфорити в резултат на взаимодействие с кокс и силициев диоксид при температура 1600 ° C:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P4 + 10CO + 6CaSiO 3.
Получените бели фосфорни пари се кондензират в приемник под вода. Вместо фосфорити могат да се редуцират други съединения, например метафосфорна киселина:
4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.
Физични свойства
Елементарният фосфор при нормални условия представлява няколко стабилни алотропни модификации; Въпросът за алотропията на фосфора е сложен и не е напълно разрешен. Обикновено има четири модификации на просто вещество - бял, червен, черен и метален фосфор. Понякога те също се наричат основни алотропни модификации, което означава, че всички останали са разновидности на тези четири. При нормални условия има само три алотропни модификации на фосфора, а при условия на свръхвисоко налягане има и метална форма. Всички модификации се различават по цвят, плътност и други физически характеристики; Има забележима тенденция към рязко намаляване на химическата активност при прехода от бял към метален фосфор и увеличаване на металните свойства.
Химични свойства
Химическата активност на фосфора е много по-висока от тази на азота. Химичните свойства на фосфора до голяма степен се определят от неговата алотропна модификация. Белият фосфор е много активен, в процеса на преход към червен и черен фосфор химическата активност рязко намалява. Белият фосфор свети на тъмно във въздуха; сиянието се дължи на окисляването на фосфорните пари до по-ниски оксиди.
В течни и разтворени състояния, както и в пари до 800 ° C, фосфорът се състои от P4 молекули. При нагряване над 800 °C молекулите се дисоциират: P 4 = 2P 2. При температури над 2000 °C молекулите се разпадат на атоми.
