Phosphor wurde 1669 von dem Alchemisten Brandt entdeckt, als er auf der Suche nach dem „Stein der Weisen“ ohne Luftzutritt den trockenen Urinrückstand mit Kohle stark erhitzte. Die isolierte Substanz glühte an der Luft und entzündete sich dann. Brandt gab ihm für diese Eigenschaft den Namen „Phosphor“, d.h. Träger des Lichts ("Lichtträger").
Nach der Entdeckung für weitere hundert Jahre war Phosphor eine seltene und teure Substanz, weil. sein Gehalt im Urin ist vernachlässigbar, und es ist schwierig, es zu bekommen. Und erst nach 1771, als der schwedische Chemiker Scheele ein Verfahren zur Gewinnung von Phosphor aus Knochen entwickelte, konnte es in nennenswerten Mengen gewonnen werden.
Eigenschaften von Phosphor
Das zweite typische Element, das typische Element der fünften Gruppe, ist ein Nichtmetall. Die höchste Oxidationsstufe, die Phosphor aufweisen kann, ist +5. Als Reduktionsmittel wirken Verbindungen, die Phosphor in einer Oxidationsstufe kleiner +5 enthalten. Gleichzeitig sind +5-Phosphorverbindungen in Lösungen keine Oxidationsmittel. Die Sauerstoffverbindungen von Phosphor sind stabiler als die von Stickstoff. Wasserstoffverbindungen sind weniger stabil.
Naturstoffe und Gewinnung von Phosphor
Hinsichtlich der Verbreitung in der Erdkruste liegt Phosphor vor Stickstoff, Schwefel und Chlor. Im Gegensatz zu Stickstoff kommt Phosphor in der Natur nur in Form von Verbindungen vor. Die wichtigsten Mineralien von Phosphor sind Apatit Ca5X (PO4) 3 (X ist Fluor, seltener Chlor und eine Hydroxidgruppe) und Phosphorit, dessen Basis Ca3 (PO4) 2 ist. Darüber hinaus ist Phosphor Bestandteil einiger Eiweißstoffe und kommt in Pflanzen und Organismen von Tieren und Menschen vor.
Aus natürlichen phosphorhaltigen Rohstoffen wird freier Phosphor durch Hochtemperaturreduktion (1500 Grad C) mit Koks in Gegenwart von Sand gewonnen. Letzteres bindet Calciumoxid in Schlacke - Calciumsilikat. Im Falle der Reduktion von Phosphorit kann die Gesamtreaktion durch die Gleichung dargestellt werden:
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = CaSiO3 + 5CO + P2
Das dabei entstehende Kohlenmonoxid und der dampfförmige Phosphor gelangen mit Wasser in den Kühlschrank, wo es zur Kondensation zu festem weißem Phosphor kommt.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Unter 1000°C enthält Phosphordampf vieratomige P4-Moleküle mit der Form eines Tetraeders. Bei höheren Temperaturen kommt es zur thermischen Dissoziation und der Gehalt an zweiatomigen P2-Molekülen in der Mischung nimmt zu. Der Zerfall der letzteren in Phosphoratome erfolgt oberhalb von 2500 Grad C.
Die durch Dampfkondensation entstehende weiße Modifikation des Phosphors hat ein molekulares Kristallgitter, in dessen Knoten P4-Moleküle disloziert sind. Aufgrund der Schwäche zwischenmolekularer Kräfte ist weißer Phosphor flüchtig, schmelzbar, mit einem Messer schneidbar und in unpolaren Lösungsmitteln wie Schwefelkohlenstoff gelöst. Weißer Phosphor ist eine hochreaktive Substanz. Es reagiert heftig mit Sauerstoff, Halogenen, Schwefel und Metallen. Die Oxidation von Phosphor in Luft wird von Erwärmung und Glühen begleitet. Daher wird weißer Phosphor unter Wasser gelagert, mit dem er nicht reagiert. Weißer Phosphor ist hochgiftig.
Bei längerer Lagerung sowie beim Erhitzen verwandelt sich weißer Phosphor in eine rote Modifikation. Roter Phosphor ist eine polymere Substanz, unlöslich in Schwefelkohlenstoff, weniger toxisch als weißer Phosphor. Roter Phosphor wird schwieriger oxidiert als weißer, leuchtet nicht im Dunkeln und entzündet sich erst bei 250 Grad C.
Die stabilste Modifikation des Phosphors ist schwarzer Phosphor. Es wird durch allotrope Umwandlung von weißem Phosphor bei einer Temperatur von 220 Grad C und einem Druck von 1200 MPa erhalten. Im Aussehen ähnelt es Graphit. Die Kristallstruktur von schwarzem Phosphor ist geschichtet und besteht aus gewellten Schichten. Wie beim roten Phosphor ist hier jedes Phosphoratom durch kovalente Bindungen mit drei Nachbarn verbunden. Der Abstand zwischen Phosphoratomen beträgt 0,387 nm. Weißer und roter Phosphor sind Dielektrika, während schwarzer Phosphor ein Halbleiter mit einer Bandlücke von 0,33 eV ist. Schwarzer Phosphor ist chemisch am wenigsten reaktiv, er entzündet sich erst, wenn er über 400 Grad C erhitzt wird.
Phosphor hat eine oxidierende Funktion bei der Wechselwirkung mit Metallen: 3Ca + 2P = Ca3P2
Als Reduktionsmittel wirkt Phosphor bei Reaktionen mit aktiven Nichtmetallen - Halogenen, Sauerstoff, Schwefel sowie mit starken Oxidationsmitteln:
2P + 3S = P2S3 2P + 5S = P2S5
Es interagiert ähnlich mit Sauerstoff und Chlor.
P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
In alkalischen Lösungen disproportioniert weißer Phosphor beim Erhitzen:
8Р + 3Ва(ОН)2 + 6Н2О = 2РН3 + 3Ва(Н2Р2)2
Chemisches Phosphoroxid (+3) ist von Natur aus sauer:
P2O3 + 3H2O = 2H3PO3
Phosphorige Säure - farblose, schmelzbare, wasserlösliche Kristalle. Seiner chemischen Struktur nach handelt es sich um einen verzerrten Tetraeder, in dessen Zentrum sich ein Phosphoratom mit sp3-Hybridorbitalen befindet und dessen Eckpunkte von zwei Hydroxogruppen sowie Wasserstoff- und Sauerstoffatomen besetzt sind. Ein direkt mit Phosphor verbundenes Wasserstoffatom ist nicht substitutionsfähig, und daher ist phosphorige Säure höchstens zweibasig und wird oft durch die Formel H2[HPO3] dargestellt. Phosphorige Säure ist eine mittelstarke Säure. Seine Salze - Phosphite werden durch die Wechselwirkung von P2O3 mit Alkalien erhalten:
P2O3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + H2O
Phosphite von Alkalimetallen und Calcium sind leicht wasserlöslich.
Beim Erhitzen disproportioniert Phosphorsäure:
4H3PO3 = PH3 + 3H3RO4
Phosphorige Säure wird durch viele Oxidationsmittel oxidiert, einschließlich Halogene, zum Beispiel:
H3PO3 + Cl2 + H2O = H3RO4 + 2HCl
Phosphorige Säure wird üblicherweise durch Hydrolyse von Phosphortrihalogeniden gewonnen:
RG3 + 3H2O = H3RO3 + 3NG
Beim Erhitzen monosubstituierter Phosphite werden Salze der Pyrophosphorsäure (Diphosphorsäure) erhalten - Pyrophosphite:
2NaH2PO3 = Na2H2P2O5 + H2O
Pyrophosphite hydrolysieren beim Kochen mit Wasser:
Na2H2P2O5 + 3H2O = 2NaOH + 2H3PO3
Pyrophosphorige Säure H4P2O5 (Pentaoxodiphosphorsäure) selbst ist wie Phosphor nur zweibasisch und relativ instabil.
Eine andere Phosphorsäure (+3) ist bekannt - eine wenig untersuchte polymere metaphosphorige Säure (HPO2) n.
P2O5-Oxid, Diphosphorpentoxid, ist am charakteristischsten für Phosphor. Es ist ein weißer Feststoff, der leicht im glasigen Zustand erhalten werden kann. Im Dampfzustand haben die Moleküle von Phosphoroxid (+5) die Zusammensetzung P4O10. Festes P2O5 hat mehrere Modifikationen. Eine der Formen von Phosphoroxid (+5) hat eine Molekülstruktur mit P4O10-Molekülen an den Gitterplätzen. Im Aussehen ähnelt diese Modifikation Eis. Es hat eine geringe Dichte, geht leicht in Dampf über, ist gut wasserlöslich und reaktiv. P2O5 ist das stärkste Entwässerungsmittel. Hinsichtlich der Intensität des Trocknungseffekts ist es Feuchtigkeitsabsorbern wie CaCl2, NaOH, H2SO4 usw. weit überlegen. Bei der Hydratisierung von P2O5 entsteht zunächst Metaphosphorsäure:
P2O5 + H2O = 2HPO3
deren weitere Hydratisierung nacheinander zu Pyro- und Orthophosphorsäure führt:
2HPO3 + H2O = H4P2O7 und H4P2O7 + H2O = 2H3PO4
Die Geschichte der Entdeckung chemischer Elemente ist voller persönlicher Dramen, verschiedener Überraschungen, mysteriöser Geheimnisse und erstaunlicher Legenden.
Manchmal wartete auf den Forscher ein tragisches Ende, wie zum Beispiel der Entdecker des Fluors. Doch häufiger entpuppte sich der Erfolg als treuer Begleiter derjenigen, die es verstanden, Naturphänomene genau zu betrachten.
Alte Wälzer haben uns einzelne Episoden aus dem Leben eines pensionierten Soldaten und eines Hamburger Kaufmanns bewahrt. Sein Name war Hennig Brand (ca. 1630-?). Seine Kaufmannsgeschäfte liefen nicht glänzend, und aus diesem Grund strebte er danach, aus der Armut herauszukommen. Sie bedrückte ihn furchtbar. Und Brand beschloss, sein Glück in der Alchemie zu versuchen. Darüber hinaus im XVII Jahrhundert. im Gegensatz zu unserem 20. Jahrhundert. es galt als durchaus möglich, einen „stein der weisen“ zu finden, der unedle metalle in gold verwandeln kann.
Hennig Brand und Phosphor
Brand hat schon viele Experimente mit verschiedenen Substanzen durchgeführt, aber es ist ihm nichts Sinnvolles gelungen. Eines Tages beschloss er, ein chemisches Experiment mit Urin durchzuführen. Er dampfte es fast bis zur Trockne ein und mischte den verbleibenden hellgelben Niederschlag mit Kohle und Sand und erhitzte ihn in einer Retorte ohne Luft. Als Ergebnis erhielt Brand eine neue Substanz, die die erstaunliche Eigenschaft hatte, im Dunkeln zu leuchten.So wurde 1669 Phosphor entdeckt, der in der Tierwelt eine äußerst wichtige Rolle spielt: in der Pflanzenwelt, im Körper von Tieren und Menschen.
Der glückliche Wissenschaftler machte sich die ungewöhnlichen Eigenschaften der neuen Substanz schnell zunutze und begann, Adeligen gegen eine ziemlich hohe Belohnung leuchtenden Phosphor vorzuführen. Alles, was mit Phosphor in Berührung kam, erwarb die Fähigkeit zu leuchten. Es genügte, Finger, Haare oder Gegenstände mit Phosphor zu salben, und sie blitzten in einem geheimnisvollen bläulich-weißen Licht auf. Die religiös und mystisch gesinnten reichen Leute jener Zeit staunten über Brands vielfältige Manipulationen mit dieser „göttlichen“ Substanz. Er nutzte geschickt das große Interesse von Wissenschaftlern und der breiten Öffentlichkeit an Phosphor und begann, es zu einem Preis zu verkaufen, der sogar den Goldpreis überstieg. X. Brand produzierte Phosphor in großen Mengen und hielt die Methode seiner Gewinnung streng vertraulich. Keiner der anderen Alchemisten konnte in sein Labor eindringen, und deshalb begannen viele von ihnen, fieberhaft verschiedene Experimente durchzuführen, um das Geheimnis der Phosphorherstellung zu lüften.
Der berühmte deutsche Chemiker I. Kunkel (1630-1703) riet seinem befreundeten Kollegen I. Kraft, H. Brand zu überreden, das Geheimnis der Phosphorgewinnung zu verkaufen. I. Kraft gelang es, den Entdecker zu diesem Geschäft für 100 Taler zu überreden, „der neue Besitzer des Geheimnisses um die „ewige Flamme“ entpuppte sich jedoch als Söldner, ohne seinem Freund I. Kunkel ein einziges Wort zu sagen über den Erwerb des Rezepts, fing an, riesige Geldsummen mit öffentlichen Demonstrationen von Phosphor zu verdienen.
I. Kunkel
Auch der herausragende deutsche Mathematiker und Philosoph G. Leibniz ließ sich die Gelegenheit nicht entgehen und erwarb von H. Brand das Geheimnis der Phosphorherstellung.G. Leibniz
Bald wurde I. Kunkel und K. Kirchmeyer das Rezept zur Herstellung von "kaltem Feuer" bekannt, und 1680 wurde das Geheimnis der Phosphorgewinnung in England von dem berühmten Chemiker R. Boyle entdeckt. Nach dem Tod von R. Boyle baute sein Schüler, der Deutsche A. Gankwitz, nachdem er die Methode zur Gewinnung von Phosphor verbessert hatte, seine Produktion auf und versuchte sogar, die ersten Streichhölzer herzustellen. Er lieferte Phosphor an die wissenschaftlichen Institutionen Europas und an Einzelpersonen, die ihn kaufen wollten. Um die Handelsbeziehungen auszubauen, besuchte A. Gankwitz Holland, Frankreich, Italien und Deutschland und schloss neue Verträge über den Verkauf von Phosphor ab. In London gründete er ein pharmazeutisches Unternehmen, das weithin bekannt wurde. Es ist merkwürdig, dass A. Hankwitz trotz seiner langen Arbeit mit Phosphor und sehr gefährlichen Experimenten damit achtzig Jahre alt wurde. Er überlebte seine drei Söhne und alle, die an den Arbeiten zur Frühgeschichte des Phosphors beteiligt waren.Der Preis für Phosphor begann seit seiner Entdeckung durch I. Kunkel und R. Boyle rapide zu fallen, und schließlich begannen die Erben der Entdecker, das Geheimnis der Gewinnung von Phosphor für nur 10 Taler einzuführen.
Phasen des Studiums von Phosphor
In der Geschichte der Chemie ist Phosphor mit vielen großen Entdeckungen verbunden. Doch nur ein Jahrhundert nach der Entdeckung des Phosphors wechselte er von der Welt des Handels und Profits in die Welt der Wissenschaft. Aber nur ein Ereignis in dieser langen Zeit kann der wirklichen Wissenschaft zugeschrieben werden, und es hängt mit dem Jahr 1715 zusammen, als I. Gensing Phosphor im Gehirngewebe entdeckte. Dies diente später als Grundlage für die Aussage: „Ohne Phosphor gibt es kein Denken.“Yu. Gan fand 1769 Phosphor in den Knochen, und zwei Jahre später zeigte der berühmte schwedische Chemiker, dass die Knochen hauptsächlich aus Kalziumphosphat bestehen, und schlug ein Verfahren zur Gewinnung von Phosphor aus der Asche vor, die beim Verbrennen von Knochen entsteht.
J. Proust und M. Klaproth haben 1788 die extrem hohe Verbreitung von calciumphosphathaltigen Mineralien in der Natur nachgewiesen.
Die Forscher fanden heraus, dass das Leuchten von Phosphor nur in Gegenwart von gewöhnlicher, also feuchter Luft auftritt. Dieses Verhalten von Phosphor beruht auf seiner langsamen Oxidation durch Luftsauerstoff. Gleichzeitig wird auch Ozon gebildet, das der Luft eine Art Frische verleiht, die wir aus den Tagen der Frühlingsgewitter kennen. Das Leuchten von Phosphor tritt ohne merkliche Erwärmung auf, und eine solche Reaktion wird als Chemilumineszenz bezeichnet. Es kann nicht nur bei der langsamen Oxidation von Phosphor beobachtet werden, sondern auch bei einigen anderen chemischen und biochemischen Prozessen, bei denen beispielsweise das Glühen von Glühwürmchen, Fäulnis, ozeanischem Plankton usw. auftritt.
M. Klaproth
In den frühen 70er Jahren des 18. Jahrhunderts. Der französische Chemiker Antoine Laurent Lavoisier führte verschiedene Experimente zur Verbrennung von Phosphor und anderen Substanzen in einem geschlossenen Gefäß durch und bewies überzeugend, dass Phosphor ein einfacher Körper ist. Und die Luft hat seiner Meinung nach eine komplexe Zusammensetzung und besteht hauptsächlich aus zwei Komponenten - Sauerstoff und Stickstoff.Um die Jahrhundertwende, 1799, entdeckte der Engländer A. Dondonald, dass Phosphorverbindungen für die normale Entwicklung pflanzlicher Organismen notwendig sind. Ein anderer Engländer, J. Looz erhielt 1839 zum ersten Mal Superphosphat - ein Phosphordünger, der später eine äußerst wichtige Rolle bei der Steigerung der Ernteerträge spielte.
In Russland erhielt A. A. Musin-Pushkin 1797 eine allotrope Sorte von Phosphor - violetter Phosphor. In der Literatur wird die Entdeckung des violetten Phosphors jedoch fälschlicherweise I. Gittorf zugeschrieben, der ihn nach der Methode von A. A. Musin-Puschkin erst 1853 erhielt.
1848 entdeckte der österreichische Chemiker A. Schretter die allotrope Modifikation von Phosphor - roter Phosphor. Er erhielt solchen Phosphor durch Erhitzen von weißem Phosphor auf eine Temperatur von etwa 250 ° C in einer Atmosphäre aus Kohlenmonoxid (IV). Interessanterweise war Schroetter der erste, der auf die Möglichkeit hinwies, roten Phosphor bei der Herstellung von Streichhölzern zu verwenden. 1855 wurde auf der Weltausstellung in Paris roter Phosphor, der bereits in der Fabrik gewonnen wurde, demonstriert.
Der berühmte amerikanische Physiker P. Bridgen erhielt 1917 durch Erhitzen von Phosphor auf 200 °C unter einem Druck von etwa 1,27 GPa eine neue allotrope Modifikation – schwarzen Phosphor. Letzterer entzündet sich wie roter Phosphor nicht an der Luft.
Daher waren viele Jahrzehnte erforderlich, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Phosphor zu untersuchen und seine neuen allotropen Modifikationen zu entdecken. Die Untersuchung von Phosphor ermöglichte es herauszufinden, welche Rolle er im Leben von Pflanzen und Tieren spielt. Phosphor findet sich buchstäblich in allen Teilen grüner Pflanzen, die ihn nicht nur für den Eigenbedarf anreichern, sondern auch Tiere damit versorgen. Dies ist eine der Phasen des Phosphorkreislaufs in der Natur.
Phosphor und Natur
Phosphor ist genauso wichtig wie Stickstoff. Es nimmt am großen natürlichen Stoffkreislauf teil, und ohne Phosphor wären Flora und Fauna völlig anders. Phosphor kommt jedoch unter natürlichen Bedingungen nicht so häufig vor, hauptsächlich in Form von Mineralien, und macht 0,08% der Masse der Erdkruste aus. In Bezug auf die Prävalenz belegt es unter anderen Elementen den dreizehnten Platz. Interessanterweise macht Phosphor im menschlichen Körper etwa 1,16 % aus. Davon entfallen 0,75 % auf Knochengewebe, etwa 0,25 % auf Muskel- und etwa 0,15 % auf Nervengewebe.Phosphor kommt selten in großen Mengen vor und ist im Allgemeinen als Spurenelement einzustufen. Es kommt in der Natur nicht in freier Form vor, da es eine sehr wichtige Eigenschaft hat - es ist leicht oxidierbar, aber es ist in vielen Mineralien enthalten, deren Anzahl bereits 190 beträgt. Die wichtigsten davon sind Fluorapatit, Hydroxylapatit und Phosphorit. Vivianit, Monazit, Amblygonit, Triphylit sind etwas seltener und Xenotit und Torbernit sind ziemlich selten.
Phosphormineralien werden in primäre und sekundäre Mineralien unterteilt. Unter den primären sind die häufigsten Apatite, bei denen es sich hauptsächlich um Gesteine magmatischen Ursprungs handelt. Die chemische Zusammensetzung von Apatit ist Calciumphosphat, das eine bestimmte Menge an Fluorid und Calciumchlorid enthält. Dies bestimmt die Existenz der Mineralien Fluorapatit und Chlorapatit. Außerdem enthalten sie 5 bis 36 % P2 05. Normalerweise werden diese Mineralien in den meisten Fällen in der Magmazone gefunden, aber sie werden oft an Orten gefunden, an denen Eruptivgesteine mit Sedimentgesteinen in Kontakt kommen. Von allen bekannten Phosphatvorkommen befinden sich die bedeutendsten in Norwegen und Brasilien. Eine große heimische Apatit-Lagerstätte wurde 1925 vom Akademiker A. E. Fersman in Khibiny entdeckt. „Apatit ist hauptsächlich eine Verbindung aus Phosphorsäure und Kalzium“, schrieb A. E. Fersman. Sie nannten es Apatit, was auf Griechisch „Täuscher“ bedeutet. Entweder sind es durchsichtige Kristalle, die bis ins kleinste Detail Beryll oder gar Quarz ähneln, dann sind es dichte Massen, nicht von einfachem Kalkstein zu unterscheiden, dann sind es radial strahlende Kugeln, dann ist das Gestein körnig und glänzend, wie grobkörniger Marmor.
Apatite gehen als Folge der Einwirkung von Verwitterungsprozessen, der lebenswichtigen Aktivität von Bakterien und der Zerstörung durch verschiedene Bodensäuren in Formen über, die von Pflanzen leicht verzehrt werden können, und sind somit am biochemischen Kreislauf beteiligt. Es ist zu beachten, dass Phosphor nur aus gelösten Salzen der Phosphorsäure absorbiert wird. Phosphor wird jedoch teilweise aus dem Boden ausgewaschen, und eine große Menge davon, die von Pflanzen aufgenommen wird, kehrt nicht in den Boden zurück und wird zusammen mit der Ernte weggetragen. All dies führt zur allmählichen Erschöpfung des Bodens. Mit dem Einbringen von Phosphatdüngern in den Boden steigt der Ertrag.
Trotz der erheblichen Nachfrage nach Phosphatdüngern scheint es keine großen Bedenken hinsichtlich der Erschöpfung der Rohstoffe für ihre Herstellung zu geben. Diese Düngemittel können durch komplexe Verarbeitung von mineralischen Rohstoffen, marinen Bodensedimenten und verschiedenen phosphorreichen geologischen Gesteinen gewonnen werden.
Bei der Zersetzung von phosphorreichen Verbindungen organischen Ursprungs entstehen häufig gasförmige und flüssige Stoffe. Manchmal können Sie die Freisetzung von Gas mit dem Geruch von faulem Fisch beobachten - Phosphorwasserstoff oder Phosphin, PH3. Gleichzeitig mit Phosphin entsteht ein weiteres Produkt - Diphosphin, P2 H4, das eine Flüssigkeit ist. Die Dämpfe des Diphosphins entzünden sich spontan und entzünden das gasförmige Phosphin. Dies erklärt das Auftreten der sogenannten "Wanderlichter" an Orten wie Friedhöfen, Sümpfen.
"Wanderlichter" und andere Fälle des Leuchtens von Phosphor und seinen Verbindungen lösten bei vielen Menschen, die mit dem Wesen dieser Phänomene nicht vertraut waren, abergläubische Angst aus. Hier ist, woran sich der Akademiker S.I. über die Arbeit mit gasförmigem Phosphor erinnert. Volfkovich: „Phosphor wurde in einem Elektroofen gewonnen, der an der Moskauer Universität in der Mokhovaya-Straße installiert war. Da diese Experimente dann erstmals in unserem Land durchgeführt wurden, habe ich nicht die Vorsichtsmaßnahmen getroffen, die beim Arbeiten mit gasförmigem Phosphor - einem giftigen, selbstentzündlichen und bläulich leuchtenden Element - notwendig sind. Während der vielen Arbeitsstunden am Elektroofen durchnässte ein Teil des freigesetzten gasförmigen Phosphors meine Kleidung und sogar Schuhe so sehr, dass, als ich nachts von der Universität durch die dunklen, damals unbeleuchteten Straßen Moskaus ging, meine Kleidung einen bläulichen Schimmer erstrahlte, und unter meinen Schuhen (beim Reiben auf dem Bürgersteig) schlugen Funken.
Jedes Mal versammelte sich hinter mir eine Menschenmenge, unter der sich trotz meiner Erklärungen nicht wenige Menschen befanden, die in mir einen „neu erschienenen“ Vertreter der anderen Welt sahen. Bald wurden unter den Bewohnern der Mokhovaya-Straße und in ganz Moskau fantastische Geschichten über den leuchtenden Mönch von Mund zu Mund weitergegeben ... "
Phosphin und Diphosphin sind in der Natur ziemlich selten, und häufiger hat man es mit solchen Phosphorverbindungen wie Phosphoriten zu tun. Dabei handelt es sich um Sekundärminerale-Phosphate organischen Ursprungs, die vor allem in der Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielen. Auf den Inseln des Pazifischen Ozeans, in Chile und Peru, wurden sie auf der Grundlage von Vogelkot gebildet - Guano, der sich in einem trockenen Klima in dicken Schichten ansammelt, die oft mehr als hundert Meter betragen.
Die Bildung von Phosphoriten kann auch mit geologischen Katastrophen in Verbindung gebracht werden, zum Beispiel mit der Eiszeit, als das Tiersterben massiv war. Ähnliche Prozesse sind auch im Ozean beim Massensterben der Meeresfauna möglich. Die rasche Veränderung der hydrologischen Bedingungen, die mit verschiedenen Gebirgsbildungsprozessen, insbesondere mit der Einwirkung von Unterwasservulkanen, einhergehen kann, führt zweifellos in einigen Fällen zum Tod von Meerestieren. Phosphor aus organischen Rückständen wird teilweise von Pflanzen aufgenommen, geht aber größtenteils durch Auflösung im Meerwasser in mineralische Formen über. Meerwasser enthält Phosphate in ziemlich großen Mengen - 100-200 mg/m3. Bei bestimmten chemischen Prozessen im Meerwasser können Phosphate ausfallen und sich am Boden ansammeln. Und wenn der Meeresboden in verschiedenen geologischen Perioden ansteigt, stellen sich Phosphoritvorkommen an Land heraus. Auf ähnliche Weise könnte eine große heimische Phosphoritlagerstätte in der Nähe von Kara-Tau in Kasachstan entstanden sein. Phosphorite werden auch in der Region Moskau gefunden.
Phosphorkreislauf in der Natur
Eine gute Erklärung für die Hauptstadien des Phosphorkreislaufs in der Natur können die Worte des berühmten Wissenschaftlers sein, einer der Begründer der Richtung der Hauswissenschaft zur Erforschung von Phosphatdüngemitteln Ya. V. Samoilov: „Phosphor unserer Phosphoritvorkommen ist biochemischen Ursprungs. Aus Apatit, einem Mineral, in dem ursprünglich fast der gesamte Phosphor der Lithosphäre enthalten war, gelangt dieses Element in den Körper von Pflanzen, von Pflanzen in den Körper von Tieren, die wahre Phosphorkonzentratoren sind. Nach Durchlaufen einer Reihe von tierischen Körpern scheidet Phosphor schließlich aus dem biochemischen Kreislauf aus und kehrt wieder in den mineralischen zurück. Unter bestimmten physikalischen und geografischen Bedingungen kommt es im Meer zum Massensterben tierischer Organismen
Über das Spiel
Das erste Feuer wurde von einem Menschen auf sehr primitive Weise erzeugt – durch Reiben zweier Holzstücke, und der Holzstaub und das Sägemehl wurden so stark erhitzt, dass sie sich spontan entzündeten. Die alten Menschen kannten mehrere Möglichkeiten, durch Reibung Feuer zu machen: Meistens drehte sich ein scharfer Holzstab schnell und legte ihn auf ein trockenes Brett. Diese Methode lässt sich heute reproduzieren, ist aber alles andere als einfach und erfordert viel Aufwand und Geschicklichkeit. So macht der Mensch seit Tausenden von Jahren Feuer.
Das ist erstaunlich! Wenn Sie über diese einfache Tatsache nachdenken, können Sie sehen, wie kompliziert jeder Schritt einer Person auf dem Weg des Fortschritts war.
Der berühmte Feuerstein und Stahl ersetzten die Holzstöcke. Dies ist ein sehr einfaches Gerät: Ein Stück Stahl oder Kupferpyrit wurde gegen Feuerstein geschlagen und ein Funkenbündel wurde geschnitten, wodurch eine brennbare Substanz in Brand gesetzt wurde.
Diese Methode, die uns von einem alten Mann vorgestellt wurde, war während des Großen Vaterländischen Krieges weit verbreitet, als das Land einen akuten Mangel an Streichhölzern erlebte.
Überraschenderweise, aber nur vor 200 Jahren in Russland und auf der ganzen Welt, waren Stahlfeuerstein und Docht praktisch die einzigen „Streichhölzer“ eines Mannes, dem es gelang, nicht nur die ägyptischen Pyramiden zu bauen, sondern auch die Dampfmaschine von James Watt zu bauen. das erste Dampfschiff von Robert Fulton, Webstühle und viele andere großartige Erfindungen, aber keine Streichhölzer. Sie wurden später geboren! Schwierig und groß war der Weg zu ihnen, wie jeder Weg in die dem Menschen unbekannte Welt.
Die alten Griechen und Römer kannten eine andere Art, Feuer zu machen, indem sie die Sonnenstrahlen nutzten, die durch eine Linse oder einen Hohlspiegel gebündelt wurden. Der große antike griechische Wissenschaftler Archimedes wandte diese Methode geschickt an und setzte der Legende nach die feindliche Flotte mit Hilfe eines riesigen Spiegels in Brand. Aber diese Art der Feuergewinnung ist wegen der sehr begrenzten Anwendungsmöglichkeiten wenig brauchbar, da die Sonne notwendig ist.
Die Entwicklung der Zivilisation, der wissenschaftliche und technologische Fortschritt eröffneten neue Möglichkeiten in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit.
Nach 1700 wurde eine bedeutende Anzahl von Mitteln zur Erzeugung von Feuer erfunden, das interessanteste davon ist der 1823 in Jena hergestellte Döbereiner-Brandapparat. Der Erfinder des Apparats nutzte die Eigenschaften von explosivem Gas, um sich in Gegenwart von Schwamm spontan zu entzünden Platin, d.h. fein zerkleinert.
Für einen breiten Einsatz war ein solches Gerät aber natürlich wenig brauchbar.
Wir nähern uns immer mehr dem Moment, in dem das Wort „Match“ endlich zum ersten Mal zu hören war. Wer dieses Wort eingeführt hat, ist noch nicht geklärt, aber die Arbeit in dieser Richtung geht weiter, und wir hoffen, dass unsere jungen Leser uns dabei helfen werden.
Hier sollten wir eine kleine Brücke zu Phosphor und seinem Entdecker werfen – einem Hamburger Soldaten, späteren Kaufmann und Alchemisten Hennig Brand. Das neue Element Phosphor erwies sich beim Reiben als brennbar. Die Forscher machten sich diese Eigenschaft zunutze, indem sie Matches erstellten.
Der Assistent und Student von R. Boyle, der talentierte und unternehmungslustige Deutsche A. Hankwitz, gewann reinen Phosphor aus Phosphaten und vermutete, dass er Streichhölzer mit einer Schwefelbeschichtung herstellen könnte, die durch Reiben gegen ein Stück Phosphor entzündet würden. Dieser erste Schritt musste jedoch verbessert und Streichhölzer für eine breite Verwendung bequemer gemacht werden.
Dies wurde möglich, als der berühmte französische Chemiker C. Berthollet ein Salz erhielt - Kaliumchlorat KClO3, genannt Berthollet. Sein Landsmann Chancel machte sich diese Entdeckung zunutze und erfand 1805 die sogenannten französischen Brandmaschinen. Kaliumchlorat wurde zusammen mit Schwefel, Harz, Zucker und Gummi arabicum auf einen Holzstab aufgetragen und bei Kontakt mit konzentrierter Schwefelsäure entzündet. Die Reaktion entwickelte sich manchmal sehr schnell und war von explosiver Natur.
1806 nutzte der Deutsche Wagemann aus Tübingen die Erfindung von Chansel, fügte jedoch der Schwefelsäure Asbeststücke hinzu, um den Verbrennungsprozess zu verlangsamen. Bald zog er nach Berlin und organisierte die Herstellung der sogenannten Berliner Feuerzeuge. Die von ihm errichtete Fabrik war die erste Großserienfertigung von Brandsätzen mit mehr als 400 Beschäftigten. Eine ähnliche Brandmischung wurde in "Prometheus" (John's Streichhölzer) verwendet, das 1828 in England hergestellt wurde.
1832 tauchten in Wien Streichhölzer auf. Sie wurden von L. Trevani erfunden, er bedeckte den Kopf eines hölzernen Strohhalms mit einer Mischung aus Berthollet-Salz mit Schwefel und Klebstoff. Hält man ein solches Streichholz über Sandpapier, entzündet sich sein Kopf. Aber auch in diesem Fall war nicht alles erfolgreich, manchmal entzündete sich der Kopf mit einer Explosion, was zu schweren Verbrennungen führte.
Die Wege zur weiteren Verbesserung der Streichhölzer waren sehr klar: Es ist notwendig, eine solche Zusammensetzung der Mischung für einen Streichholzkopf herzustellen, damit er ruhig aufleuchtet. Das Problem wurde bald behoben. Die neue Zusammensetzung enthielt Berthollet-Salz, weißen Phosphor und Leim. Streichhölzer mit einer solchen Beschichtung entzünden sich leicht, wenn sie an einer harten Oberfläche, Glas, Schuhsohlen oder einem Stück Holz gerieben werden.
Der Erfinder der ersten Phosphor-Streichhölzer war ein neunzehnjähriger Franzose Charles Soria. 1831 fügte ein junger Experimentator einer Mischung aus Berthollet-Salz und Schwefel weißen Phosphor hinzu, um seine explosiven Eigenschaften zu schwächen. Diese Idee erwies sich als äußerst erfolgreich, da der mit der resultierenden Zusammensetzung geschmierte Splitter bei Reibung leicht Feuer fing. Die Zündtemperatur solcher Streichhölzer ist relativ niedrig - 30 ° C. Der junge S. Soria versuchte, ein Patent für seine Erfindung zu erhalten, aber leider stellte sich heraus, dass dies viel schwieriger war, als die ersten Phosphorstreichhölzer herzustellen. Für das Patent musste zu viel Geld bezahlt werden, aber S. Soria hatte nicht so viel Geld. Ein Jahr später wurden erneut Phosphorstreichhölzer von dem deutschen Chemiker J. Kammerer hergestellt.
So endete der lange Weg der Gebärmutterreifung des ersten Streichholzes und es wurde sofort in den Händen mehrerer Erfinder geboren. Das Schicksal freute sich jedoch, Jacob Friedrich Kammerer (1796-1857) den Vorrang dieser Entdeckung zu verleihen und 1832 als Geburtsjahr der Streichhölzer, der größten Entdeckung des 19. Jahrhunderts, der Nachwelt zu erhalten wichtige Rolle in der Geschichte der Entwicklung der menschlichen Kultur.
Viele strebten nach den Lorbeeren der Entdecker der Streichhölzer, aber die Geschichte hat uns unter allen Bewerbern den Namen J. Kammerer bewahrt. Die ersten Phosphorstreichhölzer wurden 1836 aus Hamburg nach Russland gebracht und zu einem sehr teuren Preis verkauft - ein Silberrubel pro Hundert. Es gibt Hinweise darauf, dass unser großer Dichter A. S. Puschkin in seinem letzten Lebensjahr solche Phosphorstreichhölzer benutzte und an langen Winterabenden bei Kerzenlicht arbeitete.
Die Jugend von St. Petersburg zögerte natürlich nicht, auf Bällen und in modischen Salons Phosphorstreichhölzer zu zeigen, um Westeuropa in nichts nachzustehen. Schade, dass A. S. Puschkin keine Zeit hatte, Streichhölzern eine einzige poetische Zeile zu widmen - eine wunderbare und sehr wichtige Erfindung, die jetzt so nützlich und vertraut ist, dass wir nicht einmal über das schwierige Schicksal des Erscheinens von Streichhölzern nachdenken. Es scheint uns, dass Streichhölzer immer neben uns waren. Tatsächlich wurde die erste heimische Fabrik zur Herstellung von Streichhölzern jedoch erst 1837 in St. Petersburg gebaut.
Etwas mehr als 150 Jahre sind vergangen, seit die Einwohner des russischen Staates die ersten einheimischen Streichhölzer erhielten und, als sie die Bedeutung dieser Erfindung erkannten, schnell mit der Streichholzproduktion begannen.
1842 gab es in einer Provinz St. Petersburg 9 Streichholzfabriken, die täglich 10 Millionen Streichhölzer herstellten. Der Preis für Streichhölzer ist stark gesunken und hat 3-5 Kopeken nicht überschritten. Kupfer für 100 Stück. Die Methode, Streichhölzer herzustellen, erwies sich als so einfach, dass sie in Russland Mitte des 19. Jahrhunderts vorkam. es begann handwerklichen Charakter zu tragen. Also 1843-1844. Es wurde festgestellt, dass Streichhölzer in erheblicher Anzahl hausgemacht waren.
Sie wurden in den entlegensten Winkeln Russlands von unternehmungslustigen Bauern hergestellt und versteckten sich so vor Steuern. Die Entflammbarkeit von Phosphor hat jedoch zu großen Bränden geführt. Viele Dörfer und Dörfer brannten buchstäblich bis auf die Grundmauern aus.
Schuld an diesen Katastrophen war weißer Phosphor, der leicht entzündlich ist. Während des Transports fingen Streichhölzer oft durch Reibung Feuer. Riesige Feuer loderten auf dem Weg der Streichholzwagen, und wahnsinnige Pferde mit brennenden Wagen brachten viel Ärger.
1848 folgte das von Nikolaus I. unterzeichnete höchste kaiserliche Dekret, das die Herstellung von Brandzündhölzern nur in den Hauptstädten erlaubte und die Streichhölzer in Dosen zu 1000 Stück verpackt werden sollten. Weiter heißt es in dem Dekret: „Achten Sie besonders auf die extreme Verbreitung des Einsatzes von Brandhölzern, geruhen Sie, dies während der Brände zu sehen, die in diesem Jahr aufgetreten sind und in einigen Städten mehr als 12.000.000 Rubel verbraucht haben. Silber aus spießbürgerlichem Besitz, Brandstifter verübten ihre Taten sehr oft mit Streichhölzern.
Außerdem ist weißer Phosphor einer der giftigsten Stoffe.
Daher war die Arbeit in Streichholzfabriken von einer schweren Krankheit namens Phosphornekrose begleitet, die die Kiefer betraf, d.h. Zelltod sowie schwere Zahnfleischentzündungen und Zahnfleischbluten.
Mit der Ausweitung der Produktion häuften sich Fälle von schweren Vergiftungen unter Arbeitern. Unfälle nahmen so katastrophale Formen an, dass in Russland bereits 1862 eine Anordnung erlassen wurde, den Verkauf von weißem Phosphor zu beschränken.
Phosphor wurde nur mit Sondergenehmigungen der örtlichen Polizei verkauft.
Zündholzfabriken mussten hohe Steuern zahlen, und die Zahl der Unternehmen begann zu sinken. Aber der Bedarf an Streichhölzern hat nicht abgenommen, sondern ist im Gegenteil gewachsen. Verschiedene handwerkliche Streichhölzer tauchten auf, die illegal vertrieben wurden. All dies führte dazu, dass 1869 ein neues Dekret erlassen wurde, das es "überall, sowohl im Reich als auch im Königreich Polen, erlaubte, Phosphorzündhölzer ohne besondere Einschränkungen zum Verkauf anzubieten ...".
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Das Problem, weißen Phosphor zu ersetzen, stellte sich sehr akut. Die Regierungen vieler Länder sind zu dem Schluss gekommen, dass die Herstellung von Streichhölzern, die weißen Phosphor enthalten, mehr Verluste als Einnahmen bringt. In den meisten Ländern war die Herstellung solcher Streichhölzer gesetzlich verboten.
Aber es wurde ein Ausweg gefunden, relativ schnell stellte sich heraus, dass es möglich war, den 1848 entdeckten weißen Phosphor durch den roten zu ersetzen. Im Gegensatz zu weißem ist diese Art von Phosphor völlig ungefährlich. Roter Phosphor wurde in die Zusammensetzung der Streichholzmasse eingeführt. Doch die Erwartungen wurden nicht erfüllt. Die Streichhölzer brannten sehr schlecht. Sie fanden keinen Markt. Die Hersteller, die mit der Produktion begannen, gingen bankrott.
Bis Mitte des 19. Jahrhunderts wurden viele herausragende Erfindungen gemacht, und die Herstellung eines gewöhnlichen Streichholzes konnte keine zufriedenstellende Lösung finden.
Das Problem wurde 1855 in Schweden gelöst. Sicherheitszündhölzer wurden im selben Jahr auf der Internationalen Ausstellung in Paris präsentiert und erhielten eine Goldmedaille. Von diesem Moment an traten die sogenannten Schwedenspiele ihren Siegeszug um die Welt an. Ihr Hauptmerkmal war, dass sie sich nicht entzündeten, wenn sie gegen eine harte Oberfläche gerieben wurden. Das schwedische Streichholz wurde nur angezündet, wenn es an der mit einer speziellen Masse bedeckten Seite der Schachtel gerieben wurde.
So entstand das "sichere Feuer" in schwedischen Streichhölzern aus der großartigen Vereinigung von Reibung und chemischer Reaktion.
Das ist vielleicht alles! Lassen Sie uns Ihnen nun sagen, wie ein modernes Streichholz funktioniert. Die Masse eines Streichholzkopfes besteht zu 60 % aus Berthollet-Salz sowie brennbaren Stoffen, Schwefel oder einigen Metallsulfiden wie Antimonsulfid. Damit sich der Kopf langsam und gleichmäßig ohne Explosion entzündet, werden der Masse sogenannte Füllstoffe zugesetzt - Glaspulver, Eisenoxid (III) usw. Das Bindematerial ist Leim. Bertoletsches Salz kann durch Substanzen ersetzt werden, die Sauerstoff in großen Mengen enthalten, wie z. B. Kaliumbichromat.
Und woraus besteht die Hautpaste? Hier ist die Hauptkomponente
roter Phosphor. Mangan(IV)oxid, zerkleinertes Glas und Klebstoff werden hinzugefügt.
Sehen wir uns nun an, welche Vorgänge ablaufen, wenn ein Streichholz angezündet wird.
Wenn der Kopf an der Kontaktstelle an der Haut gerieben wird, entzündet sich durch den Sauerstoff des Bertolet-Salzes roter Phosphor. Bildlich gesprochen entsteht Feuer ursprünglich in der Haut. Er zündet den Streichholzkopf an. Darin entzündet sich Schwefel oder Antimon(III)-sulfid, wiederum durch den Sauerstoff des Bertolet-Salzes. Und dann leuchtet der Baum.
Jetzt gibt es viele Rezepte für Kopf- und Aufstrichkompositionen. Die einzigen konstanten Bestandteile sind Berthollet-Salz und roter Phosphor.
Aber das notwendige Element eines Streichholzes ist schließlich sein Holzteil oder Streichholz. Auch die Methoden seiner Herstellung haben eine lange Geschichte. Für primitive getauchte Streichhölzer wurde die Fackel von Hand mit einem Messer geschnitten. Jetzt arbeiten ausgeklügelte Maschinen in Streichholzfabriken. Der am besten geeignete Baum für die Herstellung von Streichholzstrohhalmen ist Espe. Der Espengrat wird zuerst geschliffen und gründlich gereinigt. Auf speziellen Maschinen wird aus einem Baumstamm eine dünne Holzplatte geschnitten. Dann wird es in lange dünne Stäbchen gespalten. Diese Stäbe werden bereits in einer anderen Maschine zu Streichhölzern verarbeitet. Als nächstes gelangt das Stroh in die Maschinen, wo eine Streichholzmasse an seinem Ende angebracht wird. Daneben werden Streichholzstrohhalme in der Regel einer speziellen Behandlung unterzogen, um beispielsweise Feuchtigkeit vorzubeugen.
Moderne Streichholzherstellung Mishins produzieren Hunderte Millionen Streichhölzer pro Tag.
Betrachten wir abschließend die Herstellung von Streichhölzern mit den Augen eines Ökonomen. Geht man davon aus, dass jeder Mensch im Durchschnitt täglich mindestens ein Streichholz verbringt, dann werden zur Deckung des Jahresbedarfs der Menschheit an Streichhölzern etwa 20 Millionen Espen benötigt, das sind fast eine halbe Million Hektar erstklassiger Espenwald.
Ist es nicht schwierig? Und für die Länder, in denen es wenige oder fast keine Wälder gibt, ist dies einfach nicht möglich. Wir haben versucht, Pappe anstelle von Holzstrohhalmen zu verwenden. Aber solche sanften Matches waren nicht erfolgreich. Sie sind sehr unbequem in der Handhabung.
Aus diesem Grund haben sich alle Arten von Feuerzeugen verbreitet - Benzin, Gas, elektrische Feuerzeuge für Gasherde usw. Und am Ende wird ihre Produktion billiger sein als die Herstellung von Streichhölzern.
Bedeutet das, dass das Streichholz eines Tages nur noch ein Museumsstück sein wird? Es ist schwierig, diese Frage zu beantworten. Es ist davon auszugehen, dass die Produktion von Streichhölzern in Zukunft reduziert werden kann.
Derzeit steht unser Land weltweit an erster Stelle bei der Herstellung von Streichhölzern. Moderne Streichholzfabriken sind mit Hochleistungsmaschinen ausgestattet, die eine Produktion von 500.000 Streichhölzern pro Stunde ermöglichen.
Mit der Erweiterung der Produktion wird die Technologie verbessert, neue Arten von Streichhölzern werden gemeistert, Jagd-, Sturm-, Gas- und Souvenirstreichhölzer werden in Sets hergestellt, deren bunte Etiketten die wichtigsten Ereignisse im Leben unseres Landes widerspiegeln.
Jagdstreichhölzer unterscheiden sich von einfachen Streichhölzern zusätzlich zu den üblichen
Köpfe und Strohhalme, sie haben eine zusätzliche Beschichtung unter dem Kopf. Die zusätzliche Brandmasse macht das Streichholz langbrennend mit großer heißer Flamme. Es brennt etwa 10 s, während ein einfaches Streichholz nur 2-3 s dauert. Solche Streichhölzer ermöglichen es, bei jedem Wetter Feuer zu machen.
Sturmspiele sind nicht weniger kurios. Sie haben keinen Kopf, aber die Beschichtung des „Körpers“ ist viel dicker als die von Streichhölzern. Ihre Brandmasse enthält viel Bertolet-Salz, daher die Fähigkeit zu entzünden, d.h. Die Sensibilität solcher Streichhölzer ist sehr hoch. Sie brennen für mindestens 10 s bei allen Wetterbedingungen, selbst bei stürmischem Wetter an 12 Punkten. Solche Streichhölzer werden besonders von Fischern und Seeleuten benötigt.
Gasstreichhölzer unterscheiden sich von gewöhnlichen dadurch, dass ihr Stab länger ist. Jetzt werden Streichhölzer mit Strohhalmen von 70 mm produziert. Mit diesem Streichholz können Sie mehrere Brenner gleichzeitig anzünden. Die Zugabe einiger Salze zur Brandmasse ermöglicht es, farbiges Feuer zu erhalten: rot, rosa, blau, grün, violett.
Streichhölzer werden in Schachteln unterschiedlicher Größe verpackt, die fünfzig, einhundert, zweihundert und sogar fünfhundert Streichhölzer enthalten. Derzeit ist die Streichholzproduktion vollständig automatisiert, was den Verkauf seiner Produkte zu relativ niedrigen Preisen ermöglicht. Früher wurde der Ausdruck "billiger als Streichhölzer" verwendet, was "fast kostenlos" bedeutet.
Natürlich wird es immer verschwenderischer, Holz für die Herstellung von Streichhölzern auszugeben. Immerhin werden dafür hunderte Hektar guten Waldes aufgewendet, an dessen Rettung inzwischen praktisch alle Länder der Welt interessiert sind, auch solche, die noch über recht große Waldbestände verfügen. Das Volumen der modernen Produktion und des Bauens wächst so schnell, dass die verbrauchte Holzmenge jedes Jahrzehnt erheblich zunimmt. Jetzt gilt es, Holz einzusparen und möglichst durch Produkte aus anderen Rohstoffen zu ersetzen.
Verschiedene Gegenstände des täglichen Lebens werden zunehmend aus Kunststoff hergestellt. Auf dem Weltmarkt sind in den letzten zehn Jahren die Preise für Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polystyrol und andere Materialien merklich gesunken.
Herstellung von Streichhölzern und Streichholzschachteln aus Kunststoff
Das Thema der Herstellung von Streichhölzern und Streichholzschachteln aus Kunststoff für den Massenverbraucher wird derzeit viel diskutiert. Wenn dies gelänge, würde eine echte Revolution in der Entwicklung der Streichholzindustrie stattfinden. Auf unserem ökologisch vernarbten Land könnten hunderte Hektar Wald gerettet werden, der viel schneller verbraucht wird, als seine Reserven wieder aufgefüllt werden.In Wirklichkeit ist jedoch nicht alles so einfach. Viele Kunststoffmaterialien sind schwer zu recyceln und verschmutzen zunehmend Ozeane und Land. Große Industriestädte kommen mit der Verarbeitung von Kunststoffabfällen kaum zurecht, unser einst sauberer Planet erstickt unter dem Ansturm synthetischer Abfälle. Natürlich werden auch Streichholzschachteln aus verschiedenen polymeren Materialien nach Gebrauch der Streichhölzer achtlos weggeworfen, wie es inzwischen bei ähnlichen Produkten aus Pappe und Holz der Fall ist. Dann werden zweifellos Moskau und die Region Moskau sowie viele andere Städte unseres leidenden Planeten ein neues Outfit aus der Verschwendung von Streichholzprodukten anziehen. Das wird nicht mehr das mythische Kleid des Königs aus dem wunderbaren Märchen des großen Andersen sein, sondern eine von Menschenhand aus polymeren Materialien für Mutter Erde gefertigte inquisitorische Toga.
Wo ist also der Ausgang? Wie lässt sich die Katastrophe vermeiden, die im intensiven Vertrieb von Kunststoffprodukten lauert? Es gibt natürlich einen Ausweg. Es werden und werden zunehmend künstliche Materialien eingesetzt, die sich unter dem Einfluss von Sonneneinstrahlung und Säuren im Boden auflösen. Diese synthetischen Materialien für die Herstellung von Streichholzschachteln und Streichhölzern werden zweifellos in naher Zukunft verwendet werden. Obwohl solche Produkte derzeit viel teurer sind als ähnliche Holzprodukte.
Die Herstellung sehr schöner Streichholzschachteln aus synthetischen Materialien erfordert eine erhebliche Investition. Auf den äußeren Streichholzschachteln aus Kunststoff wird ein Muster herausgedrückt und mit speziellen Maschinen eine Phosphormasse aufgetragen.
Natürlich ist der Preis im letzten Vierteljahrhundert aufgrund von Verbesserungen in der Herstellungstechnologie etwas gesunken, aber dennoch können synthetische Streichhölzer preislich immer noch nicht mit Streichhölzern aus Holz mithalten. Synthetische Streichhölzer werden in kleinen Chargen in mehreren westeuropäischen Ländern hergestellt. Billigere Rohstoffe und eine weitere Verbesserung der Ausrüstung sind erforderlich. Ist es unlösbar?
Denken Sie daran, dass Aluminium vor etwa 100 Jahren teurer war als Gold und erst dank der Entwicklung eines neuen elektrochemischen Verfahrens zu seiner Gewinnung erschwinglich und billig wurde.
Ein synthetisches Material für ein Streichholz zu erhalten, das ein Streichholz ersetzen kann und es ermöglicht, die Temperatur und die Verbrennungsgeschwindigkeit zu regulieren, ist vom technischen Standpunkt aus durchaus möglich, wenn das Problem der Massenproduktion synthetischer Streichhölzer durch die moderne Industrie gelöst wird.
Gegenwärtig verwendet die Firma Reifenhäuser in Deutschland Polystyrol für die Herstellung von Streichholzschachteln und Streichhölzern, und in Frankreich hat man mit der Herstellung von Wachszündhölzern begonnen, das heißt, das letzte Wort bei der Herstellung eines gewöhnlichen Streichholzes ist noch nicht gesprochen. Auf die junge Generation wartet ein umfangreiches Betätigungsfeld in diesem Bereich mit Sorgen und Erfolgen. Ich würde gerne glauben, dass wir uns auch weigern werden, Holz zu verwenden.
Chemische Nachrichten aus der chemischen Industrie
Erfahren Sie mehr über Neuigkeiten im Bereich Chemie, interessantPhosphor wurde vom deutschen Alchemisten Hennig Brand entdeckt. H. Brand war ein Hamburger Kaufmann, ging dann in Konkurs, verschuldete sich und beschloss, sein Glück in der Alchemie zu versuchen, um seine Verhältnisse zu verbessern. Nachdem er lange erfolglos gearbeitet hatte, beschloss er, nach dem „Stein der Weisen“ zu suchen. Zunächst beschloss Brand, in den Produkten eines lebenden Organismus nach dieser mysteriösen Substanz zu suchen. Aus mehreren Gründen, hauptsächlich mystischer Natur, wählte er für diesen Zweck Urin. Nachdem es fast bis zur Trockne eingedampft war, setzte Brand es starkem Erhitzen aus, wobei er beobachtete, dass eine weiße Substanz erhalten wurde, die unter Bildung von weißem Rauch brannte.
Alchemist H. Brand auf der Suche nach dem "Stein der Weisen",
habe tolle Sachen bekommen. Es stellte sich heraus, dass es sich um Phosphor handelte
Brand beschloss, diese Substanz zu sammeln und begann, den getrockneten Urin ohne Luft zu erhitzen. 1669 wurde seine Arbeit von einer unerwarteten Entdeckung gekrönt: In der Retorte bildete sich eine eigentümliche Substanz, die einen üblen Geschmack hatte, einen schwachen Knoblauchgeruch hatte, wie Wachs aussah, bei leichter Erwärmung schmolz und Dämpfe freisetzte, die im Dunkeln leuchteten. Brand fuhr mit der Hand über die Substanz – seine Finger begannen im Dunkeln zu leuchten, warf sie in kochendes Wasser – die Dämpfe verwandelten sich in spektakulär leuchtende Strahlen. Alles, was mit der resultierenden Substanz in Kontakt kam, erlangte die Fähigkeit zur Selbstlumineszenz. Man kann sich vorstellen, wie groß das Staunen des mystisch denkenden Brand war, der mit dem Glauben an den „Stein der Weisen“ aufgewachsen war. So wurde Phosphor entdeckt. Marke hat es benannt Kaltes Feuer("kaltes Feuer"), manchmal liebevoll "mein Feuer" genannt. Und obwohl Brand mit Hilfe eines neuen Leuchtstoffs keine einzige Verwandlung eines unedlen Metalls in Gold oder Silber herbeiführen konnte, brachte ihm das „kalte Feuer“ dennoch einen ganz erheblichen Nutzen.
Brand nutzte sehr geschickt das enorme Interesse, das die Entdeckung des Phosphors in Wissenschaft und Öffentlichkeit auslöste. Er begann, Phosphor in ziemlich bedeutenden Mengen zu produzieren. Die Methode, es zu erhalten, wurde von ihm in strengste Geheimhaltung gehüllt, und keiner der anderen Alchemisten konnte in sein Labor eindringen. Brand zeigte eine neue Substanz für Geld und verkaufte sie in kleinen Portionen zum Goldpreis und noch höher. 1730, d.h. 61 Jahre nach der Entdeckung kostete eine Unze (31 g) Phosphor in London 10,5 Chervonets und in Amsterdam 16 Chervonets. Es ist daher nicht verwunderlich, dass sich viele beeilten, verschiedene Experimente durchzuführen, um Brands Geheimnis aufzudecken.
Der deutsche Chemiker, Professor an der Universität Wittenberg, Johann Kunkel (1630–1703), interessierte sich besonders für Phosphor. Während der Reise traf er seinen Freund, den Chemiker Kraft aus Dresden, und überredete ihn, ein Geheimnis von Brand zu kaufen, um davon zu profitieren. Kraft besuchte Brand und es gelang ihm, das Geheimnis der Phosphorherstellung für 200 Taler zu kaufen. Kunkel gewann jedoch nichts von diesem Geschäft: Kraft teilte das erhaltene Geheimnis nicht mit ihm, sondern begann, durch die Höfe der Kurfürsten zu reisen, wie Brand Phosphor für Geld zu zeigen und riesige Summen mit diesem Geschäft zu verdienen.
Im Frühjahr 1676 veranstaltete Kraft am Hof des Kurfürsten Friedrich Wilhelm von Brandenburg eine Phosphor-Versuchssitzung. Am 24. April um 21 Uhr wurden alle Kerzen im Raum gelöscht, und Kraft zeigte die anwesenden Experimente mit "ewigem Feuer", ohne jedoch die Methode zu verraten, nach der diese magische Substanz hergestellt wurde.
Im Frühjahr des folgenden Jahres kam Kraft an den Hof von Herzog Johann Friedrich nach Hannover, wo zu dieser Zeit der deutsche Philosoph und Mathematiker G. W. Leibniz (1646–1716) als Bibliothekar tätig war. Kraft organisierte hier auch eine Versuchsreihe mit Phosphor, die insbesondere zwei Kolben zeigte, die wie Glühwürmchen leuchteten. Leibniz war wie Kunkel sehr an der neuen Substanz interessiert. Bei der ersten Sitzung fragte er Kraft, ob ein großes Stück dieser Substanz nicht in der Lage wäre, den ganzen Raum zu erhellen. Kraft stimmte zu, dass dies durchaus möglich, aber unpraktisch sei, da der Prozess der Herstellung der Substanz sehr kompliziert sei.
Leibniz' Versuche, Kraft zu überreden, dem Herzog das Geheimnis zu verkaufen, schlugen fehl. Dann ging Leibniz selbst nach Hamburg zu Brand. Hier gelang es ihm, einen Vertrag zwischen Herzog Johann Friedrich und Brand abzuschließen, wonach ersterer verpflichtet war, Brand 60 Taler für die Enthüllung des Geheimnisses zu zahlen. Von da an stand Leibniz in regelmäßigem Briefwechsel mit Brand.
Etwa zur gleichen Zeit traf II. Becher (1635-1682) in Hamburg ein mit dem Ziel, Brand an den Herzog von Mecklenburg zu locken. Brand wurde jedoch erneut von Leibniz abgefangen und nach Hannover zu Herzog Johann Friedrich gebracht. Leibniz war fest davon überzeugt, dass Brand der Entdeckung des „Steins der Weisen“ sehr nahe war, und riet daher dem Herzog, ihn nicht gehen zu lassen, bis er diese Aufgabe erledigt habe. Brand jedoch blieb fünf Wochen in Hannover, bereitete außerhalb der Stadt Nachschub an Phosphor vor, zeigte vertragsgemäß das Geheimnis der Produktion und ging.
Dann bereitete Brand eine beträchtliche Menge Phosphor für den Physiker Christian Huygens vor, der die Natur des Lichts untersuchte, und schickte einen Vorrat an Phosphor nach Paris.
Brand war jedoch sehr unzufrieden mit dem Preis, den Leibniz und Herzog Johann Friedrich ihm für die Enthüllung des Geheimnisses der Phosphorgewinnung zahlten. Er schickte einen wütenden Brief an Leibniz und beklagte, dass der erhaltene Betrag nicht einmal ausreiche, um seine Familie in Hamburg zu ernähren und die Reisekosten zu bezahlen. Ähnliche Briefe wurden an die Frau von Leibniz und Brand, Margarita, geschickt.
Brand war auch unzufrieden mit Kraft, dem er in Briefen seinen Unmut zum Ausdruck brachte und ihm vorwarf, das Geheimnis für 1000 Taler nach England weiterverkauft zu haben. Kraft leitete diesen Brief an Leibniz weiter, der Herzog Johann Friedrich riet, Brand nicht zu reizen, ihn großzügiger für die Enthüllung des Geheimnisses zu bezahlen, da er befürchtete, dass der Autor der Entdeckung in Form eines Racheakts das Rezept für die Herstellung teilen würde Phosphor mit jemand anderem. Leibniz selbst schickte einen beruhigenden Brief an Brand.
Anscheinend hat Brand eine Belohnung erhalten, tk. 1679 kam er erneut nach Hannover und arbeitete dort zwei Monate lang, erhielt ein Wochengehalt von 10 Talern zuzüglich Tisch- und Reisekosten. Die Korrespondenz zwischen Leibniz und Brand dauerte nach den in der Bibliothek Hannover aufbewahrten Briefen bis 1684.
Kehren wir nun zu Kunkel zurück. Laut Leibniz lernte Kunkel durch Kraft das Rezept zur Herstellung von Phosphor und machte sich an die Arbeit. Doch seine ersten Experimente blieben erfolglos. Er schrieb Brief um Brief an Brand und beschwerte sich, dass ihm ein Rezept zugeschickt worden sei, das für einen anderen Menschen sehr unverständlich sei. In einem Brief aus Wittenberg, wo Kunkel damals lebte, erkundigte er sich 1676 bei Brand nach den Einzelheiten des Vorgangs.
Am Ende hatte Kunkel Erfolg mit seinen Experimenten, indem er Brands Methode etwas modifizierte. Indem er trockenem Urin vor dem Destillieren etwas Sand hinzufügte, erhielt er Phosphor und ... erhob Anspruch auf Unabhängigkeit der Entdeckung. Im selben Jahr, im Juli, erzählte Kunkel seinem Freund, dem Wittenberger Universitätsprofessor Kaspar Kirchmeyer, von seinen Erfolgen, der zu diesem Thema eine Arbeit unter dem Titel "Lang gesuchte Dauernachtlampe, manchmal funkelnd, jetzt gefunden" veröffentlichte. " Kirchmeyer spricht in diesem Artikel von Phosphor als einem seit langem bekannten Leuchtstein, verwendet aber nicht den Begriff „Phosphor“ selbst, offensichtlich noch nicht an die damalige Zeit gewöhnt.
IN England, unabhängig von Brand, Kunkel und Kirchmeyer im Jahr 1680, wurde Phosphor von R. Boyle (1627–1691) erhalten. Boyle kannte Phosphor aus derselben Kraft. Bereits im Mai 1677 wurde Phosphor in der Royal Society of London demonstriert. Im Sommer desselben Jahres kam Kraft selbst mit Phosphor nach England. Boyle besuchte nach eigenen Angaben Kraft und sah Phosphor in seiner festen und flüssigen Form. Aus Dankbarkeit für den herzlichen Empfang deutete Kraft, als er sich von Boyle verabschiedete, an, dass die Hauptsubstanz seines Phosphors etwas dem menschlichen Körper innewohnendes sei. Offensichtlich reichte dieser Hinweis aus, um Boyles Arbeit einen Anstoß zu geben. Nach Krafts Abreise begann er, Blut, Knochen, Haare, Urin zu untersuchen, und 1680 waren seine Bemühungen, ein Leuchtelement zu erhalten, von Erfolg gekrönt.
Boyle begann, seine Entdeckung in Begleitung eines Assistenten, des Deutschen Gaukwitz, zu verwerten. Nach Boyles Tod im Jahr 1691 begann Gaukwitz mit der Phosphorproduktion und verbesserte sie im kommerziellen Maßstab. Durch den Verkauf von Phosphor für drei Pfund Sterling pro Unze und die Versorgung der wissenschaftlichen Institutionen und einzelnen Wissenschaftler Europas damit, sammelte Gaukwitz ein riesiges Vermögen an. Um Handelsbeziehungen aufzubauen, reiste er nach Holland, Frankreich, Italien und Deutschland. In London selbst gründete Gaukwitz ein Pharmaunternehmen, das zu seinen Lebzeiten berühmt wurde. Es ist merkwürdig, dass Gaukwitz trotz all seiner manchmal sehr gefährlichen Experimente mit Phosphor 80 Jahre alt wurde und seine drei Söhne und alle Menschen überlebte, die an den Arbeiten zur frühen Geschichte des Phosphors beteiligt waren.
Seit der Entdeckung des Phosphors durch Kunkel und Boyle ist sein Preis durch die Konkurrenz der Erfinder rapide gefallen. Schließlich begannen die Erben der Erfinder, für 10 Taler alle in das Geheimnis seiner Herstellung einzuweihen und senkten dabei den Preis. 1743 fand A. S. Marggraf einen noch besseren Weg, um Phosphor aus Urin herzustellen, und veröffentlichte ihn sofort, weil. Der Fischfang ist nicht mehr rentabel.
IN Derzeit wird Phosphor nirgendwo nach dem Brand-Kunkel-Boyle-Verfahren hergestellt, da es völlig unrentabel ist. Aus Gründen des historischen Interesses geben wir dennoch eine Beschreibung ihrer Methode.
Verrottender Urin wird zu einem sirupartigen Zustand verdampft. Die entstandene dickflüssige Masse wird mit der dreifachen Menge weißen Sandes vermischt, in eine mit Vorlage versehene Retorte gegeben und 8 Stunden auf gleichmäßigem Feuer erhitzt, bis die flüchtigen Substanzen entfernt sind, wonach die Erwärmung gesteigert wird. Der Empfänger ist mit weißem Dampf gefüllt, der sich dann in bläulichen festen und leuchtenden Phosphor verwandelt.
Phosphor erhielt seinen Namen aufgrund der Eigenschaft, im Dunkeln zu leuchten (von griechisch - leuchtend). Unter einigen russischen Chemikern bestand der Wunsch, dem Element einen rein russischen Namen zu geben: "Edelstein", "Feuerzeug", aber diese Namen haben keine Wurzeln geschlagen.
Lavoisier erkannte es als Ergebnis einer detaillierten Untersuchung der Verbrennung von Phosphor als erster als chemisches Element.
Das Vorhandensein von Phosphor im Urin gab Chemikern einen Grund, in anderen Teilen des Körpers von Tieren danach zu suchen. 1715 wurde Phosphor im Gehirn gefunden. Das signifikante Vorhandensein von Phosphor darin diente als Grundlage für die Behauptung, dass "ohne Phosphor kein Denken existiert". 1769 fand Yu. G. Gan Phosphor in den Knochen, und zwei Jahre später bewies K. V. Scheele, dass die Knochen hauptsächlich aus Kalziumphosphat bestehen, und schlug ein Verfahren zur Gewinnung von Phosphor aus der Asche vor, die nach dem Verbrennen von Knochen zurückbleibt. Schließlich zeigten 1788 M. G. Klaproth und J. L. Proust, dass Calciumphosphat ein in der Natur äußerst weit verbreitetes Mineral ist.
Die allotrope Modifikation des Phosphors – roter Phosphor – wurde 1847 von A. Schretter entdeckt. In einer Arbeit mit dem Titel "A New Allotropic State of Phosphorus" schreibt Schretter, dass Sonnenlicht weißen Phosphor in roten umwandelt und Faktoren wie Feuchtigkeit, atmosphärische Luft, keinen Einfluss haben. Schretter trennte den roten Phosphor durch Behandlung mit Schwefelkohlenstoff ab. Er stellte auch roten Phosphor her, indem er weißen Phosphor in einem Inertgas auf eine Temperatur von etwa 250 ° C erhitzte. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass eine weitere Temperaturerhöhung wieder zur Bildung einer weißen Modifikation führt.
Es ist sehr interessant, dass Schroetter als erster die Verwendung von rotem Phosphor in der Streichholzindustrie vorhergesagt hat. Auf der Weltausstellung in Paris 1855 wurde bereits von der Fabrik bezogener roter Phosphor vorgeführt.
Der russische Wissenschaftler A. A. Musin-Puschkin erhielt 1797 eine neue Modifikation von Phosphor - violetten Phosphor. Diese Entdeckung wird fälschlicherweise I. V. Gittorf zugeschrieben, der nach fast vollständiger Wiederholung der Musin-Puschkin-Methode erst 1853 violetten Phosphor erhielt.
1934 setzte Professor P. W. Bridgman weißen Phosphor einem Druck von bis zu 1100 atm aus , färbten es schwarz und erhielten so eine neue allotrope Modifikation des Elements. Neben der Farbe haben sich auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Phosphor verändert: Weißer Phosphor zum Beispiel entzündet sich spontan an der Luft, und Schwarz hat wie Rot diese Eigenschaft nicht.
Möglicherweise wurde elementarer Phosphor bereits im 12. Jahrhundert gewonnen. vom arabischen Alchemisten Alkhid Behil bei der Destillation von Urin mit Ton und Kalk, belegt dies ein altes alchemistisches Manuskript, das in der Pariser Bibliothek aufbewahrt wird. Die Entdeckung von Phosphor wird jedoch meist dem bankrotten Hamburger Kaufmann Hennig Brand zugeschrieben. Der Unternehmer beschäftigte sich mit Alchemie, um den Stein der Weisen und das Elixier der Jugend zu gewinnen, mit denen man seine finanzielle Situation leicht verbessern konnte.
Tatsächlich wurden Substanzen, die im Dunkeln leuchten können, seit der Antike Phosphore mit der hellen Hand der alten Griechen genannt, da sie dieses Wort hatten, das „Lichtträger“ bedeutet. Übrigens nannten sie den Planeten Venus Phosphor oder Luzifer, aber nur morgens, abends hatte er einen anderen Namen.
In der Geschichte der Enthüllung des Geheimnisses der Phosphorgewinnung wurde das 17. Jahrhundert zu einem wichtigen Meilenstein. Zum Beispiel entschied der Schuhmacher V. Kagaorolo, der sich mit Alchemie beschäftigte, dass ein Mineral namens "Baryt" in Gold (oder in einen Stein der Weisen) umgewandelt werden könnte, was helfen würde, dasselbe Problem zu lösen und gleichzeitig Probleme zu lösen mit Gesundheit und ewiger Jugend). Nachdem er Baryt mit Kohle und Öl kalziniert hatte, erhielt er den sogenannten "Bolognese-Phosphor", der einige Zeit im Dunkeln leuchtete.
In Sachsen nahm Balduin, ein Justizbeamter niedrigen Ranges (wie unser Volost-Vorarbeiter), aus irgendeinem Grund Experimente mit Kreide und Salpetersäure auf (aber es ist klar, warum: er war Alchemist). Nachdem er das Produkt der Wechselwirkung der Zutaten kalziniert hatte, entdeckte er ein Leuchten in der Retorte - es war wasserfreies Calciumnitrat, das "Baldwins Phosphor" genannt wurde.
Aber die Aufzeichnung der hellsten Seite in dieser Geschichte wurde von Honnig Brand begonnen, über die es sich lohnt, ausführlicher zu sprechen, denn selbst der große Lavoisier hinterließ kurze Informationen über ihn, nachdem sie sich 1678 kennengelernt hatten. In seiner Jugend war er also Soldat Er erklärte sich selbst zum Arzt, ohne sich mit einer medizinischen Ausbildung belasten zu müssen. Die Heirat mit einer wohlhabenden Frau ermöglichte es, in großem Stil zu leben und Handel zu treiben. Die Alchemie lockte H. Brand mit dem Geheimnis, Gold zu gewinnen.
Oh, wie war er hingerissen von der Idee, welche Anstrengungen er unternommen hat, um sie umzusetzen! Im Glauben daran, dass die Produkte der Lebenstätigkeit des Menschen, des „Königs der Natur“, die sogenannte Primärenergie enthalten können, begann der unermüdliche Experimentator, menschlichen Urin gewissermaßen im industriellen Maßstab zu destillieren: in den Kasernen der Soldaten , er hat insgesamt eine ganze Tonne davon gesammelt! Und er verdampfte zu einem sirupartigen Zustand (natürlich nicht auf einmal!) Und nach der Destillation destillierte er das resultierende „Urinöl“ erneut und kalzinierte es für eine lange Zeit. Dadurch bildete sich in der Retorte weißer Staub, der sich am Boden absetzte und glühte, weshalb Brand es „kaltes Feuer“ nannte. Brands Zeitgenossen nannten diese Substanz wegen ihrer Fähigkeit, im Dunkeln zu leuchten, Phosphor (ein weiteres griechisches jwsjoroV).
1682 veröffentlichte Brand seine Forschungsergebnisse und gilt heute zu Recht als Entdecker des Elements Nr. 15. Phosphor war das erste Element, dessen Entdeckung dokumentiert wurde, und sein Entdecker ist bekannt.
Das Interesse an der neuen Substanz war enorm, und Brand nutzte dies – er demonstrierte Phosphor nur gegen Geld oder tauschte kleine Mengen davon gegen Gold. Trotz zahlreicher Bemühungen konnte sich der Hamburger Kaufmann seinen lang gehegten Traum, mit „kaltem Feuer“ aus Blei Gold zu gewinnen, nicht erfüllen, und so verkaufte er das Rezept zur Gewinnung einer neuen Substanz bald für zweihundert Taler an einen gewissen Kraft aus Dresden. Dem neuen Besitzer gelang es, mit Phosphor ein viel größeres Vermögen zu machen - mit "kaltem Feuer" reiste er durch ganz Europa und demonstrierte es Wissenschaftlern, hochrangigen und sogar königlichen Leuten, zum Beispiel Robert Boyle, Gottfried Leibniz, Karl II. Obwohl die Methode zur Herstellung von Phosphor streng vertraulich behandelt wurde, gelang es Robert Boyle 1682, sie zu erhalten, aber er offenbarte seine Methode auch nur auf einer geschlossenen Sitzung der Royal Society of London. Boyles Methode wurde nach seinem Tod im Jahr 1692 veröffentlicht.
Im Frühjahr 1676 veranstaltete Kraft am Hof des Kurfürsten Friedrich Wilhelm von Brandenburg eine Phosphor-Versuchssitzung. Am 24. April um 21 Uhr wurden alle Kerzen im Raum gelöscht, und Kraft zeigte die anwesenden Experimente mit "ewigem Feuer", ohne jedoch die Methode zu verraten, nach der diese magische Substanz hergestellt wurde.
Im Frühjahr des folgenden Jahres kam Kraft an den Hof des Herzogs Johann Friedrich nach Hannover3, wo zu dieser Zeit der deutsche Philosoph und Mathematiker G. W. Leibniz (1646-1716) als Bibliothekar tätig war. Kraft organisierte hier auch eine Versuchsreihe mit Phosphor, die insbesondere zwei Kolben zeigte, die wie Glühwürmchen leuchteten. Leibniz war wie Kunkel sehr an der neuen Substanz interessiert. Bei der ersten Sitzung fragte er Kraft, ob ein großes Stück dieser Substanz nicht in der Lage wäre, den ganzen Raum zu erhellen. Kraft stimmte zu, dass dies durchaus möglich, aber unpraktisch sei, da der Prozess der Herstellung der Substanz sehr kompliziert sei.
Leibniz' Versuche, Kraft zu überreden, dem Herzog das Geheimnis zu verkaufen, schlugen fehl. Dann ging Leibniz selbst nach Hamburg zu Brand. Hier gelang es ihm, einen Vertrag zwischen Herzog Johann Friedrich und Brand abzuschließen, wonach ersterer verpflichtet war, Brand 60 Taler für die Enthüllung des Geheimnisses zu zahlen. Von da an stand Leibniz in regelmäßigem Briefwechsel mit Brand.
Etwa zur gleichen Zeit traf II. Becher (1635-1682) in Hamburg ein mit dem Ziel, Brand an den Herzog von Mecklenburg zu locken. Brand wurde jedoch erneut von Leibniz abgefangen und nach Hannover zu Herzog Johann Friedrich gebracht. Leibniz war fest davon überzeugt, dass Brand der Entdeckung des „Steins der Weisen“ sehr nahe war, und riet daher dem Herzog, ihn nicht gehen zu lassen, bis er diese Aufgabe erledigt habe. Brand jedoch blieb fünf Wochen in Hannover, bereitete außerhalb der Stadt Nachschub an Phosphor vor, zeigte vertragsgemäß das Geheimnis der Produktion und ging.
Dann bereitete Brand eine beträchtliche Menge Phosphor für den Physiker Christian Huygens vor, der die Natur des Lichts untersuchte, und schickte einen Vorrat an Phosphor nach Paris.
Brand war jedoch sehr unzufrieden mit dem Preis, den Leibniz und Herzog Johann Friedrich ihm für die Enthüllung des Geheimnisses der Phosphorgewinnung zahlten. Er schickte einen wütenden Brief an Leibniz und beklagte, dass der erhaltene Betrag nicht einmal ausreiche, um seine Familie in Hamburg zu ernähren und die Reisekosten zu bezahlen. Ähnliche Briefe wurden an die Frau von Leibniz und Brand, Margarita, geschickt.
Brand war auch unzufrieden mit Kraft, dem er in Briefen seinen Unmut zum Ausdruck brachte und ihm vorwarf, das Geheimnis für 1000 Taler nach England weiterverkauft zu haben. Kraft leitete diesen Brief an Leibniz weiter, der Herzog Johann Friedrich riet, Brand nicht zu reizen, ihn großzügiger für die Enthüllung des Geheimnisses zu bezahlen, da er befürchtete, dass der Autor der Entdeckung in Form eines Racheakts das Rezept für die Herstellung teilen würde Phosphor mit jemand anderem. Leibniz selbst schickte einen beruhigenden Brief an Brand.
Anscheinend hat Brand eine Belohnung erhalten, tk. 1679 kam er erneut nach Hannover und arbeitete dort zwei Monate lang, erhielt ein Wochengehalt von 10 Talern zuzüglich Tisch- und Reisekosten. Die Korrespondenz zwischen Leibniz und Brand dauerte nach den in der Bibliothek Hannover aufbewahrten Briefen bis 1684.
Kehren wir nun zu Kunkel zurück. Laut Leibniz lernte Kunkel durch Kraft das Rezept zur Herstellung von Phosphor und machte sich an die Arbeit. Doch seine ersten Experimente blieben erfolglos. Er schrieb Brief um Brief an Brand und beschwerte sich, dass ihm ein Rezept zugeschickt worden sei, das für einen anderen Menschen sehr unverständlich sei. In einem Brief aus Wittenberg, wo Kunkel damals lebte, erkundigte er sich 1676 bei Brand nach den Einzelheiten des Vorgangs.
Am Ende hatte Kunkel Erfolg mit seinen Experimenten, indem er Brands Methode etwas modifizierte. Indem er trockenem Urin vor dem Destillieren etwas Sand hinzufügte, erhielt er Phosphor und ... erhob Anspruch auf Unabhängigkeit der Entdeckung. Im selben Jahr, im Juli, erzählte Kunkel seinem Freund, dem Wittenberger Universitätsprofessor Kaspar Kirchmeyer, von seinen Erfolgen, der zu diesem Thema eine Arbeit unter dem Titel "Lang gesuchte Dauernachtlampe, manchmal funkelnd, jetzt gefunden" veröffentlichte. " Kirchmeyer spricht in diesem Artikel von Phosphor als einem seit langem bekannten Leuchtstein, verwendet aber nicht den Begriff „Phosphor“ selbst, offensichtlich noch nicht an die damalige Zeit gewöhnt.
In England, unabhängig von Brand, Kunkel und Kirchmeyer, wurde Phosphor 1680 von R. Boyle (1627-1691) gewonnen. Boyle kannte Phosphor aus derselben Kraft. Bereits im Mai 1677 wurde Phosphor in der Royal Society of London demonstriert. Im Sommer desselben Jahres kam Kraft selbst mit Phosphor nach England. Boyle besuchte nach eigenen Angaben Kraft und sah Phosphor in seiner festen und flüssigen Form. Aus Dankbarkeit für den herzlichen Empfang deutete Kraft, als er sich von Boyle verabschiedete, an, dass die Hauptsubstanz seines Phosphors etwas dem menschlichen Körper innewohnendes sei. Offensichtlich reichte dieser Hinweis aus, um Boyles Arbeit einen Anstoß zu geben. Nach Krafts Abreise begann er, Blut, Knochen, Haare, Urin zu untersuchen, und 1680 waren seine Bemühungen, ein Leuchtelement zu erhalten, von Erfolg gekrönt.
Boyle begann, seine Entdeckung in Begleitung eines Assistenten, des Deutschen Gaukwitz, zu verwerten. Nach Boyles Tod im Jahr 1691 begann Gaukwitz mit der Phosphorproduktion und verbesserte sie im kommerziellen Maßstab. Durch den Verkauf von Phosphor für drei Pfund Sterling pro Unze und die Versorgung der wissenschaftlichen Institutionen und einzelnen Wissenschaftler Europas damit, sammelte Gaukwitz ein riesiges Vermögen an. Um Handelsbeziehungen aufzubauen, reiste er nach Holland, Frankreich, Italien und Deutschland. In London selbst gründete Gaukwitz ein Pharmaunternehmen, das zu seinen Lebzeiten berühmt wurde. Es ist merkwürdig, dass Gaukwitz trotz all seiner manchmal sehr gefährlichen Experimente mit Phosphor 80 Jahre alt wurde und seine drei Söhne und alle Menschen überlebte, die an den Arbeiten zur frühen Geschichte des Phosphors beteiligt waren.
Seit der Entdeckung des Phosphors durch Kunkel und Boyle ist sein Preis durch die Konkurrenz der Erfinder rapide gefallen. Schließlich begannen die Erben der Erfinder, für 10 Taler alle in das Geheimnis seiner Herstellung einzuweihen und senkten dabei den Preis. 1743 fand A. S. Marggraf einen noch besseren Weg, um Phosphor aus Urin herzustellen, und veröffentlichte ihn sofort, weil. Der Fischfang ist nicht mehr rentabel.
Derzeit wird Phosphor nirgendwo nach dem Brand-Kunkel-Boyle-Verfahren hergestellt, da es völlig unrentabel ist. Aus historischem Interesse wollen wir dennoch ihre Methode beschreiben.
Verrottender Urin wird zu einem sirupartigen Zustand verdampft. Die entstandene dickflüssige Masse wird mit der dreifachen Menge weißen Sandes vermischt, in eine mit Vorlage versehene Retorte gegeben und 8 Stunden auf gleichmäßigem Feuer erhitzt, bis die flüchtigen Substanzen entfernt sind, wonach die Erwärmung gesteigert wird. Der Empfänger ist mit weißem Dampf gefüllt, der sich dann in bläulichen festen und leuchtenden Phosphor verwandelt.
Phosphor erhielt seinen Namen aufgrund der Eigenschaft, im Dunkeln zu leuchten (von griechisch - leuchtend). Unter einigen russischen Chemikern bestand der Wunsch, dem Element einen rein russischen Namen zu geben: "Edelstein", "Feuerzeug", aber diese Namen haben keine Wurzeln geschlagen.
Lavoisier erkannte es als Ergebnis einer detaillierten Untersuchung der Verbrennung von Phosphor als erster als chemisches Element.
Das Vorhandensein von Phosphor im Urin gab Chemikern einen Grund, in anderen Teilen des Körpers von Tieren danach zu suchen. 1715 wurde Phosphor im Gehirn gefunden. Das signifikante Vorhandensein von Phosphor darin diente als Grundlage für die Behauptung, dass "ohne Phosphor kein Denken existiert". 1769 fand Yu. G. Gan Phosphor in den Knochen, und zwei Jahre später bewies K. V. Scheele, dass die Knochen hauptsächlich aus Kalziumphosphat bestehen, und schlug ein Verfahren zur Gewinnung von Phosphor aus der Asche vor, die nach dem Verbrennen von Knochen zurückbleibt. Schließlich zeigten 1788 M. G. Klaproth und J. L. Proust, dass Calciumphosphat ein in der Natur äußerst weit verbreitetes Mineral ist.
Die allotrope Modifikation des Phosphors – roter Phosphor – wurde 1847 von A. Schretter entdeckt. In einer Arbeit mit dem Titel "A New Allotropic State of Phosphorus" schreibt Schretter, dass Sonnenlicht weißen Phosphor in roten umwandelt und Faktoren wie Feuchtigkeit, atmosphärische Luft, keinen Einfluss haben. Schretter trennte den roten Phosphor durch Behandlung mit Schwefelkohlenstoff ab. Er stellte auch roten Phosphor her, indem er weißen Phosphor in einem Inertgas auf eine Temperatur von etwa 250 ° C erhitzte. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass eine weitere Temperaturerhöhung wieder zur Bildung einer weißen Modifikation führt.
Es ist sehr interessant, dass Schroetter als erster die Verwendung von rotem Phosphor in der Streichholzindustrie vorhergesagt hat. Auf der Weltausstellung in Paris 1855 wurde bereits von der Fabrik bezogener roter Phosphor vorgeführt.
Der russische Wissenschaftler A. A. Musin-Pushkin erhielt 1797 eine neue Modifikation von Phosphor - violetten Phosphor. Diese Entdeckung wird fälschlicherweise I. V. Gittorf zugeschrieben, der nach fast vollständiger Wiederholung der Musin-Puschkin-Methode erst 1853 violetten Phosphor erhielt.
1934 setzte Professor P. W. Bridgman weißen Phosphor einem Druck von bis zu 1100 atm aus, wandelte ihn in schwarz um und erhielt so eine neue allotrope Modifikation des Elements. Neben der Farbe haben sich auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Phosphor verändert: Weißer Phosphor zum Beispiel entzündet sich spontan an der Luft, und Schwarz hat wie Rot diese Eigenschaft nicht.
Phosphor (aus dem Griechischen phosphoros - luminiferous; lat. Phosphorus) - ein Element des Periodensystems der chemischen Elemente des Periodensystems, eines der häufigsten Elemente der Erdkruste, sein Gehalt beträgt 0,08-0,09% seiner Masse. Die Konzentration im Meerwasser beträgt 0,07 mg/l. Aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität kommt es im freien Zustand nicht vor. Es bildet etwa 190 Minerale, von denen die wichtigsten Apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH), Phosphorit Ca 3 (PO 4) 2 und andere sind. Phosphor findet sich in allen Teilen grüner Pflanzen und noch mehr in Früchten und Samen (siehe Phospholipide). Enthalten in tierischem Gewebe, ist Bestandteil von Proteinen und anderen essentiellen organischen Verbindungen (ATP, DNA), ist ein Element des Lebens.
Geschichte
Phosphor wurde 1669 vom Hamburger Alchemisten Hennig Brand entdeckt. Wie andere Alchemisten versuchte Brand, den Stein der Weisen zu finden, erhielt aber eine leuchtende Substanz. Brand konzentrierte sich auf Experimente mit menschlichem Urin, weil er glaubte, dass dieser mit seiner goldenen Farbe Gold oder etwas enthalten könnte, das für den Bergbau notwendig ist. Seine Methode bestand zunächst darin, dass der Urin zunächst mehrere Tage abgesetzt wurde, bis der unangenehme Geruch verschwand, und dann zu einem klebrigen Zustand gekocht wurde. Indem er diese Paste auf hohe Temperaturen erhitzte und sie zum Aussehen von Blasen brachte, hoffte er, dass sie, wenn sie kondensiert würden, Gold enthalten würden. Nach mehreren Stunden intensiven Kochens wurden Körner einer weißen wachsartigen Substanz erhalten, die sehr hell brannten und außerdem im Dunkeln flackerten. Die Marke nannte diese Substanz Phosphor mirabilis (lat. „wundersamer Lichtträger“). Brands Entdeckung des Phosphors war die erste Entdeckung eines neuen Elements seit der Antike.
Etwas später wurde Phosphor von einem anderen deutschen Chemiker, Johann Kunkel, erhalten.
Unabhängig von Brand und Kunkel wurde Phosphor von R. Boyle gewonnen, der ihn in dem 1693 veröffentlichten Artikel „Methode zur Herstellung von Phosphor aus menschlichem Urin“ vom 14. Oktober 1680 beschrieb.
Ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Phosphor wurde 1743 von Andreas Marggraf veröffentlicht.
Es gibt Hinweise darauf, dass arabische Alchemisten im 12. Jahrhundert Phosphor gewinnen konnten.
Dass Phosphor eine einfache Substanz ist, wurde von Lavoisier bewiesen.
Herkunft des Namens
1669 gewann Henning Brand durch Erhitzen einer Mischung aus weißem Sand und verdunstetem Urin eine im Dunkeln leuchtende Substanz, die zunächst „kaltes Feuer“ genannt wurde. Der Zweitname „Phosphor“ kommt von den griechischen Wörtern „φῶς“ – Licht und „φέρω“ – ich trage. In der antiken griechischen Mythologie wurde der Name Phosphorus (oder Eosphorus, andere griechische Φωσφόρος) vom Wächter des Morgensterns getragen.
Erhalt
Phosphor wird aus Apatiten oder Phosphoriten durch Wechselwirkung mit Koks und Kieselsäure bei einer Temperatur von 1600 ° C gewonnen:
2Ca 3 (PO 4 ) 2 + 10 C + 6 SiO 2 → P4 + 10 CO + 6 CaSiO 3 .
Der entstehende weiße Phosphordampf kondensiert im Receiver unter Wasser. Anstelle von Phosphoriten können auch andere Verbindungen reduziert werden, beispielsweise Metaphosphorsäure:
4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.
Physikalische Eigenschaften
Elementarer Phosphor repräsentiert unter normalen Bedingungen mehrere stabile allotrope Modifikationen; Das Problem der Phosphorallotropie ist komplex und noch nicht vollständig gelöst. Normalerweise gibt es vier Modifikationen einer einfachen Substanz - weißer, roter, schwarzer und metallischer Phosphor. Manchmal werden sie auch als die wichtigsten allotropen Modifikationen bezeichnet, was impliziert, dass alle anderen eine Vielzahl dieser vier sind. Unter normalen Bedingungen gibt es nur drei allotrope Modifikationen von Phosphor, und unter Ultrahochdruckbedingungen gibt es auch eine metallische Form. Alle Modifikationen unterscheiden sich in Farbe, Dichte und anderen physikalischen Eigenschaften; Beim Übergang von weißem zu metallischem Phosphor besteht eine deutliche Tendenz zu einer starken Abnahme der chemischen Aktivität und zu einer Zunahme der metallischen Eigenschaften.
Chemische Eigenschaften
Die chemische Aktivität von Phosphor ist viel höher als die von Stickstoff. Die chemischen Eigenschaften von Phosphor werden maßgeblich durch seine allotrope Modifikation bestimmt. Weißer Phosphor ist sehr aktiv, beim Übergang zu rotem und schwarzem Phosphor nimmt die chemische Aktivität stark ab. Weißer Phosphor leuchtet im Dunkeln an der Luft, das Leuchten ist auf die Oxidation von Phosphordampf zu niederen Oxiden zurückzuführen.
Phosphor besteht im flüssigen und gelösten Zustand sowie in Dämpfen bis 800 °C aus P 4 -Molekülen. Beim Erhitzen über 800 ° C dissoziieren die Moleküle: P 4 \u003d 2P 2. Bei Temperaturen über 2000 °C zerfallen Moleküle in Atome.
