فسفر در سال 1669 توسط کیمیاگر برانت کشف شد، زمانی که در جستجوی "سنگ فیلسوف"، او باقیمانده خشک ادرار را به شدت با زغال سنگ بدون دسترسی به هوا گرم کرد. ماده جدا شده در هوا می درخشد و سپس آتش می گیرد. برای این ویژگی، برانت نام آن را "فسفر" گذاشت، یعنی. حامل نور ("نور حامل").
پس از کشف فسفر تا صد سال دیگر ماده ای کمیاب و گران قیمت بود، زیرا... محتوای آن در ادرار ناچیز است و به دست آوردن آن مشکل است. تنها پس از سال 1771، زمانی که شیمیدان سوئدی شیله روشی را برای به دست آوردن فسفر از استخوان ها ابداع کرد، امکان بدست آوردن آن در مقادیر قابل توجهی فراهم شد.
ویژگی های فسفر
دومین عنصر معمولی در گروه پنجم یک نافلز است. بالاترین حالت اکسیداسیونی که فسفر می تواند نشان دهد 5+ است. ترکیبات حاوی فسفر در حالت اکسیداسیون کمتر از 5+ به عنوان عوامل کاهنده عمل می کنند. در عین حال، ترکیبات فسفر + 5 در محلول ها عامل اکسید کننده نیستند. ترکیبات اکسیژن فسفر پایدارتر از ترکیبات نیتروژن هستند. ترکیبات هیدروژنی پایداری کمتری دارند.
ترکیبات طبیعی و تولید فسفر
فسفر در پوسته زمین بیشتر از نیتروژن، گوگرد و کلر است. برخلاف نیتروژن، فسفر در طبیعت فقط به صورت ترکیبات وجود دارد. مهم ترین کانی های فسفر آپاتیت Ca5X(PO4)3 (X فلوئور است و کمتر کلر و گروه هیدروکسیل است) و فسفریت که اساس آن Ca3(PO4)2 است. علاوه بر این، فسفر بخشی از برخی از مواد پروتئینی است و در گیاهان و موجودات حیوانی و انسانی یافت می شود.
فسفر آزاد از مواد خام طبیعی حاوی فسفر با کاهش دمای بالا (1500 درجه سانتیگراد) با کک در حضور ماسه به دست می آید. دومی اکسید کلسیم را به سرباره - سیلیکات کلسیم متصل می کند. در مورد احیای فسفریت، واکنش کلی را می توان با معادله نشان داد:
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = CaSiO3 + 5CO + P2
مونوکسید کربن و فسفر بخار حاصله همراه با آب وارد یخچال می‌شود و در آنجا متراکم شده و فسفر سفید جامد را تشکیل می‌دهد.
خواص فیزیکی و شیمیایی
بخارات فسفر در دمای زیر 1000 درجه سانتیگراد حاوی مولکولهای چهار اتمی P4 هستند که به شکل چهار وجهی هستند. در دماهای بالاتر، تفکیک حرارتی رخ می دهد و محتوای مولکول های P2 دو اتمی در مخلوط افزایش می یابد. تجزیه دومی به اتم های فسفر در بالای 2500 درجه سانتیگراد رخ می دهد.
اصلاح سفید فسفر که از تراکم بخار حاصل می شود دارای یک شبکه کریستالی مولکولی است که مولکول های P4 در گره های آن قرار دارند. به دلیل ضعف نیروهای بین مولکولی، فسفر سفید فرار، قابل ذوب است، می توان آن را با چاقو برش داد و در حلال های غیر قطبی مانند دی سولفید کربن حل می شود. فسفر سفید یک ماده بسیار واکنش پذیر است. به شدت با اکسیژن، هالوژن ها، گوگرد و فلزات واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون فسفر در هوا با گرم شدن و درخشندگی همراه است. بنابراین، فسفر سفید در زیر آب ذخیره می شود که با آن واکنش نشان نمی دهد. فسفر سفید بسیار سمی است.
در طول نگهداری طولانی مدت، و همچنین هنگام گرم شدن، فسفر سفید به یک تغییر قرمز تبدیل می شود. فسفر قرمز یک ماده پلیمری است که در دی سولفید کربن نامحلول است و سمیت کمتری نسبت به فسفر سفید دارد. اکسید شدن فسفر قرمز دشوارتر از فسفر سفید است، در تاریکی نمی درخشد و فقط در دمای 250 درجه سانتیگراد مشتعل می شود.
پایدارترین اصلاح فسفر، فسفر سیاه است. از تبدیل آلوتروپیک فسفر سفید در دمای 220 درجه سانتیگراد و فشار 1200 مگاپاسکال به دست می آید. از نظر ظاهری شبیه گرافیت است. ساختار کریستالی فسفر سیاه لایه ای است که از لایه های موجدار تشکیل شده است. مانند فسفر قرمز، در اینجا نیز هر اتم فسفر با پیوندهای کووالانسی به سه همسایه مرتبط است. فاصله بین اتم های فسفر 0.387 نانومتر است. فسفر سفید و قرمز عایق هستند و فسفر سیاه یک نیمه رسانا با فاصله باند 0.33 eV است. از نظر شیمیایی، فسفر سیاه کمترین واکنش را دارد و فقط در دمای بالای 400 درجه سانتیگراد مشتعل می شود.
فسفر در تعامل با فلزات یک عملکرد اکسیداتیو از خود نشان می دهد: 3Ca + 2P = Ca3P2
به عنوان یک عامل کاهنده، فسفر در واکنش با غیر فلزات فعال - هالوژن، اکسیژن، گوگرد و همچنین با عوامل اکسید کننده قوی عمل می کند:
2P + 3S = P2S3 2P + 5S = P2S5
به روشی مشابه با اکسیژن و کلر تعامل دارد.
P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
در محلول های قلیایی وقتی گرم می شود، فسفر سفید نامتناسب است:
8P + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2РН3 + 3Ba(H2PO2)2
اکسید فسفر شیمیایی (3+) ماهیتی اسیدی دارد:
P2O3 + 3H2O = 2H3PO3
اسید فسفر بلورهای بی رنگ و قابل ذوبی است که در آب بسیار محلول هستند. با توجه به ساختار شیمیایی آن، یک چهار وجهی تحریف شده است که در مرکز آن یک اتم فسفر با اوربیتال های هیبریدی sp3 وجود دارد و رئوس آن توسط دو گروه هیدروکسیل و اتم های هیدروژن و اکسیژن اشغال شده است. اتم هیدروژن که مستقیماً به فسفر متصل است قادر به جایگزینی نیست و بنابراین اسید فسفر حداکثر دو باز است و اغلب با فرمول H2[HPO3] نشان داده می شود. اسید فسفر یک اسید با قدرت متوسط است. نمک های آن - فسفیت ها - از واکنش P2O3 با قلیاها به دست می آیند:
P2O3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + H2O
فلز قلیایی و فسفیت کلسیم به راحتی در آب حل می شوند.
هنگام گرم شدن، اسید فسفر نامتناسب می شود:
4H3PO3 = PH3 + 3H3PO4
اسید فسفر توسط بسیاری از عوامل اکسید کننده، از جمله هالوژن ها، به عنوان مثال:
H3PO3 + Cl2 + H2O = H3PO4 + 2HCl
اسید فسفر معمولاً از هیدرولیز تری هالیدهای فسفر بدست می آید:
RG3 + 3H2O = H3PO3 + 3NG
هنگامی که فسفیت های تک جایگزین گرم می شوند، نمک های اسید پیروفسفر (دی فسفر) به دست می آیند - پیروفسفیت ها:
2NaH2PO3 = Na2H2P2O5 + H2O
پیروفسفیت ها هنگام جوشاندن با آب هیدرولیز می شوند:
Na2H2P2O5 + 3H2O = 2NaOH + 2H3PO3
اسید پیروفسفر H4P2O5 (پنتااکسودی فسفریک اسید)، مانند اسید فسفر، فقط دوبازیک و نسبتاً ناپایدار است.
اسید فسفر دیگری (+3) شناخته شده است - اسید متافسفر پلیمری (HPO2)n که ضعیف مطالعه شده است.
مشخص ترین اکسید فسفر P2O5 - پنتوکسید دی فسفر است. این ماده جامد سفید رنگی است که به راحتی در حالت شیشه ای به دست می آید. در حالت بخار، مولکول های اکسید فسفر (5+) دارای ترکیب P4O10 هستند. جامد P2O5 تغییرات متعددی دارد. یکی از اشکال اکسید فسفر (+5) دارای ساختار مولکولی با مولکولهای P4O10 در محل‌های شبکه است. از نظر ظاهری، این اصلاح شبیه یخ است. چگالی کمی دارد، به راحتی به بخار تبدیل می شود، به خوبی در آب حل می شود و واکنش پذیر است. P2O5 قوی ترین معرف آبگیری است. از نظر شدت اثر خشک کردن، نسبت به جاذب های رطوبتی مانند CaCl2، NaOH، H2SO4 و غیره بسیار برتر است. هنگامی که P2O5 هیدراته می شود، ابتدا اسید متافسفریک تشکیل می شود:
P2O5 + H2O = 2HPO3
هیدراتاسیون بیشتر که به طور متوالی منجر به اسید پیروفسفریک و اورتوفسفریک می شود:
2HPO3 + H2O = H4P2O7 و H4P2O7 + H2O = 2H3PO4
تاریخ کشف عناصر شیمیایی پر از درام های شخصی، شگفتی های مختلف، اسرار مرموز و افسانه های شگفت انگیز است.
گاهی اوقات یک پایان غم انگیز در انتظار محقق بود، به عنوان مثال، برای کاشف فلوئور اتفاق افتاد. اما بیشتر اوقات ، موفقیت همراه وفادار کسانی بود که می دانستند چگونه از نزدیک به پدیده های طبیعی نگاه کنند.
سنگ‌های باستانی قسمت‌هایی از زندگی یک سرباز بازنشسته و یک تاجر هامبورگ را برای ما حفظ کرده‌اند. نام او هنیگ برند (حدود 1630-؟) بود. امور بازرگانی او خوب پیش نمی رفت و به همین دلیل بود که در پی رهایی از فقر بود. او را به طرز وحشتناکی افسرده کرد. و برند تصمیم گرفت شانس خود را در کیمیاگری امتحان کند. علاوه بر این، در قرن هفدهم. برخلاف قرن بیستم ما یافتن «سنگ فیلسوفی» که بتواند فلزات پایه را به طلا تبدیل کند کاملاً ممکن تلقی می شد.
برند هنیگ و فسفر
برند قبلاً آزمایش های زیادی با مواد مختلف انجام داده بود، اما در هیچ چیز مفیدی موفق نبود. یک روز تصمیم گرفت آزمایش شیمیایی با ادرار انجام دهد. او آن را تقریباً تا حد خشک شدن تبخیر کرد و رسوب زرد روشن باقیمانده را با زغال سنگ و ماسه مخلوط کرد و آن را بدون دسترسی به هوا در یک مخزن حرارت داد. در نتیجه، برند ماده جدیدی دریافت کرد که دارای خاصیت شگفت انگیز درخشش در تاریکی بود.بنابراین، در سال 1669، فسفر کشف شد که نقش بسیار مهمی در طبیعت زنده دارد: در دنیای گیاهان، در بدن حیوانات و انسان.
دانشمند خوشحال برای استفاده از خاصیت غیرمعمول ماده جدید دیری نگرفت و شروع به نشان دادن فسفر درخشان به مردم نجیب برای پاداش نسبتاً بالا کرد. هر چیزی که با فسفر در تماس بود توانایی درخشش را به دست آورد. کافی بود انگشتان، موها یا اشیاء را با فسفر آغشته کنید و آنها با نور مرموز آبی مایل به سفید چشمک زدند. ثروتمندان آن زمان با تفکرات مذهبی و عرفانی از دستکاری های مختلف برند با این ماده «الهی» شگفت زده شدند. او هوشمندانه از علاقه ی عظیم دانشمندان و عموم مردم به فسفر سوء استفاده کرد و شروع به فروش آن به قیمتی کرد که حتی از قیمت طلا هم فراتر رفت. X. برند فسفر را در مقادیر زیاد تولید می کرد و روش به دست آوردن آن را کاملاً محرمانه نگه می داشت. هیچ یک از کیمیاگران دیگر نتوانستند به آزمایشگاه او نفوذ کنند و به همین دلیل بسیاری از آنها با تب شروع به انجام آزمایش های مختلف کردند و سعی در کشف راز ساخت فسفر داشتند.
شیمیدان معروف آلمانی I. Kunkel (1630-1703) به دوست و همکار خود I. Kraft توصیه کرد که X. Brand را متقاعد کند که راز بدست آوردن فسفر را بفروشد. آی کرافت موفق شد کاشف را متقاعد کند که این معامله را با 100 تالر انجام دهد، اما صاحب جدید راز به دست آوردن «شعله ابدی» فردی خودخواه بود و بدون اینکه به دوستش I. Kunkel چیزی بگوید. او شروع به کسب مبالغ هنگفتی از تظاهرات فسفر برای مردم کرد.
I. Kunkel
جی لایبنیتس، ریاضیدان و فیلسوف برجسته آلمانی نیز فرصت را از دست نداد و راز تولید فسفر را از اچ. برند کسب کرد.جی. لایب نیتس
به زودی دستور تهیه "آتش سرد" برای I. Kunkel و K. Kirchmeyer شناخته شد و در سال 1680 راز تولید فسفر توسط شیمیدان مشهور R. Boyle در انگلستان کشف شد. پس از مرگ R. Boyle، شاگرد او، A. Gankwitz آلمانی، روش به دست آوردن فسفر را بهبود بخشید، تولید آن را تأسیس کرد و حتی سعی کرد اولین کبریت ها را بسازد. او فسفر را برای موسسات علمی اروپایی و افرادی که مایل به خرید آن بودند تامین می کرد. برای گسترش روابط تجاری، A. Gankwitz از هلند، فرانسه، ایتالیا و آلمان بازدید کرد و قراردادهای جدیدی برای فروش فسفر منعقد کرد. او در لندن یک شرکت داروسازی تاسیس کرد که شهرت زیادی پیدا کرد. عجیب است که A. Gankwitz، علیرغم کار طولانی خود با فسفر و آزمایشات بسیار خطرناک با آن، تا هشتاد سالگی زندگی کرد. او از سه پسرش و همه کسانی که در کار مربوط به تاریخ اولیه فسفر شرکت کردند جان سالم به در برد.از زمان کشف آن توسط I. Kunkel و R. Boyle، قیمت فسفر به سرعت شروع به کاهش کرد و در نهایت وارثان کاشف شروع به معرفی راز به دست آوردن فسفر برای تنها 10 تالر کردند.
مراحل مطالعه فسفر
در تاریخ شیمی، فسفر با اکتشافات بزرگ بسیاری همراه است. با این حال، تنها یک قرن پس از کشف فسفر، از دنیای تجارت و سود به دنیای علم نقل مکان کرد. اما تنها یک رویداد در طول این دوره طولانی را می توان به علم واقعی نسبت داد، و آن را با سال 1715، زمانی که I. Gensing فسفر را در بافت مغز کشف کرد، مرتبط است. این بعدها به عنوان پایه ای برای این ضرب المثل عمل کرد: "بدون فسفر هیچ فکری وجود ندارد."یو گان در سال 1769 فسفر را در استخوان‌ها یافت و دو سال بعد شیمیدان معروف سوئدی نشان داد که استخوان‌ها عمدتاً از فسفات کلسیم تشکیل شده‌اند و روشی را برای به دست آوردن فسفر از خاکستری که هنگام سوزاندن استخوان‌ها تشکیل می‌شود پیشنهاد کرد.
J. Proust و M. Klaproth در سال 1788 شیوع بسیار بالای مواد معدنی حاوی فسفات کلسیم را در طبیعت ثابت کردند.
محققان دریافته اند که فسفر فقط در حضور هوای معمولی، یعنی هوای حاوی رطوبت می درخشد. این رفتار فسفر به دلیل اکسیداسیون آهسته آن توسط اکسیژن اتمسفر است. در همان زمان، ازن نیز تشکیل می شود و به هوا طراوت عجیبی می بخشد که در طوفان های رعد و برق بهاری برای ما شناخته شده است. فسفر بدون حرارت قابل توجه می درخشد و به این واکنش نورتابی شیمیایی می گویند. نه تنها در طی اکسیداسیون آهسته فسفر، بلکه در طی برخی فرآیندهای شیمیایی و بیوشیمیایی دیگر نیز مشاهده می شود که به عنوان مثال، درخشش کرم های شب تاب، حشرات پوسیده، پلانکتون های اقیانوسی و غیره رخ می دهد.
M. Klaproth
در اوایل دهه 70 قرن 18. شیمیدان فرانسوی Antoine Laurent Lavoisier، با انجام آزمایشات مختلف بر روی احتراق فسفر و سایر مواد در یک ظرف بسته، به طور قانع کننده ای ثابت کرد که فسفر یک جسم ساده است. و هوا، به نظر او، ترکیب پیچیده ای دارد و در درجه اول از دو جزء تشکیل شده است - اکسیژن و نیتروژن.در پایان دو قرن، در سال 1799، انگلیسی A. Dondonald کشف کرد که ترکیبات فسفر برای رشد طبیعی موجودات گیاهی ضروری است. یک انگلیسی دیگر - جی. لوز در سال 1839 اولین کسی بود که سوپر فسفات - یک کود فسفر را به دست آورد که بعدها نقش بسیار مهمی در افزایش بهره وری محصولات کشاورزی ایفا کرد.
در روسیه در سال 1797، A.A. Musin-Pushkin یک نوع آلوتروپیک از فسفر - فسفر بنفش را به دست آورد. با این حال، در ادبیات، کشف فسفر بنفش به اشتباه به I. Hittorf نسبت داده شده است، که با استفاده از روش A. A. Musin-Pushkin، آن را تنها در سال 1853 به دست آورد.
در سال 1848، شیمیدان اتریشی A. Schrötter یک اصلاح آلوتروپیک فسفر - فسفر قرمز را کشف کرد. او چنین فسفری را با حرارت دادن فسفر سفید تا دمای حدود 250 درجه سانتیگراد در اتمسفر مونوکسید کربن (IV) به دست آورد. جالب است بدانید که شروتر اولین کسی بود که به امکان استفاده از فسفر قرمز در ساخت کبریت اشاره کرد. در سال 1855، فسفر قرمز، به دست آمده در شرایط کارخانه، در نمایشگاه جهانی پاریس به نمایش گذاشته شد.
P. Bridgen فیزیکدان مشهور آمریکایی در سال 1917، با گرم کردن فسفر تا 200 درجه سانتیگراد تحت فشاری در حدود 1.27 GPa، یک اصلاح آلوتروپیک جدید - فسفر سیاه را دریافت کرد. مانند فسفر قرمز، فسفر دوم در هوا مشتعل نمی شود.
بنابراین، دهه‌های زیادی طول کشید تا خواص فیزیکی و شیمیایی فسفر مورد مطالعه قرار گیرد و تغییرات آلوتروپیک جدید آن کشف شود. مطالعه فسفر این امکان را به وجود آورد که بفهمیم چه نقشی در زندگی گیاهان و حیوانات دارد. فسفر به معنای واقعی کلمه در تمام قسمت‌های گیاهان سبز یافت می‌شود که نه تنها آن را برای نیازهای خود جمع می‌کنند، بلکه آن را به حیوانات نیز می‌رسانند. این یکی از مراحل چرخه فسفر در طبیعت است
فسفر و طبیعت
اهمیت فسفر کمتر از نیتروژن نیست. در چرخه بزرگ طبیعی مواد شرکت می کند و اگر فسفر نبود، گیاهان و جانوران کاملاً متفاوت بود. با این حال، فسفر در طبیعت زیاد رایج نیست، عمدتاً به صورت مواد معدنی است و 0.08٪ از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد. از نظر شیوع در بین سایر عناصر در رتبه سیزدهم قرار دارد. جالب است بدانید که فسفر تقریباً 1.16 درصد در بدن انسان را تشکیل می دهد. از این مقدار، 0.75 درصد به بافت استخوان، حدود 0.25 درصد به بافت عضلانی و حدود 0.15 درصد به بافت عصبی اختصاص دارد.فسفر به ندرت در مقادیر زیاد یافت می شود و به طور کلی باید به عنوان یک عنصر کمیاب طبقه بندی شود. به صورت آزاد در طبیعت یافت نشده است، زیرا دارای یک خاصیت بسیار مهم است - به راحتی اکسید می شود، اما در بسیاری از مواد معدنی یافت می شود که تعداد آنها در حال حاضر 190 است. مهمترین آنها فلوراپاتیت، هیدروکسی آپاتیت، و فسفریت ویویانیت، مونازیت، آمبلیگونیت، تریفیلیت و در مقادیر بسیار محدود زنوتیت و توربرنیت تا حدودی کمتر رایج هستند.
در مورد مواد معدنی فسفر، آنها به اولیه و ثانویه تقسیم می شوند. در میان اولیه، شایع ترین آپاتیت ها هستند که عمدتاً سنگ هایی با منشاء آذرین هستند. ترکیب شیمیایی آپاتیت کلسیم فسفات حاوی مقداری فلوراید کلسیم و کلرید کلسیم است. این چیزی است که وجود مواد معدنی فلوراپاتیت و کلراپاتیت را تعیین می کند. علاوه بر این، آنها حاوی 5 تا 36 درصد P2 05 هستند. به طور معمول، این کانی ها بیشتر در ناحیه ماگما یافت می شوند، اما اغلب در مکان هایی یافت می شوند که سنگ های آذرین با سنگ های رسوبی تماس پیدا می کنند. از میان تمام ذخایر فسفات شناخته شده، مهمترین آنها در نروژ و برزیل است. یک ذخایر داخلی بزرگ از آپاتیت ها توسط آکادمیک A.E. Fersman در Khibiny در سال 1925 کشف شد. A.E. Fersman نوشت: "آپاتیت عمدتاً ترکیبی از اسید فسفریک و کلسیم است." آن آپاتیت، که در یونانی به معنای "فریبنده" است. اینها یا بلورهای شفاف هستند که به قدری یادآور بریل یا حتی کوارتز هستند، سپس توده های متراکمی هستند که از سنگ آهک ساده قابل تشخیص نیستند، سپس کره های شعاعی هستند، یا سنگ دانه ای و براق است، مانند سنگ مرمر دانه درشت.
آپاتیت ها در نتیجه فرآیندهای هوازدگی، فعالیت باکتری ها و تخریب توسط اسیدهای مختلف خاک، به اشکالی تبدیل می شوند که به راحتی توسط گیاهان مصرف می شوند و بنابراین در چرخه بیوشیمیایی درگیر می شوند. لازم به ذکر است که فسفر فقط از نمک های محلول اسید فسفریک جذب می شود. با این حال، فسفر تا حدی از خاک شسته می شود و مقدار زیادی از آن که توسط گیاهان جذب می شود، به خاک باز نمی گردد و همراه با محصول از بین می رود. همه اینها منجر به تخلیه تدریجی خاک می شود. هنگامی که کودهای فسفر به خاک اضافه می شود، بهره وری افزایش می یابد.
علیرغم تقاضای قابل توجه برای کودهای فسفاته، به نظر می رسد نگرانی خاصی در مورد کاهش ذخایر مواد خام برای تولید آنها وجود ندارد. این کودها را می توان از طریق فرآوری پیچیده مواد خام معدنی، رسوبات کف دریا و سنگ های مختلف زمین شناسی غنی از فسفر به دست آورد.
تجزیه ترکیبات غنی از فسفر با منشاء آلی اغلب مواد گازی و مایع تولید می کند. گاهی اوقات می توانید انتشار گاز با بوی ماهی فاسد - هیدروژن فسفید یا فسفین PH3 را مشاهده کنید. همزمان با فسفین، محصول دیگری تشکیل می شود - دی فسفین، P2 H4، که یک مایع است. بخار دی فسفین خود مشتعل شده و گاز فسفین را مشتعل می کند. این امر ظهور به اصطلاح "will-o'-the-wisps" را در مکان هایی مانند گورستان ها و مرداب ها توضیح می دهد.
«Will-o’-the-wisps» و موارد دیگر از درخشش فسفر و ترکیبات آن باعث ترس خرافی در بسیاری از افرادی شد که با اصل این پدیده ها آشنا نبودند. این همان چیزی است که Academician S.I. در مورد کار با فسفر گازی به یاد می آورد. ولفکوویچ: «فسفر در یک کوره الکتریکی نصب شده در دانشگاه مسکو در خیابان موخوایا تولید شد. از آنجایی که این آزمایش ها برای اولین بار در کشور ما در آن زمان انجام شد، من اقدامات احتیاطی لازم را هنگام کار با فسفر گازی - یک عنصر سمی، خود سوز و مایل به آبی درخشان - انجام ندادم. در طول ساعات زیادی کار در کوره برقی، بخشی از فسفر گازی آزاد شده، لباس‌ها و حتی کفش‌هایم را چنان اشباع می‌کرد که وقتی شبانه از دانشگاه در امتداد تاریکی و خیابان‌های بی‌نور مسکو راه می‌رفتم، لباس‌هایم درخششی مایل به آبی ساطع می‌کرد. ، و از زیر کفش هایم (وقتی آنها را روی سنگفرش مالیدم) جرقه هایی زده شد.
هر بار جمعیتی پشت سرم جمع می‌شدند که در میان آنها، علیرغم توضیحات من، افراد زیادی بودند که در من نماینده «تازه ظهور» جهان دیگر را می‌دیدند. به زودی، در میان ساکنان منطقه خیابان موخوایا و در سرتاسر مسکو، داستان‌های خارق‌العاده‌ای درباره راهب نورانی دهان به دهان منتقل می‌شد...»
فسفین و دی فسفین در طبیعت بسیار نادر هستند و بیشتر اوقات باید با ترکیبات فسفر مانند فسفریت ها سر و کار داشته باشید. اینها مواد معدنی فسفات ثانویه با منشا آلی هستند که نقش مهمی در کشاورزی دارند. در جزایر اقیانوس آرام، در شیلی و پرو، آنها بر اساس مدفوع پرندگان - گوانو، که در آب و هوای خشک، در لایه های ضخیم، اغلب بیش از صد متر تجمع می یابد، تشکیل شدند.
تشکیل فسفریت ها همچنین می تواند با بلایای زمین شناسی همراه باشد، به عنوان مثال، با عصر یخبندان، زمانی که مرگ حیوانات گسترده بود. فرآیندهای مشابهی در اقیانوس با مرگ دسته جمعی جانوران دریایی امکان پذیر است. تغییرات سریع در شرایط هیدرولوژیکی که ممکن است با فرآیندهای مختلف ساختمان کوهستان، به ویژه با عمل آتشفشان های زیر آب همراه باشد، بدون شک در برخی موارد منجر به مرگ جانوران دریایی می شود. فسفر از بقایای آلی تا حدی توسط گیاهان جذب می شود، اما عمدتاً در آب دریا حل می شود و به اشکال معدنی تبدیل می شود. آب دریا حاوی فسفات در مقادیر نسبتاً زیادی است - 100-200 میلی گرم در متر مکعب. در طی فرآیندهای شیمیایی خاصی در آب دریا، فسفات ها می توانند رسوب کرده و در کف آن تجمع کنند. و هنگامی که بستر دریا در دوره های مختلف زمین شناسی بالا می رود، رسوبات فسفریت به خشکی ختم می شود. به روشی مشابه، یک ذخایر بزرگ فسفریت داخلی می‌توانست در نزدیکی کارا تائو در قزاقستان تشکیل شود. فسفوریت ها نیز در منطقه مسکو یافت می شوند.
چرخه فسفر در طبیعت
توضیح خوبی از مهمترین مراحل چرخه فسفر در طبیعت می تواند سخنان دانشمند معروف، یکی از بنیانگذاران جهت علم داخلی برای مطالعه کودهای فسفر، Ya. V. Samoilov باشد: "فسفر از رسوبات فسفریت ما منشا بیوشیمیایی دارد. این عنصر از آپاتیت، یک ماده معدنی که تقریباً تمام فسفر لیتوسفر در آن وجود دارد، به بدن گیاهان، از گیاهان به بدن حیوانات، که متمرکز کننده واقعی فسفر هستند، منتقل می شود. فسفر پس از عبور از یک سری از بدن حیوانات، در نهایت از چرخه بیوشیمیایی خارج شده و به چرخه معدنی باز می گردد. در شرایط خاص فیزیکی و جغرافیایی، مرگ دسته جمعی موجودات جانوری در دریا اتفاق می افتد
در مورد مسابقه
اولین آتش توسط انسان به روشی بسیار ابتدایی ایجاد شد - با مالیدن دو تکه چوب، و گرد و غبار چوب و خاک اره آنقدر داغ شد که خود به خود مشتعل شد. مردم باستان راه های مختلفی برای ایجاد آتش با اصطکاک می دانستند: اغلب یک چوب چوبی تیز به سرعت می چرخید و آن را روی یک تخته خشک قرار می داد. این روش اکنون قابل تکرار است، اما به هیچ وجه ساده نیست و نیاز به تلاش و مهارت فراوان دارد. این گونه است که انسان هزاران سال است که آتش می‌افزاید.
شگفت انگیز است! اگر به این واقعیت ساده فکر کنید، متوجه می شوید که هر قدم یک انسان در مسیر پیشرفت چقدر سخت بوده است.
چوب های چوبی با سنگ چخماق معروف جایگزین شد. این یک وسیله بسیار ساده است: یک تکه فولاد یا پیریت مس بر روی سنگ چخماق زده شد و جرقه ای از آن زده شد و ماده قابل اشتعال را مشتعل کرد.
این روش که توسط یک مرد باستانی به ما داده شد، در طول جنگ بزرگ میهنی، زمانی که کشور با کمبود شدید کبریت مواجه شد، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت.
با کمال تعجب، تنها 200 سال پیش در روسیه و در سرتاسر جهان، سنگ چخماق و فتیله فولادی عملاً تنها "مطابقات" مردی بودند که نه تنها توانست اهرام مصر را بسازد، بلکه موتور بخار جیمز وات را نیز به وجود آورد. اولین قایق بخار رابرت فولتون، بافندگی و بسیاری اختراعات بزرگ دیگر، اما نه کبریت. بعد به دنیا آمدند! راه رسیدن به آنها دشوار و بزرگ بود، مانند هر مسیری که انسان به دنیای ناشناخته ها وارد می کند.
یونانیان و رومیان باستان راه دیگری برای ایجاد آتش می‌دانستند - استفاده از پرتوهای خورشیدی متمرکز شده توسط یک عدسی یا یک آینه مقعر. ارشمیدس دانشمند بزرگ یونان باستان با زیرکی از این روش استفاده کرد و همانطور که افسانه می گوید ناوگان دشمن را با کمک یک آینه عظیم آتش زد. اما این روش تولید آتش به دلیل امکانات بسیار محدود استفاده از آن، به دلیل نیاز به خورشید، کاربرد چندانی ندارد.
توسعه تمدن، پیشرفت علمی و فناوری فرصت‌های جدیدی را در حوزه‌های مختلف فعالیت‌های انسانی گشود.
پس از سال 1700 تعداد قابل توجهی ابزار برای تولید آتش اختراع شد که جالب ترین آنها دستگاه آتش زا Döbereiner است که در سال 1823 در ینا ساخته شد. مخترع این دستگاه از خواص گاز منفجر کننده برای احتراق خود به خود در حضور اسفنج استفاده کرد. پلاتین، یعنی ریز خرد شده
با این حال، چنین دستگاهی، البته، برای استفاده گسترده نامناسب بود.
داریم به لحظه ای نزدیک می شویم که بالاخره برای اولین بار کلمه "مچ" شنیده شد. هنوز مشخص نشده است که چه کسی این کلمه را وارد کرده است، اما کار در این مسیر ادامه دارد و امیدواریم خوانندگان جوان ما را در این امر یاری کنند.
در اینجا ما باید یک پل کوچک برای فسفر و کاشف آن - سرباز هامبورگ، تاجر بعدی و کیمیاگر Hennig Brand - بسازیم. عنصر جدید فسفر هنگام مالش قابل اشتعال است. محققان هنگام ایجاد کبریت از این خاصیت استفاده کردند.
دستیار و شاگرد R. Boyle، آلمانی با استعداد و مبتکر، A. Gankwitz، فسفر خالص را از فسفات به دست آورد و به فکر ساخت کبریت های پوشیده از گوگرد افتاد که در اثر مالیدن به یک تکه فسفر مشتعل می شوند. اما این مرحله اول باید بهبود می یافت و مسابقات برای استفاده گسترده راحت تر می شد.
این امر زمانی ممکن شد که شیمیدان معروف فرانسوی سی. برتوله نمکی به نام کلرات پتاسیم KClO3 به نام نمک برتوله به دست آورد. هموطن او شانسل از این کشف بهره برد و در سال 1805 ماشین های آتش زا فرانسوی را اختراع کرد. کلرات پتاسیم همراه با گوگرد، رزین، شکر و صمغ عربی به چوب چوبی زده شد و در تماس با اسید سولفوریک غلیظ، احتراق رخ داد. این واکنش گاهی بسیار شدید بود و ماهیت انفجاری داشت.
Wagemann آلمانی اهل توبینگن در سال 1806 از اختراع شانسل استفاده کرد، اما قطعات آزبست را به اسید سولفوریک اضافه کرد تا فرآیند احتراق را کاهش دهد. او به زودی به برلین نقل مکان کرد و تولید به اصطلاح فندک برلین را سازمان داد. کارخانه ای که او ایجاد کرد، اولین تولید بزرگ مواد محترقه بود که بیش از 400 نفر در آن مشغول به کار بودند. مخلوط آتش زا مشابهی در "پرومته" (کبریت های جان) ساخته شده در سال 1828 در انگلستان استفاده شد.
در سال 1832، کبریت های خشک در وین ظاهر شد. آنها توسط L. Trevani اختراع شدند؛ او سر یک نی چوبی را با مخلوطی از نمک Berthollet با گوگرد و چسب پوشاند. اگر چنین کبریتی را روی کاغذ سنباده بکشید، سر آن مشتعل می شود. اما حتی در این مورد، همه چیز موفقیت آمیز نبود؛ گاهی اوقات سر با انفجار مشتعل می شد و این منجر به سوختگی جدی می شد.
راه های بهبود بیشتر مسابقات بسیار روشن بود: لازم بود چنین ترکیبی برای سر کبریت ساخته شود تا با آرامش روشن شود. به زودی مشکل حل شد. ترکیب جدید شامل نمک برتوله، فسفر سفید و چسب بود. کبریت هایی با چنین پوششی به راحتی در هنگام مالیدن روی هر سطح سخت، شیشه، کف کفش یا تکه چوب مشتعل می شوند.
مخترع اولین کبریت های فسفر یک جوان فرانسوی نوزده ساله به نام چارلز سوریا بود. در سال 1831، یک آزمایشگر جوان فسفر سفید را به مخلوطی از نمک برتوله و گوگرد اضافه کرد تا خاصیت انفجاری آن را تضعیف کند. این ایده بسیار موفق بود، زیرا خرده های روغن کاری شده با ترکیب حاصل به راحتی در هنگام مالش آتش گرفتند. دمای احتراق چنین کبریت ها نسبتاً کم است - 30 درجه سانتیگراد. S. Soria جوان سعی کرد برای اختراع خود حق ثبت اختراع به دست آورد، اما، متأسفانه، انجام این کار بسیار دشوارتر از ایجاد اولین کبریت های فسفر بود. برای ثبت اختراع باید مبلغ بسیار زیادی پرداخت می شد و اس. سوریا آن نوع پول را نداشت. یک سال بعد، کبریت فسفر دوباره توسط شیمیدان آلمانی J. Kammerer ایجاد شد.
بنابراین، سفر طولانی بلوغ رحم اولین کبریت به پایان رسید و همزمان در دستان چندین مخترع متولد شد. با این حال، سرنوشت خوشحال شد که افتخارات برتری در این کشف را به یاکوب فردریش کامرر (1796-1857) واگذار کرد و سال 1832 را برای آیندگان به عنوان سال تولد کبریت ها، بزرگترین کشف قرن نوزدهم، حفظ کرد. نقش مهمی در تاریخ توسعه فرهنگ بشری ایفا کرد.
بسیاری از مردم به دنبال دریافت جایزه کاشفان کبریت بودند، اما تاریخ نام جی.کامرر را در بین همه مدعیان برای ما حفظ کرده است. اولین کبریت فسفر در سال 1836 از هامبورگ به روسیه آورده شد و به قیمت بسیار بالایی فروخته شد - هر صد روبل نقره. پیشنهادهایی وجود دارد که شاعر بزرگ ما A.S. پوشکین در آخرین سال زندگی خود از چنین کبریت های فسفر استفاده می کرد و در شب های طولانی زمستان زیر نور شمع کار می کرد.
البته جوانان سن پترزبورگ از نشان دادن مسابقات فسفر در توپ ها و سالن های مد روز دریغ نمی کردند و تلاش می کردند به هیچ وجه از اروپای غربی پایین تر نباشند. فقط حیف شد که A.S. Pushkin وقت نداشت یک بیت شاعرانه را به کبریت اختصاص دهد - اختراع فوق العاده و بسیار مهمی که اکنون آنقدر مفید و آشنا است که ما حتی به سرنوشت پیچیده ظاهر کبریت فکر نمی کنیم. به نظر ما کبریت ها همیشه در کنار ما بوده اند. اما در واقع اولین کارخانه خانگی کبریت سازی تنها در سال 1837 در سن پترزبورگ ساخته شد.
کمی بیش از 150 سال از زمانی که ساکنان ایالت روسیه اولین کبریت های داخلی را دریافت کردند می گذرد و با درک اهمیت این اختراع، خیلی سریع تولید کبریت را راه اندازی کردند.
در سال 1842، تنها در استان سن پترزبورگ، 9 کارخانه کبریت سازی وجود داشت که روزانه 10 میلیون کبریت تولید می کردند. قیمت کبریت به شدت کاهش یافت و از 3-5 کوپک تجاوز نکرد. مس برای 100 قطعه. روش ساخت کبریت به قدری ساده بود که در اواسط قرن نوزدهم در روسیه. شروع به به خود گرفتن خصلت یک صنعت صنایع دستی کرد. بنابراین، در 1843-1844. مشخص شد که کبریت ها به مقدار قابل توجهی در خانه ساخته می شوند.
آنها در دورافتاده ترین نقاط روسیه توسط دهقانان کارآفرین تولید می شدند و بنابراین از مالیات پنهان می شدند. با این حال، ماهیت بسیار قابل اشتعال فسفر منجر به آتش سوزی های بزرگ شد. بسیاری از روستاها و دهکده ها به معنای واقعی کلمه در آتش سوختند.
مقصر این بلایا فسفر سفید بود که به راحتی می تواند مشتعل شود. در حین حمل و نقل، کبریت ها اغلب به دلیل اصطکاک آتش می گرفتند. آتش های عظیمی در مسیر قطارهای کبریت شعله ور شد و اسب های دیوانه با گاری های سوزان دردسرهای زیادی را به همراه آورد.
در سال 1848، بالاترین فرمان امپراتوری، که توسط نیکلاس اول امضا شد، به دنبال داشت که تولید کبریت های آتش زا را فقط در پایتخت ها مجاز می کرد و کبریت ها باید در قوطی های حلبی 1000 قطعه بسته بندی می شدند. در ادامه این فرمان آمده است: مایلیم به گسترش شدید استفاده از کبریت های آتش زا توجه ویژه ای داشته باشیم؛ ما خوشحالیم که در جریان آتش سوزی هایی که امسال رخ داد، در برخی شهرها بیش از 12000000 روبل مصرف شد. آتش افروزان اغلب جنایت خود را با کبریت انجام می دادند.
علاوه بر این، فسفر سفید یکی از سمی ترین مواد است.
بنابراین، کار در کارخانه های کبریت سازی با بیماری جدی به نام نکروز فسفر همراه بود که فک ها را تحت تأثیر قرار می دهد. مرگ سلولی و همچنین التهاب شدید و خونریزی لثه.
با گسترش تولید، موارد مسمومیت جدی در بین کارگران افزایش یافت. حوادث چنان اشکال فاجعه باری به خود گرفتند که در روسیه در سال 1862 دستور محدود کردن فروش فسفر سفید صادر شد.
فروش فسفر فقط با مجوزهای ویژه پلیس محلی آغاز شد.
کارخانه های کبریت سازی مجبور شدند مالیات های زیادی بپردازند و تعداد شرکت ها شروع به کاهش کرد. اما نیاز به مسابقات کاهش نیافت، بلکه برعکس، بیشتر شد. کبریت های مختلف صنایع دستی ظاهر شد و به صورت غیرقانونی توزیع شد. همه اینها به این واقعیت منجر شد که در سال 1869 فرمان جدیدی صادر شد که به "در همه جا، چه در امپراتوری و چه در پادشاهی لهستان، اجازه می‌داد بدون محدودیت خاصی، کبریت‌های فسفر را برای فروش بسازند...".
در نیمه دوم قرن نوزدهم. مشکل جایگزینی فسفر سفید بسیار حاد شد. دولت‌های بسیاری از کشورها به این نتیجه رسیده‌اند که تولید کبریت‌های حاوی فسفر سفید بیشتر از درآمد ضرر دارد. در اکثر کشورها تولید این گونه کبریت ها طبق قانون ممنوع بود.
اما راه حلی پیدا شد؛ نسبتاً سریع جایگزین فسفر سفید با رنگ قرمز که در سال 1848 کشف شد امکان پذیر شد. این نوع فسفر برخلاف سفید کاملاً بی ضرر است. فسفر قرمز به توده کبریت وارد شد. اما انتظارات برآورده نشد. کبریت ها خیلی ضعیف روشن می شدند. فروش پیدا نکردند. تولیدکنندگانی که شروع به تولید کردند ورشکست شدند.
در اواسط قرن نوزدهم، بسیاری از اختراعات برجسته ساخته شده بود، اما ساخت یک کبریت معمولی نمی توانست راه حل رضایت بخشی پیدا کند.
این مشکل در سال 1855 در سوئد حل شد. مسابقات ایمنی در همان سال در نمایشگاه بین المللی پاریس ارائه شد و مدال طلا دریافت کرد. از آن لحظه به بعد، مسابقات به اصطلاح سوئدی راهپیمایی پیروزی خود را در سراسر جهان آغاز کردند. ویژگی اصلی آنها این بود که هنگام مالش روی هیچ سطح سختی مشتعل نمی شدند. کبریت سوئدی فقط در صورتی روشن می شد که روی سطح کناری جعبه مالیده می شد و با جرم خاصی پوشانده می شد.
بنابراین، "آتش ایمن" در مسابقات سوئدی از اتحاد باشکوه نیروی اصطکاک و واکنش شیمیایی متولد شد.
احتمالاً همین است! اجازه دهید اکنون به شما بگوییم که یک مسابقه مدرن چگونه کار می کند. جرم سر کبریت شامل 60٪ نمک برتولیت و همچنین مواد قابل اشتعال - گوگرد یا برخی سولفیدهای فلزی مانند سولفید آنتیموان است. برای اطمینان از اینکه سر به آرامی و به طور یکنواخت و بدون انفجار مشتعل می شود، به اصطلاح پرکننده هایی به جرم اضافه می شود - پودر شیشه، اکسید آهن (III) و غیره. ماده اتصال چسب است. نمک برتوله را می توان با مواد حاوی اکسیژن در مقادیر زیاد، به عنوان مثال دی کرومات پتاسیم جایگزین کرد.
پوشش پوست از چه چیزی تشکیل شده است؟ در اینجا جزء اصلی است
فسفر قرمز اکسید منگنز (IV)، شیشه خرد شده و چسب به آن اضافه می شود.
حالا ببینیم وقتی یک کبریت روشن می شود چه فرآیندهایی رخ می دهد.
هنگامی که سر در محل تماس با پوست ساییده می شود، فسفر قرمز به دلیل اکسیژن موجود در نمک برتولیت مشتعل می شود. به بیان تصویری، آتش در ابتدا در پوست متولد می شود. سر کبریت را روشن می کند. سولفید گوگرد یا آنتیموان (III) در آن شعله ور می شود که دوباره به دلیل اکسیژن نمک برتوله است. و سپس درخت آتش می گیرد.
امروزه دستور العمل های بسیاری برای ترکیبات سر و اسپری شناخته شده است. تنها اجزای ثابت نمک برتوله و فسفر قرمز است.
اما عنصر ضروری کبریت، قسمت چوبی آن یا همان نی کبریت است. روش های ساخت آن نیز سابقه ای طولانی دارد. برای کبریت های غوطه ور اولیه، تراشه به صورت دستی با چاقو بریده می شد. اکنون کارخانه‌های کبریت ماشین‌های مبتکرانه کار می‌کنند. مناسب ترین درخت برای ساخت نی کبریت، آسپن است. رج آسپن ابتدا سمباده می شود و کاملا تمیز می شود. کنده ها با استفاده از دستگاه های مخصوص به قطعات نازک چوب بریده می شوند. سپس به میله های نازک بلند تقسیم می شود. این میله ها قبلاً در دستگاه دیگری به چوب کبریت تبدیل شده اند. بعد، نی به ماشین ها می رود، جایی که جرم کبریت به انتهای آن اعمال می شود. علاوه بر این، کاه کبریت معمولاً تحت درمان خاصی قرار می گیرد تا مثلاً از رطوبت جلوگیری شود.
کارخانه های مدرن کبریت سازی در میشین صدها میلیون کبریت در روز تولید می کنند.
در پایان بیایید به تولید کبریت از دید یک اقتصاددان نگاه کنیم. اگر فرض کنیم که هر فرد به طور متوسط حداقل یک کبریت در روز خرج می کند، برای برآوردن نیاز سالانه بشر به کبریت، به حدود 20 میلیون درخت آسپن نیاز است - این تقریباً نیم میلیون هکتار جنگل صخره ای درجه یک است.
گران است، اینطور نیست؟ اما برای کشورهایی که جنگل های کمی یا تقریباً هیچ جنگلی وجود ندارد، این به سادگی امکان پذیر نیست. سعی کردیم از نی های مقوایی به جای نی های چوبی استفاده کنیم. اما چنین مسابقات نرم موفقیت آمیز نبود. استفاده از آنها بسیار ناخوشایند است.
به همین دلیل است که انواع فندک ها - بنزینی، گازی، فندکی برقی برای اجاق گاز و غیره رواج یافته است و در نهایت تولید آنها ارزان تر از ساخت کبریت خواهد بود.
آیا این بدان معناست که این مسابقه روزی تنها به یک نمایشگاه موزه تبدیل خواهد شد؟ پاسخ به این سوال سخت است. می توان فرض کرد که تولید کبریت ممکن است در آینده کاهش یابد.
در حال حاضر کشورمان رتبه اول تولید کبریت را در جهان دارد. کارخانه های مدرن کبریت سازی مجهز به ماشین آلات با کارایی بالا هستند که تولید 1500000 کبریت در ساعت را ممکن می سازد.
با گسترش تولید، تکنولوژی پیشرفت می کند، انواع کبریت های جدید تسلط پیدا می کند، کبریت های شکار، طوفانی، گازی و سوغاتی در مجموعه هایی تولید می شود که برچسب های رنگارنگ آن نشان دهنده مهم ترین اتفاقات زندگی کشورمان است.
کبریت های شکار علاوه بر معمول، با کبریت های ساده تفاوت دارند
سر و نی، پوشش اضافی زیر سر دارند. جرم آتش زا اضافی باعث می شود کبریت با شعله بزرگ و داغ بسوزد. حدود 10 ثانیه می سوزد، در حالی که یک مسابقه ساده فقط 2-3 ثانیه طول می کشد. چنین کبریت هایی باعث می شود که در هر آب و هوایی آتش روشن شود.
مسابقات طوفانی هم کمتر جالب نیستند. آنها سر ندارند، اما پوشش "بدن" آنها بسیار ضخیم تر از کبریت های شکار است. توده آتش زا آنها حاوی مقدار زیادی نمک برتوله است، بنابراین توانایی اشتعال، یعنی. حساسیت چنین مسابقاتی بسیار بالاست. آنها در هر شرایط جوی، حتی در هوای طوفانی در 12 نقطه، حداقل 10 ثانیه می سوزند. چنین مسابقاتی مخصوصاً مورد نیاز ماهیگیران و ملوانان است.
تفاوت کبریت های گازی با کبریت های معمولی این است که چوب بلندتر است. اکنون کبریت ها با نی های 70 میلی متری تولید می شوند. این کبریت می تواند چندین مشعل را همزمان روشن کند. افزودن مقداری نمک به توده آتش زا امکان به دست آوردن آتش رنگی: قرمز، صورتی، آبی، سبز، بنفش را فراهم می کند.
کبریت ها در جعبه هایی با اندازه های مختلف بسته بندی می شوند که پنجاه، صد، دویست و حتی پانصد کبریت را در خود جای می دهند. در حال حاضر، تولید کبریت کاملاً خودکار است و این اجازه می دهد تا محصولات آن با قیمت های نسبتاً پایین فروخته شوند. قبلاً عبارت "ارزانتر از کبریت" وجود داشت که به معنای "تقریبا رایگان" است.
البته خرج کردن چوب برای ساخت نی کبریت روز به روز ضایع تر می شود. به هر حال، این امر مستلزم صدها هکتار جنگل با کیفیت است که صرفه جویی در آن اکنون مورد توجه تقریباً همه کشورهای جهان است، حتی کشورهایی که هنوز مناطق نسبتاً وسیعی از ثروت جنگلی دارند. حجم تولید و ساخت و ساز مدرن به سرعت در حال رشد است به طوری که مقیاس چوب مصرفی هر دهه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. اکنون وظیفه کامل صرفه جویی در چوب و جایگزینی آن در صورت امکان با محصولاتی از سایر مواد خام است.
به طور فزاینده ای، اقلام مختلفی که به طور گسترده در زندگی روزمره مورد استفاده قرار می گیرند، از پلاستیک ساخته می شوند. در بازار جهانی طی دهه گذشته، قیمت پلی وینیل کلراید، پلی وینیل استات، پلی استایرن و سایر مواد به میزان قابل توجهی کاهش یافته است.
تولید کبریت و جعبه کبریت از پلاستیک
موضوع ساخت کبریت و جعبه کبریت از پلاستیک برای مصرف کنندگان انبوه در حال حاضر به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته است. اگر بتوان این کار را انجام داد، یک انقلاب واقعی در توسعه صنعت کبریت رخ می داد. در زمین‌های آسیب‌دیده اکولوژیکی ما، می‌توان صدها هکتار جنگل را حفظ کرد که بسیار سریع‌تر از تکمیل ذخایر آن مصرف می‌شود.با این حال، در واقعیت همه چیز به این سادگی نیست. بازیافت بسیاری از مواد پلاستیکی دشوار است و به طور فزاینده ای اقیانوس ها و خشکی ها را آلوده می کنند. شهرهای بزرگ صنعتی برای پردازش ضایعات از مواد پلاستیکی با مشکل مواجه هستند؛ سیاره زمانی تمیز ما تحت هجوم زباله های مصنوعی در حال خفه شدن است. به طور طبیعی، جعبه های کبریت ساخته شده از مواد پلیمری مختلف نیز پس از استفاده از کبریت با بی دقتی دور ریخته می شوند، همانطور که اکنون در مورد محصولات مشابه ساخته شده از مقوا و چوب اتفاق می افتد. سپس، بدون شک، مسکو و منطقه مسکو و بسیاری از شهرهای دیگر سیاره رنج کشیده ما لباس جدیدی خواهند پوشید که از محصولات کبریت زباله ساخته شده است. این دیگر لباس اسطوره ای پادشاه از افسانه شگفت انگیز اندرسن بزرگ نخواهد بود، بلکه یک توگا تفتیش عقاید است که توسط انسان از مواد پلیمری برای زمین مادر ساخته شده است.
پس راه خروج کجاست؟ چگونه از فاجعه ای که در کمین توزیع فشرده محصولات پلاستیکی است جلوگیری کنیم؟ البته راه خروجی هم هست. به طور فزاینده ای از مواد مصنوعی استفاده می شود که تحت تأثیر تابش خورشید و اسیدها در خاک حل می شوند. این مواد مصنوعی برای ساخت جعبه کبریت و کبریت بدون شک در آینده نزدیک مورد استفاده قرار خواهند گرفت. اگرچه در حال حاضر چنین محصولاتی بسیار گرانتر از محصولات چوبی مشابه هستند.
ساخت جعبه های کبریت بسیار زیبا از مواد مصنوعی نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی دارد. الگویی از پلاستیک روی جعبه های کبریت بیرونی اکسترود شده و توده فسفر با استفاده از ماشین های مخصوص اعمال می شود.
البته در طول ربع قرن گذشته، به دلیل پیشرفت در فناوری ساخت، قیمت تا حدودی کاهش یافته است، اما هنوز کبریت های مصنوعی هنوز نمی توانند از نظر قیمت با کبریت های ساخته شده از چوب رقابت کنند. کبریت های مصنوعی در تعدادی از کشورهای اروپای غربی به مقدار کم تولید می شود. مواد اولیه ارزان تر و بهبود بیشتر تجهیزات مورد نیاز است. آیا این غیر قابل حل است؟
به یاد داشته باشیم که فقط حدود 100 سال پیش آلومینیوم گرانتر از طلا بود و تنها به لطف ایجاد یک روش الکتروشیمیایی جدید برای تولید آن، در دسترس و ارزان شد.
دستیابی به ماده مصنوعی برای چوب کبریت که بتواند جایگزین نی کبریت شود و تنظیم دما و سرعت احتراق را ممکن کند، از نظر فنی در حل مسئله تولید انبوه کبریت مصنوعی توسط صنعت مدرن کاملاً امکان پذیر است.
در حال حاضر در آلمان شرکت Reifenhäuser از پلی استایرن برای ساخت جعبه کبریت و کبریت استفاده می کند و در فرانسه نیز شروع به تولید کبریت های مومی کرده است، یعنی حرف آخر در ایجاد یک کبریت معمولی هنوز از گفتن دور است. حوزه وسیعی از فعالیت در این حوزه با دغدغه و موفقیت در انتظار نسل جوان است. من می خواهم باور کنم که ما نیز از استفاده از چوب خودداری می کنیم.
اخبار شیمی صنایع شیمیایی
با جزئیات بیشتر اخبار در زمینه شیمی، جالب استفسفر توسط کیمیاگر آلمانی Hennig Brand کشف شد. H. Brand تاجر هامبورگ بود، سپس ورشکست شد، بدهکار شد و برای بهبود امور خود تصمیم گرفت شانس خود را در کیمیاگری امتحان کند. او که برای مدت طولانی بدون موفقیت کار کرد، تصمیم گرفت جستجوی "سنگ فیلسوف" را آغاز کند. اول از همه، برند تصمیم گرفت به دنبال این ماده مرموز در محصولات یک موجود زنده بگردد. به دلایلی که عمدتاً جنبه عرفانی داشت، ادرار را برای این منظور انتخاب کرد. برند پس از تبخیر تقریباً تا حد خشک شدن، آن را در معرض حرارت شدید قرار داد و مشاهده کرد که ماده سفید رنگی به دست آمد که با تشکیل دود سفید می سوزد.
کیمیاگر H. Brand، در تلاش برای یافتن "سنگ فیلسوف"
یک ماده شگفت انگیز دریافت کرد معلوم شد که فسفر است
برند تصمیم گرفت این ماده را جمع آوری کند و شروع به گرم کردن ادرار خشک شده بدون دسترسی به هوا کرد. در سال 1669، کار او با یک کشف غیرمنتظره تاج گذاری شد: یک ماده عجیب و غریب در قفسه خانه شکل گرفت که طعمی تند، بوی سیر ضعیف داشت، شبیه موم بود، وقتی کمی گرم می شد ذوب می شد و بخاراتی را منتشر می کرد که در تاریکی می درخشید. برند دستش را روی ماده کشید - انگشتانش در تاریکی شروع به درخشش کردند، آن را در آب جوش انداخت - بخارات به پرتوهای درخشان تبدیل شدند. هر چیزی که با ماده حاصل در تماس بود توانایی درخشش مستقل را به دست آورد. می توان تصور کرد که شگفتی برند عرفانی که با ایمان به «سنگ فلسفی» پرورش یافته بود، چقدر بزرگ بود. به این ترتیب فسفر کشف شد. برند نام خود را به آن داده است "kaltes Feuer"("آتش سرد")، گاهی اوقات عاشقانه آن را "آتش من" می نامند. و اگرچه با کمک ماده درخشان کننده جدید برند نتوانست یک تبدیل فلز پایه را به طلا یا نقره انجام دهد، اما "آتش سرد" مزایای بسیار قابل توجهی برای او به ارمغان آورد.
برند بسیار هوشمندانه از علاقه زیادی که به دلیل کشف فسفر در بین دنیای علمی و عموم مردم ایجاد شده بود استفاده کرد. شروع به تولید فسفر در مقادیر بسیار قابل توجهی کرد. روش به دست آوردن آن کاملاً محرمانه بود و هیچ یک از کیمیاگران دیگر نتوانستند به آزمایشگاه او نفوذ کنند. برند ماده جدید را در ازای پول نشان داد و آن را در قطعات کوچک به قیمت طلا و حتی بیشتر فروخت. در سال 1730، i.e. 61 سال پس از کشف، یک اونس (31 گرم) فسفر در لندن 10.5 و در آمستردام 16 شیرونت قیمت داشت. بنابراین تعجب آور نیست که بسیاری برای انجام آزمایشات مختلف عجله کردند و سعی کردند راز برند را کشف کنند.
شیمیدان آلمانی، استاد دانشگاه ویتنبرگ، یوهان کونکل (1630-1703)، به ویژه به فسفر علاقه مند شد. او در طول سفر با دوستش شیمیدان کرافت از درسدن آشنا شد و او را متقاعد کرد که راز را از برند بخرد تا از آن بهره مند شود. کرافت از برند بازدید کرد و او موفق شد راز تهیه فسفر را به مبلغ 200 تالر خریداری کند. با این حال، کانکل از این معامله چیزی عایدش نشد: کرافت رازی را که دریافت کرده بود با او در میان نگذارد، بلکه شروع به سفر در دادگاه های انتخاب کنندگان کرد و مانند برند، فسفر را برای پول نشان داد و مبالغ هنگفتی از این تجارت به دست آورد.
در بهار 1676، کرافت یک جلسه آزمایش با فسفر را در دربار انتخاب کننده فردریک ویلیام از براندنبورگ ترتیب داد. در ساعت 9 شب 24 آوریل، تمام شمع های اتاق خاموش شدند و کرافت آزمایش های حاضر را با "شعله ابدی" نشان داد، اما روش تهیه این ماده جادویی را فاش نکرد.
در بهار سال بعد، کرافت به دربار دوک یوهان فردریش در هانوفر رسید، جایی که در آن زمان فیلسوف و ریاضیدان آلمانی G. W. Leibniz (1646-1716) به عنوان کتابدار خدمت می کرد. در اینجا نیز کرافت یک جلسه آزمایش با فسفر انجام داد و به ویژه دو بطری را نشان داد که مانند کرم شب تاب می درخشیدند. لایب نیتس، مانند کونکل، به شدت به ماده جدید علاقه مند بود. در اولین جلسه، او از کرافت پرسید که آیا یک قطعه بزرگ از این ماده می تواند کل اتاق را روشن کند؟ کرافت پذیرفت که این کاملاً ممکن است، اما غیرعملی است زیرا فرآیند تهیه این ماده بسیار پیچیده است.
تلاش های لایب نیتس برای متقاعد کردن کرافت برای فروش راز به دوک شکست خورد. سپس لایب نیتس برای دیدن خود برند به هامبورگ رفت. در اینجا او موفق به انعقاد قراردادی بین دوک یوهان فردریش و برند شد که طبق آن دوک اولی موظف بود برای افشای راز 60 تالر به برند بپردازد. از این زمان به بعد، لایب نیتس مکاتبات منظمی با برند داشت.
تقریباً در همان زمان، I.I. Becher (1635-1682) با هدف جذب برند به دوک مکلنبورگ وارد هامبورگ شد. با این حال، براندا دوباره توسط لایب نیتس رهگیری شد و به هانوفر نزد دوک یوهان فردریش برده شد. لایب نیتس کاملاً مطمئن بود که برند به کشف "سنگ فلسفی" بسیار نزدیک است و بنابراین به دوک توصیه کرد تا زمانی که این کار را انجام نداده است او را رها نکند. برند اما پنج هفته در هانوفر ماند، منابع تازه فسفر را در خارج از شهر آماده کرد، طبق توافق، راز تولید را نشان داد و رفت.
در همان زمان، برند مقدار قابل توجهی فسفر برای فیزیکدان کریستیان هویگنس که در حال مطالعه ماهیت نور بود تهیه کرد و مقداری فسفر به پاریس فرستاد.
برند اما از قیمتی که لایب نیتس و دوک یوهان فردریش برای افشای راز تولید فسفر به او دادند بسیار ناراضی بود. او نامه ای عصبانی برای لایب نیتس فرستاد و در آن شکایت کرد که مبلغ دریافتی حتی برای خرج خانواده اش در هامبورگ و پرداخت هزینه های سفر کافی نیست. نامه های مشابهی به لایب نیتس و همسر برند، مارگاریتا ارسال شد.
برند همچنین از کرافت ناراضی بود و در نامه هایی از او ابراز ناراحتی کرد و او را به خاطر فروش مجدد راز به قیمت 1000 تالر به انگلیس سرزنش کرد. کرافت این نامه را به لایبنیتس فرستاد و او به دوک یوهان فردریش توصیه کرد که برند را عصبانی نکند، بلکه به خاطر افشای راز به او سخاوتمندانه‌تر بپردازد، زیرا می‌ترسید که نویسنده این کشف به عنوان اقدامی انتقام‌جویانه دستور تهیه فسفر را به او بگوید. شخص دیگری لایب نیتس نامه ای اطمینان بخش برای خود برند فرستاد.
ظاهراً برند جایزه دریافت کرد، زیرا. در سال 1679 او دوباره به هانوفر آمد و به مدت دو ماه در آنجا کار کرد و حقوق هفتگی 10 تالر با پرداخت اضافی برای هزینه های سفر و سفر دریافت کرد. مکاتبات لایب نیتس با برند، بر اساس نامه های ذخیره شده در کتابخانه هانوفر، تا سال 1684 ادامه یافت.
اکنون به کونکل بازگردیم. اگر به لایب نیتس اعتقاد دارید، پس کونکل از طریق کرافت دستور تهیه فسفر را آموخت و دست به کار شد. اما اولین آزمایش های او ناموفق بود. او نامه‌ای پشت نامه برای برند ارسال می‌کرد و در آن شکایت می‌کرد که دستور پختی برای او ارسال شده است که برای شخص دیگری بسیار غیرقابل درک است. در نامه‌ای که در سال 1676 از ویتنبرگ، جایی که کانکل در آن زمان زندگی می‌کرد، نوشته شد، از برند درباره جزئیات این فرآیند پرسید.
در پایان، کانکل در آزمایشات خود به موفقیت دست یافت و روش برند را کمی تغییر داد. با افزودن کمی ماسه به ادرار خشک قبل از تقطیر، فسفر به دست آورد و... ادعای کشف مستقل کرد. در همان سال، در ماه ژوئیه، کونکل به دوست خود، استاد دانشگاه ویتنبرگ، کاسپار کرچمایر، در مورد موفقیت های خود گفت، او اثری را در این زمینه منتشر کرد با عنوان "چراغ شب دائمی، گاهی درخشان، که مدت ها در جستجوی آن بود. ، اکنون پیدا شده است." در این مقاله، Kirchmeyer در مورد فسفر به عنوان یک سنگ درخشان شناخته شده صحبت می کند، اما از خود اصطلاح "فسفر" استفاده نمی کند، که بدیهی است که تا آن زمان هنوز مورد استفاده قرار نگرفته بود.
که دردر انگلستان، مستقل از برند، کونکل و کیرشمایر، فسفر در سال 1680 توسط R. Boyle (1627-1691) بدست آمد. بویل از همان کرافت فسفر را می دانست. در ماه می 1677، فسفر در انجمن سلطنتی لندن به نمایش گذاشته شد. در تابستان همان سال خود کرافت با فسفر به انگلستان آمد. بویل، طبق داستان خود، از کرافت بازدید کرد و فسفر را به شکل جامد و مایع در اختیارش دید. برای قدردانی از استقبال گرم، کرافت، با خداحافظی با بویل، به او اشاره کرد که ماده اصلی فسفر او چیزی ذاتی در بدن انسان است. ظاهراً این اشاره برای شروع کار بویل کافی بود. پس از رفتن کرافت، آزمایش خون، استخوان، مو، ادرار را آغاز کرد و در سال 1680 تلاش های او برای به دست آوردن عنصر نورانی با موفقیت به پایان رسید.
بویل شروع به بهره برداری از کشف خود در شرکت با دستیار آلمانی Gaukwitz کرد. پس از مرگ بویل در سال 1691، Gaukwitz تولید فسفر را توسعه داد و آن را در مقیاس تجاری بهبود بخشید. گائوکویتز با فروش فسفر به قیمت سه پوند در هر اونس و عرضه آن به مؤسسات علمی و دانشمندان فردی در اروپا، ثروت هنگفتی به دست آورد. برای برقراری ارتباطات تجاری از هلند، فرانسه، ایتالیا و آلمان سفر کرد. گائوکویتز در خود لندن یک شرکت داروسازی تأسیس کرد که در زمان حیاتش به شهرت رسید. کنجکاو است که علیرغم تمام آزمایش‌هایش با فسفر، گاه بسیار خطرناک، گائوکویتز تا 80 سالگی عمر کرد و از سه پسرش و همه افرادی که در کارهای مربوط به تاریخ اولیه فسفر شرکت داشتند، بیشتر زنده ماند.
از زمان کشف فسفر توسط کانکل و بویل، در نتیجه رقابت بین مخترعان، قیمت فسفر به سرعت کاهش یافت. در پایان، وارثان مخترع شروع به معرفی راز تولید آن به همگان برای 10 تالر کردند و تمام مدت قیمت آن را کاهش دادند. در سال 1743، A.S Marggrafff روش بهتری برای تولید فسفر از ادرار پیدا کرد و بلافاصله آن را منتشر کرد، زیرا ماهیگیری دیگر سودآور نبوده است.
که دردر حال حاضر، فسفر در هیچ کجا با استفاده از روش برند – کانکل – بویل تولید نمی‌شود، زیرا کاملاً بی‌سود است. به خاطر علاقه تاریخی، ما همچنان به شرح روش آنها خواهیم پرداخت.
ادرار پوسیده به حالت شربتی تبخیر می شود. توده غلیظ حاصل را با سه برابر مقدار ماسه سفید مخلوط کرده، آن را در یک مخزن مجهز به گیرنده قرار دهید و به مدت 8 ساعت روی حرارت یکنواخت حرارت دهید تا مواد فرار خارج شوند و پس از آن حرارت افزایش می یابد. گیرنده با بخارات سفید پر شده است که سپس به فسفر جامد و درخشان مایل به آبی تبدیل می شود.
فسفر به دلیل خاصیت درخشش در تاریکی (از یونانی - درخشان) نام خود را گرفت. در میان برخی از شیمیدانان روسی تمایل به دادن نام کاملاً روسی به عنصر وجود داشت: "گوهر" ، "سبک تر" ، اما این نام ها مورد توجه قرار نگرفت.
لاووازیه، در نتیجه مطالعه دقیق احتراق فسفر، اولین کسی بود که آن را به عنوان یک عنصر شیمیایی تشخیص داد.
وجود فسفر در ادرار به شیمیدانان دلیلی داد تا آن را در سایر قسمت های بدن حیوان جستجو کنند. در سال 1715، فسفر در مغز پیدا شد. وجود قابل توجه فسفر در آن به عنوان مبنایی برای این جمله بود که "بدون فسفر هیچ فکری وجود ندارد". در سال 1769، Yu.G. Gan فسفر را در استخوان‌ها یافت و دو سال بعد، K.V. Scheele ثابت کرد که استخوان‌ها عمدتاً از فسفات کلسیم تشکیل شده‌اند و روشی برای بدست آوردن فسفر از خاکستر باقی مانده پس از سوزاندن استخوان‌ها پیشنهاد کرد. سرانجام، در سال 1788، M. G. Klaproth و J. L. Proust نشان دادند که فسفات کلسیم یک ماده معدنی بسیار گسترده در طبیعت است.
یک اصلاح آلوتروپیک فسفر - فسفر قرمز - در سال 1847 توسط A. Schrötter کشف شد. شروتر در اثری با عنوان «وضعیت آلوتروپیک جدید فسفر» می نویسد که نور خورشید فسفر سفید را به قرمز تبدیل می کند و عواملی مانند رطوبت و هوای جو تأثیری ندارند. شروتر فسفر قرمز را با تصفیه آن با دی سولفید کربن جدا کرد. او همچنین با حرارت دادن فسفر سفید تا دمای حدود 250 درجه سانتیگراد در یک گاز بی اثر، فسفر قرمز تهیه کرد. در همان زمان، مشخص شد که افزایش بیشتر دما دوباره منجر به تشکیل یک اصلاح سفید می شود.
بسیار جالب است که شروتر اولین کسی بود که استفاده از فسفر قرمز را در صنعت کبریت پیش بینی کرد. در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1855، فسفر قرمز که قبلاً در یک کارخانه تولید شده بود، به نمایش گذاشته شد.
دانشمند روسی A.A. Musin-Pushkin در سال 1797 اصلاح جدیدی از فسفر دریافت کرد - فسفر بنفش. این کشف به اشتباه به I.V. Hittorf نسبت داده می شود که با تکرار تقریباً کامل روش Musin-Pushkin ، تنها در سال 1853 فسفر بنفش را به دست آورد.
در سال 1934، پروفسور P. W. Bridgeman، فسفر سفید را تحت فشارهایی تا 1100 اتمسفر قرار داد. , آن را سیاه کرد و در نتیجه اصلاح آلوتروپیک جدیدی از عنصر به دست آمد. همراه با رنگ، خواص فیزیکی و شیمیایی فسفر تغییر کرده است: مثلاً فسفر سفید خود به خود در هوا مشتعل می شود، اما فسفر سیاه مانند قرمز این خاصیت را ندارد.
این احتمال وجود دارد که فسفر به شکل عنصری آن در اوایل قرن 12 به دست آمده باشد. کیمیاگر عرب الکید بهیل هنگام تقطیر ادرار با خاک رس و آهک، این را یک نسخه خطی کیمیاگری باستانی که در کتابخانه پاریس نگهداری می شود، نشان می دهد. با این حال، کشف فسفر معمولاً به هنیگ برند تاجر ورشکسته هامبورگ نسبت داده می شود. این کارآفرین برای به دست آوردن سنگ فیلسوف و اکسیر جوانی، کیمیاگری می کرد و به کمک آن می توانست به راحتی وضعیت مالی خود را بهبود بخشد.
اما به طور کلی، از زمان های قدیم، موادی که قادر به درخشش در تاریکی بودند با دست روشن یونانیان باستان فسفر نامیده می شدند، زیرا برای آنها این کلمه به معنای "حامل نور" بود. به هر حال، آنها سیاره زهره را فسفر یا لوسیفر نامیدند، اما فقط در صبح؛ عصرها نام دیگری داشت.
در تاریخ انتشار راز به دست آوردن فسفر، قرن هفدهم به نقطه عطف مهمی تبدیل شد. به عنوان مثال، کفاش V. Kagaorolo، که به کیمیاگری مشغول بود، تصمیم گرفت که یک ماده معدنی به نام "باریت" را می توان به طلا تبدیل کرد (یا به یک سنگ فلسفی، که به حل همان مشکل کمک می کند، و در عین حال مشکلات را حل می کند. سلامتی و جوانی ابدی). با کلسینه کردن باریت با زغال سنگ و نفت، او به اصطلاح "فسفر بولونیز" به دست آورد که مدتی در تاریکی می درخشد.
در ساکسونی، بالدوین، یک مقام قضایی رده پایین (مانند سرکارگر وحشی ما) به دلایلی شروع به آزمایش با گچ و اسید نیتریک کرد (اما، واضح است که چرا: او یک کیمیاگر بود). او پس از کلسینه کردن محصول حاصل از برهمکنش مواد تشکیل دهنده، درخششی را در مخزن کشف کرد - این نیترات کلسیم بی آب بود که به آن "فسفر بالدوین" می گفتند.
اما ثبت درخشان ترین صفحه در این تاریخ توسط هانیگ برند آغاز شد، که ارزش صحبت در مورد جزئیات بیشتر را دارد، زیرا حتی لاووازیه بزرگ پس از ملاقات با او در سال 1678 اطلاعات مختصری از او به جای گذاشت. در جوانی، او یک سرباز بود. سپس خود را پزشک معرفی کرد، بدون اینکه زیر بار آموزش پزشکی باشد. ازدواج با یک زن ثروتمند به او اجازه داد تا زندگی بزرگ را آغاز کند و به تجارت بپردازد. کیمیا با راز به دست آوردن طلا، اچ برند را به خود جذب کرد.
آه، چقدر به این ایده علاقه داشت، چه تلاش هایی برای اجرای آن انجام داد! آزمایشگر خستگی ناپذیر با اعتقاد به اینکه مواد زائد انسان، «پادشاه طبیعت»، می تواند حاوی انرژی اولیه باشد، شروع به تقطیر ادرار انسان کرد، شاید بتوان گفت در مقیاس صنعتی: در پادگان سربازان او کل جمع آوری کرد. یک تن از آن! و آن را به حالت شربتی تبخیر کرد (البته نه یکباره!) و پس از تقطیر مجدداً «روغن ادرار» حاصل را تقطیر کرد و برای مدت طولانی کلسینه کرد. در نتیجه، گرد و غبار سفید در مخزن ظاهر شد، در ته نشست و درخشان شد، به همین دلیل است که برند آن را "آتش سرد" (kaltes Feuer) نامید. معاصران برند این ماده را فسفر نامیدند زیرا توانایی آن در تاریکی می درخشد (یونانی باستان: jwsjoroV).
برند در سال 1682 نتایج تحقیقات خود را منتشر کرد و اکنون به درستی کاشف عنصر شماره 15 محسوب می شود. فسفر اولین عنصری بود که کشف آن مستند شد و کاشف آن شناخته شده است.
علاقه به ماده جدید بسیار زیاد بود و برند از آن استفاده کرد - او فسفر را فقط برای پول نشان داد یا مقادیر کمی از آن را با طلا مبادله کرد. با وجود تلاش های متعدد، تاجر هامبورگ نتوانست رویای گرامی خود را تحقق بخشد - به دست آوردن طلا از سرب با استفاده از "آتش سرد"، و بنابراین او به زودی دستور تهیه یک ماده جدید را به یک کرافت خاص از درسدن به مبلغ دویست تالر فروخت. مالک جدید موفق شد ثروت بسیار بیشتری از فسفر جمع کند - با "آتش سرد" او در سراسر اروپا سفر کرد و آن را به دانشمندان، افراد عالی رتبه و حتی خانواده سلطنتی نشان داد، به عنوان مثال، رابرت بویل، گوتفرید لایبنیتس، چارلز دوم. اگرچه روش تهیه فسفر کاملاً محرمانه بود، اما در سال 1682 رابرت بویل موفق به بدست آوردن آن شد، اما روش خود را نیز تنها در جلسه غیرعلنی انجمن سلطنتی لندن گزارش کرد. روش بویل پس از مرگ او در سال 1692 عمومی شد.
در بهار 1676، کرافت یک جلسه آزمایش با فسفر را در دربار انتخاب کننده فردریک ویلیام از براندنبورگ ترتیب داد. در ساعت 9 شب 24 آوریل، تمام شمع های اتاق خاموش شدند و کرافت آزمایش های حاضر را با "شعله ابدی" نشان داد، اما روش تهیه این ماده جادویی را فاش نکرد.
در بهار سال بعد، کرافت به دربار دوک یوهان فردریش در هانوفر رسید، جایی که در آن زمان فیلسوف و ریاضیدان آلمانی G. W. Leibniz (1646-1716) به عنوان کتابدار خدمت می کرد. در اینجا نیز کرافت یک جلسه آزمایش با فسفر انجام داد و به ویژه دو بطری را نشان داد که مانند کرم شب تاب می درخشیدند. لایب نیتس، مانند کونکل، به شدت به ماده جدید علاقه مند بود. در اولین جلسه، او از کرافت پرسید که آیا یک قطعه بزرگ از این ماده می تواند کل اتاق را روشن کند؟ کرافت موافقت کرد که این کاملاً ممکن است، اما غیرعملی است زیرا فرآیند تهیه این ماده بسیار پیچیده است.
تلاش های لایب نیتس برای متقاعد کردن کرافت برای فروش راز به دوک شکست خورد. سپس لایب نیتس برای دیدن خود برند به هامبورگ رفت. در اینجا او موفق به انعقاد قراردادی بین دوک یوهان فردریش و برند شد که طبق آن دوک اولی موظف بود برای افشای راز 60 تالر به برند بپردازد. از این زمان به بعد، لایب نیتس مکاتبات منظمی با برند داشت.
تقریباً در همان زمان، I.I. Becher (1635-1682) با هدف جذب برند به دوک مکلنبورگ وارد هامبورگ شد. با این حال، براندا دوباره توسط لایب نیتس رهگیری شد و به هانوفر نزد دوک یوهان فردریش برده شد. لایب نیتس کاملاً مطمئن بود که برند به کشف "سنگ فلسفی" بسیار نزدیک است و بنابراین به دوک توصیه کرد تا زمانی که این کار را انجام نداده است او را رها نکند. برند اما پنج هفته در هانوفر ماند، منابع تازه فسفر را در خارج از شهر آماده کرد، طبق توافق، راز تولید را نشان داد و رفت.
در همان زمان، برند مقدار قابل توجهی فسفر برای فیزیکدان کریستیان هویگنس که در حال مطالعه ماهیت نور بود تهیه کرد و مقداری فسفر به پاریس فرستاد.
برند اما از قیمتی که لایب نیتس و دوک یوهان فردریش برای افشای راز تولید فسفر به او دادند بسیار ناراضی بود. او نامه ای عصبانی برای لایب نیتس فرستاد و در آن شکایت کرد که مبلغ دریافتی حتی برای خرج خانواده اش در هامبورگ و پرداخت هزینه های سفر کافی نیست. نامه های مشابهی به لایب نیتس و همسر برند، مارگاریتا ارسال شد.
برند همچنین از کرافت ناراضی بود و در نامه هایی از او ابراز ناراحتی کرد و او را به خاطر فروش مجدد راز به قیمت 1000 تالر به انگلیس سرزنش کرد. کرافت این نامه را به لایبنیتس فرستاد و او به دوک یوهان فردریش توصیه کرد که برند را عصبانی نکند، بلکه به خاطر افشای راز به او سخاوتمندانه‌تر بپردازد، زیرا می‌ترسید که نویسنده این کشف به عنوان اقدامی انتقام‌جویانه دستور تهیه فسفر را به او بگوید. شخص دیگری لایب نیتس نامه ای اطمینان بخش برای خود برند فرستاد.
ظاهراً برند جایزه دریافت کرد، زیرا. در سال 1679 او دوباره به هانوفر آمد و به مدت دو ماه در آنجا کار کرد و حقوق هفتگی 10 تالر با پرداخت اضافی برای هزینه های سفر و سفر دریافت کرد. مکاتبات لایب نیتس با برند، بر اساس نامه های ذخیره شده در کتابخانه هانوفر، تا سال 1684 ادامه یافت.
اکنون به کونکل بازگردیم. اگر به لایب نیتس اعتقاد دارید، پس کونکل از طریق کرافت دستور تهیه فسفر را آموخت و دست به کار شد. اما اولین آزمایش های او ناموفق بود. او نامه‌ای پشت نامه برای برند ارسال می‌کرد و در آن شکایت می‌کرد که دستور پختی برای او ارسال شده است که برای شخص دیگری بسیار غیرقابل درک است. در نامه‌ای که در سال 1676 از ویتنبرگ، جایی که کانکل در آن زمان زندگی می‌کرد، نوشته شد، از برند درباره جزئیات این فرآیند پرسید.
در پایان، کانکل در آزمایشات خود به موفقیت دست یافت و روش برند را کمی تغییر داد. با افزودن کمی ماسه به ادرار خشک قبل از تقطیر، فسفر به دست آورد و... ادعای کشف مستقل کرد. در همان سال، در ماه ژوئیه، کونکل به دوست خود، استاد دانشگاه ویتنبرگ، کاسپار کرچمایر، در مورد موفقیت های خود گفت، او اثری را در این زمینه منتشر کرد با عنوان "چراغ شب دائمی، گاهی درخشان، که مدت ها در جستجوی آن بود. ، اکنون پیدا شده است." در این مقاله، Kirchmeyer در مورد فسفر به عنوان یک سنگ درخشان شناخته شده صحبت می کند، اما از خود اصطلاح "فسفر" استفاده نمی کند، که بدیهی است که تا آن زمان هنوز مورد استفاده قرار نگرفته بود.
در انگلستان، مستقل از برند، کونکل و کیرشمایر، فسفر در سال 1680 توسط R. Boyle (1627-1691) بدست آمد. بویل از همان کرافت فسفر را می دانست. در ماه می 1677، فسفر در انجمن سلطنتی لندن به نمایش گذاشته شد. در تابستان همان سال خود کرافت با فسفر به انگلستان آمد. بویل، طبق داستان خود، از کرافت بازدید کرد و فسفر را به شکل جامد و مایع در اختیارش دید. برای قدردانی از استقبال گرم، کرافت، با خداحافظی با بویل، به او اشاره کرد که ماده اصلی فسفر او چیزی ذاتی در بدن انسان است. ظاهراً این اشاره برای شروع کار بویل کافی بود. پس از رفتن کرافت، آزمایش خون، استخوان، مو، ادرار را آغاز کرد و در سال 1680 تلاش های او برای به دست آوردن عنصر نورانی با موفقیت به پایان رسید.
بویل شروع به بهره برداری از کشف خود در شرکت با دستیار آلمانی Gaukwitz کرد. پس از مرگ بویل در سال 1691، Gaukwitz تولید فسفر را توسعه داد و آن را در مقیاس تجاری بهبود بخشید. گائوکویتز با فروش فسفر به قیمت سه پوند در هر اونس و عرضه آن به مؤسسات علمی و دانشمندان فردی در اروپا، ثروت هنگفتی به دست آورد. برای برقراری ارتباطات تجاری از هلند، فرانسه، ایتالیا و آلمان سفر کرد. گائوکویتز در خود لندن یک شرکت داروسازی تأسیس کرد که در زمان حیاتش به شهرت رسید. کنجکاو است که علیرغم تمام آزمایش‌هایش با فسفر، گاه بسیار خطرناک، گائوکویتز تا 80 سالگی عمر کرد و از سه پسرش و همه افرادی که در کارهای مربوط به تاریخ اولیه فسفر شرکت داشتند، بیشتر زنده ماند.
از زمان کشف فسفر توسط Kunkel و Boyle، قیمت آن به سرعت در نتیجه رقابت بین مخترعین کاهش یافت. در پایان، وارثان مخترع شروع به معرفی راز تولید آن به همگان برای 10 تالر کردند و تمام مدت قیمت آن را کاهش دادند. در سال 1743، A.S Marggrafff روش بهتری برای تولید فسفر از ادرار پیدا کرد و بلافاصله آن را منتشر کرد، زیرا ماهیگیری دیگر سودآور نبوده است.
در حال حاضر، فسفر در هیچ کجا با استفاده از روش برند-کنکل-بویل تولید نمی شود، زیرا کاملاً بی سود است. به خاطر علاقه تاریخی، ما همچنان به شرح روش آنها خواهیم پرداخت.
ادرار پوسیده به حالت شربتی تبخیر می شود. توده غلیظ حاصل را با سه برابر مقدار ماسه سفید مخلوط کرده، آن را در یک مخزن مجهز به گیرنده قرار دهید و به مدت 8 ساعت روی حرارت یکنواخت حرارت دهید تا مواد فرار خارج شوند و پس از آن حرارت افزایش می یابد. گیرنده با بخارات سفید پر شده است که سپس به فسفر جامد و درخشان مایل به آبی تبدیل می شود.
فسفر به دلیل خاصیت درخشش در تاریکی (از یونانی - درخشان) نام خود را گرفت. در میان برخی از شیمیدانان روسی تمایل به دادن نام کاملاً روسی به عنصر وجود داشت: "گوهر" ، "سبک تر" ، اما این نام ها مورد توجه قرار نگرفت.
لاووازیه، در نتیجه مطالعه دقیق احتراق فسفر، اولین کسی بود که آن را به عنوان یک عنصر شیمیایی تشخیص داد.
وجود فسفر در ادرار به شیمیدانان دلیلی داد تا آن را در سایر قسمت های بدن حیوان جستجو کنند. در سال 1715، فسفر در مغز پیدا شد. وجود قابل توجه فسفر در آن به عنوان مبنایی برای این جمله بود که "بدون فسفر هیچ فکری وجود ندارد". در سال 1769، Yu.G. Gan فسفر را در استخوان‌ها یافت و دو سال بعد، K.V. Scheele ثابت کرد که استخوان‌ها عمدتاً از فسفات کلسیم تشکیل شده‌اند و روشی برای بدست آوردن فسفر از خاکستر باقی مانده پس از سوزاندن استخوان‌ها پیشنهاد کرد. سرانجام، در سال 1788، M. G. Klaproth و J. L. Proust نشان دادند که فسفات کلسیم یک ماده معدنی بسیار گسترده در طبیعت است.
یک اصلاح آلوتروپیک فسفر - فسفر قرمز - در سال 1847 توسط A. Schrötter کشف شد. شروتر در اثری با عنوان «وضعیت آلوتروپیک جدید فسفر» می نویسد که نور خورشید فسفر سفید را به قرمز تبدیل می کند و عواملی مانند رطوبت و هوای جو تأثیری ندارند. شروتر فسفر قرمز را با تصفیه آن با دی سولفید کربن جدا کرد. او همچنین با حرارت دادن فسفر سفید تا دمای حدود 250 درجه سانتیگراد در یک گاز بی اثر، فسفر قرمز تهیه کرد. در همان زمان، مشخص شد که افزایش بیشتر دما دوباره منجر به تشکیل یک اصلاح سفید می شود.
بسیار جالب است که شروتر اولین کسی بود که استفاده از فسفر قرمز را در صنعت کبریت پیش بینی کرد. در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1855، فسفر قرمز که قبلاً در یک کارخانه تولید شده بود، به نمایش گذاشته شد.
دانشمند روسی A.A. Musin-Pushkin در سال 1797 اصلاح جدیدی از فسفر دریافت کرد - فسفر بنفش. این کشف به اشتباه به I.V. Hittorf نسبت داده می شود که با تکرار تقریباً کامل روش Musin-Pushkin ، تنها در سال 1853 فسفر بنفش را به دست آورد.
در سال 1934، پروفسور P. W. Bridgeman، فسفر سفید را تحت فشار تا 1100 اتمسفر قرار داد، آن را به رنگ سیاه تبدیل کرد و در نتیجه اصلاح آلوتروپیک جدیدی از عنصر به دست آورد. همراه با رنگ، خواص فیزیکی و شیمیایی فسفر تغییر کرده است: مثلاً فسفر سفید خود به خود در هوا مشتعل می شود، اما فسفر سیاه مانند قرمز این خاصیت را ندارد.
فسفر (از یونانی phosphoros - درخشان؛ lat. فسفر) عنصری از سیستم تناوبی عناصر شیمیایی جدول تناوبی است، یکی از رایج ترین عناصر پوسته زمین، محتوای آن 0.08-0.09٪ از جرم آن است. غلظت در آب دریا 0.07 میلی گرم در لیتر است. به دلیل فعالیت شیمیایی بالا در حالت آزاد یافت نمی شود. حدود 190 ماده معدنی را تشکیل می دهد که مهمترین آنها آپاتیت Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH) ، فسفوریت Ca 3 (PO 4) 2 و غیره است. فسفر در تمام قسمت های گیاهان سبز وجود دارد، حتی بیشتر در میوه ها و دانه ها (به فسفولیپیدها مراجعه کنید). موجود در بافت های حیوانی، بخشی از پروتئین ها و سایر ترکیبات آلی ضروری (ATP، DNA) است و عنصر حیات است.
داستان
فسفر توسط هنیگ برند کیمیاگر هامبورگ در سال 1669 کشف شد. برند مانند سایر کیمیاگران تلاش کرد تا سنگ فیلسوف را بیابد، اما ماده درخشانی دریافت کرد. برند بر آزمایش‌های ادرار انسان تمرکز کرد زیرا معتقد بود که رنگ آن طلایی است و ممکن است حاوی طلا یا چیزی مفید برای استخراج باشد. در ابتدا روش او این بود که ابتدا ادرار را چند روز می گذاشتند تا بوی نامطبوع آن از بین برود و سپس آن را می جوشاندند تا چسبناک شود. او با حرارت دادن این خمیر به دمای بالا و ایجاد حباب‌ها، امیدوار بود که وقتی متراکم شدند، حاوی طلا باشند. پس از چند ساعت جوشاندن شدید، دانه هایی از ماده موم مانند سفید به دست آمد که بسیار روشن می سوخت و در تاریکی نیز می درخشید. نام تجاری این ماده را فسفر میرابیلیس (به لاتین "حامل معجزه آسای نور") نامگذاری کرد. کشف فسفر توسط برند اولین کشف عنصر جدید از دوران باستان بود.
کمی بعد، فسفر توسط شیمیدان آلمانی دیگری به نام یوهان کونکل به دست آمد.
صرف نظر از برند و کانکل، فسفر توسط آر. بویل به دست آمد که آن را در مقاله «روش تهیه فسفر از ادرار انسان»، مورخ 14 اکتبر 1680 و منتشر شده در سال 1693 توضیح داد.
یک روش بهبود یافته برای تولید فسفر در سال 1743 توسط آندریاس مارگگراف منتشر شد.
شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه کیمیاگران عرب توانستند در قرن دوازدهم فسفر به دست آورند.
لاووازیه ثابت کرد که فسفر یک ماده ساده است.
منشاء نام
در سال 1669، هنینگ برند، با حرارت دادن مخلوطی از ماسه سفید و ادرار تبخیر شده، ماده ای به دست آورد که در تاریکی می درخشد، که ابتدا "آتش سرد" نامیده می شود. نام ثانویه "فسفر" از کلمات یونانی "φῶς" - نور و "φέρω" - حمل می آید. در اساطیر یونان باستان، نام فسفر (یا Eosphorus، یونانی باستان Φωσφόρος) توسط نگهبان ستاره صبح زاده شده است.
اعلام وصول
فسفر از آپاتیت ها یا فسفریت ها در نتیجه برهمکنش با کک و سیلیس در دمای 1600 درجه سانتی گراد به دست می آید:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P4 + 10CO + 6CaSiO 3.
بخارات فسفر سفید حاصل در یک گیرنده زیر آب متراکم می شوند. به جای فسفریت ها، ترکیبات دیگر را می توان کاهش داد، به عنوان مثال، اسید متافسفریک:
4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.
مشخصات فیزیکی
فسفر عنصری در شرایط عادی نشان دهنده چندین تغییر آلوتروپیک پایدار است. مسئله آلوتروپی فسفر پیچیده است و به طور کامل حل نشده است. معمولاً چهار تغییر برای یک ماده ساده وجود دارد - فسفر سفید، قرمز، سیاه و فلزی. گاهی اوقات آنها را اصلاحات اصلی آلوتروپیک نیز می نامند، که به این معنی است که بقیه انواعی از این چهار هستند. در شرایط عادی، تنها سه تغییر آلوتروپیک فسفر وجود دارد و در شرایط فشار بسیار بالا نیز شکل فلزی وجود دارد. همه تغییرات در رنگ، چگالی و سایر ویژگی های فیزیکی متفاوت است. تمایل قابل توجهی به کاهش شدید فعالیت شیمیایی در طول انتقال از فسفر سفید به فلزی و افزایش خواص فلزی وجود دارد.
خواص شیمیایی
فعالیت شیمیایی فسفر بسیار بیشتر از نیتروژن است. خواص شیمیایی فسفر تا حد زیادی توسط اصلاح آلوتروپیک آن تعیین می شود. فسفر سفید بسیار فعال است، در فرآیند انتقال به فسفر قرمز و سیاه، فعالیت شیمیایی به شدت کاهش می یابد. فسفر سفید در هوا در تاریکی می درخشد؛ درخشش به دلیل اکسیداسیون بخار فسفر به اکسیدهای پایین تر است.
در حالت مایع و محلول، و همچنین در بخارات تا 800 درجه سانتیگراد، فسفر از مولکولهای P4 تشکیل شده است. هنگامی که در دمای بالای 800 درجه سانتیگراد گرم می شود، مولکول ها تجزیه می شوند: P 4 = 2P 2. در دماهای بالاتر از 2000 درجه سانتی گراد، مولکول ها به اتم ها تجزیه می شوند.
