Fosfor odkrył w 1669 roku alchemik Brandt, gdy w poszukiwaniu „kamienia filozoficznego” mocno podgrzewał suchą pozostałość moczu węglem bez dostępu powietrza. Wyodrębniona substancja jarzyła się w powietrzu, a następnie zapaliła się. Brandt nadał tej właściwości nazwę „fosfor”, tj. nosiciel światła („nosiciel światła”).
Po odkryciu fosfor przez kolejne sto lat był substancją rzadką i kosztowną, ponieważ... jego zawartość w moczu jest znikoma, a uzyskanie go jest trudne. Dopiero po 1771 roku, kiedy szwedzki chemik Scheele opracował metodę otrzymywania fosforu z kości, możliwe stało się jego pozyskiwanie w znacznych ilościach.
Cechy fosforu
Drugim typowym pierwiastkiem z piątej grupy jest niemetal. Najwyższy stopień utlenienia, jaki może wykazywać fosfor, to +5. Związki zawierające fosfor na stopniu utlenienia mniejszym niż +5 działają jako środki redukujące. Jednocześnie +5 związków fosforu w roztworach nie jest utleniaczami. Związki tlenu z fosforem są bardziej stabilne niż związki azotu. Związki wodoru są mniej stabilne.
Związki naturalne i produkcja fosforu
Fosfor występuje w skorupie ziemskiej w większej ilości niż azot, siarka i chlor. W przeciwieństwie do azotu fosfor występuje w przyrodzie wyłącznie w postaci związków. Najważniejszymi minerałami fosforowymi są apatyt Ca5X(PO4)3 (X to fluor, rzadziej chlor i grupa hydroksylowa) oraz fosforyt, którego podstawą jest Ca3(PO4)2. Ponadto fosfor jest częścią niektórych substancji białkowych i występuje w roślinach oraz organizmach zwierzęcych i ludzkich.
Fosfor wolny pozyskiwany jest z naturalnych surowców zawierających fosfor w drodze redukcji w wysokiej temperaturze (1500 stopni C) koksem w obecności piasku. Ten ostatni wiąże tlenek wapnia w żużel – krzemian wapnia. W przypadku redukcji fosforytów ogólną reakcję można przedstawić za pomocą równania:
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = CaSiO3 + 5CO + P2
Powstały tlenek węgla i fosfor w postaci pary dostają się do lodówki wraz z wodą, gdzie następuje kondensacja, tworząc stały biały fosfor.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Poniżej 1000 stopni C pary fosforu zawierają tetraatomowe cząsteczki P4 w kształcie czworościanu. W wyższych temperaturach następuje dysocjacja termiczna i wzrasta zawartość dwuatomowych cząsteczek P2 w mieszaninie. Rozkład tego ostatniego na atomy fosforu następuje powyżej 2500 stopni C.
Biała modyfikacja fosforu, powstająca w wyniku kondensacji pary, posiada molekularną sieć krystaliczną, w węzłach której znajdują się cząsteczki P4. Ze względu na słabość sił międzycząsteczkowych fosfor biały jest lotny, topliwy, można go ciąć nożem i rozpuszcza się w niepolarnych rozpuszczalnikach, takich jak dwusiarczek węgla. Fosfor biały jest substancją bardzo reaktywną. Reaguje energicznie z tlenem, halogenami, siarką i metalami. Utlenianiu fosforu w powietrzu towarzyszy ogrzewanie i świecenie. Dlatego biały fosfor jest magazynowany pod wodą, z którą nie reaguje. Fosfor biały jest bardzo toksyczny.
Podczas długotrwałego przechowywania, a także po podgrzaniu biały fosfor zmienia się w czerwoną modyfikację. Fosfor czerwony jest substancją polimerową, nierozpuszczalną w dwusiarczku węgla, mniej toksyczną niż fosfor biały. Fosfor czerwony jest trudniejszy do utlenienia niż fosfor biały, nie świeci w ciemności i zapala się dopiero w temperaturze 250 stopni C.
Najbardziej stabilną modyfikacją fosforu jest fosfor czarny. Otrzymuje się go w wyniku alotropowej transformacji fosforu białego w temperaturze 220 stopni C i pod ciśnieniem 1200 MPa. Z wyglądu przypomina grafit. Struktura krystaliczna czarnego fosforu jest warstwowa, składająca się z warstw falistych. Podobnie jak w przypadku czerwonego fosforu, tutaj każdy atom fosforu jest połączony wiązaniami kowalencyjnymi z trzema sąsiadami. Odległość między atomami fosforu wynosi 0,387 nm. Biały i czerwony fosfor są izolatorami, a czarny fosfor jest półprzewodnikiem o pasmie wzbronionym 0,33 eV. Z chemicznego punktu widzenia czarny fosfor jest najmniej reaktywny i zapala się dopiero po podgrzaniu powyżej 400 stopni C.
Fosfor wykazuje funkcję utleniającą podczas interakcji z metalami: 3Ca + 2P = Ca3P2
Jako środek redukujący fosfor działa w reakcjach z aktywnymi niemetalami - halogenami, tlenem, siarką, a także z silnymi utleniaczami:
2P + 3S = P2S3 2P + 5S = P2S5
W podobny sposób oddziałuje z tlenem i chlorem.
P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
W roztworach alkalicznych po podgrzaniu biały fosfor jest nieproporcjonalny:
8P + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2РН3 + 3Ba(H2PO2)2
Chemiczny tlenek fosforu (+3) ma charakter kwaśny:
P2O3 + 3H2O = 2H3PO3
Kwas fosforawy to bezbarwne, topliwe kryształy, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Zgodnie ze swoją budową chemiczną jest to zniekształcony czworościan, w środku którego znajduje się atom fosforu z orbitalami hybrydowymi sp3, a wierzchołki zajmują dwie grupy hydroksylowe oraz atomy wodoru i tlenu. Atom wodoru bezpośrednio związany z fosforem nie jest zdolny do podstawienia, dlatego kwas fosforawy jest co najwyżej dwuzasadowy i często jest przedstawiany wzorem H2[HPO3]. Kwas fosforawy jest kwasem średnio mocnym. Jego sole – fosforyny – otrzymuje się w reakcji P2O3 z zasadami:
P2O3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + H2O
Fosforyny metali alkalicznych i wapnia są łatwo rozpuszczalne w wodzie.
Po podgrzaniu kwas fosforawy jest nieproporcjonalny:
4H3PO3 = PH3 + 3H3PO4
Kwas fosforawy jest utleniany przez wiele utleniaczy, w tym halogeny, na przykład:
H3PO3 + Cl2 + H2O = H3PO4 + 2HCl
Kwas fosforawy zwykle otrzymuje się przez hydrolizę trihalogenków fosforu:
RG3 + 3H2O = H3PO3 + 3NG
Po podgrzaniu monopodstawionych fosforynów otrzymuje się sole kwasu pirofosforawego (difosforawego) - pirofosforyny:
2NaH2PO3 = Na2H2P2O5 + H2O
Pirofosforyny hydrolizują po gotowaniu z wodą:
Na2H2P2O5 + 3H2O = 2NaOH + 2H3PO3
Kwas pirofosforawy H4P2O5 (kwas pentaoksodifosforowy), podobnie jak kwas fosforawy, jest wyłącznie dwuzasadowy i stosunkowo niestabilny.
Znany jest inny kwas fosforowy (+3) - słabo zbadany polimerowy kwas metafosforawy (HPO2)n.
Najbardziej charakterystycznym tlenkiem fosforu jest P2O5 – pięciotlenek difosforu. Jest to biała substancja stała, którą można łatwo otrzymać w stanie szklistym. W stanie pary cząsteczki tlenku fosforu (+5) mają skład P4O10. Stały P2O5 ma kilka modyfikacji. Jedna z form tlenku fosforu (+5) ma strukturę molekularną z cząsteczkami P4O10 w miejscach sieci. Z wyglądu ta modyfikacja przypomina lód. Ma niską gęstość, łatwo zamienia się w parę, dobrze rozpuszcza się w wodzie i jest reaktywny. P2O5 jest najsilniejszym odczynnikiem odwadniającym. Pod względem intensywności działania suszącego znacznie przewyższa takie pochłaniacze wilgoci jak CaCl2, NaOH, H2SO4 itp. Podczas uwodnienia P2O5 najpierw powstaje kwas metafosforowy:
P2O5 + H2O = 2HPO3
którego dalsze uwodnienie prowadzi kolejno do kwasu pirofosforowego i ortofosforowego:
2HPO3 + H2O = H4P2O7 i H4P2O7 + H2O = 2H3PO4
Historia odkrycia pierwiastków chemicznych pełna jest osobistych dramatów, różnych niespodzianek, tajemniczych tajemnic i niesamowitych legend.
Czasem badacza czekał tragiczny koniec, jak na przykład przydarzyło się odkrywcy fluoru. Częściej jednak sukces okazywał się wiernym towarzyszem tych, którzy umieli przyglądać się zjawiskom naturalnym z bliska.
Starożytne księgi zachowały dla nas poszczególne epizody z życia emerytowanego żołnierza i hamburskiego kupca. Nazywał się Hennig Brand (ok. 1630-?). Jego sprawy kupieckie nie szły dobrze i dlatego starał się wyjść z biedy. Strasznie go przygnębiła. Brand postanowił spróbować szczęścia w alchemii. Co więcej, w XVII w. w przeciwieństwie do naszego XX wieku. Uznano za całkiem możliwe znalezienie „kamienia filozoficznego”, który mógłby przekształcić metale nieszlachetne w złoto.
Hennig Brand i fosfor
Brand przeprowadził już wiele eksperymentów z różnymi substancjami, ale nie udało mu się nic pożytecznego. Pewnego dnia postanowił przeprowadzić eksperyment chemiczny z moczem. Odparował go prawie do sucha, a pozostały jasnożółty osad zmieszał z węglem i piaskiem, ogrzewając w retorcie bez dostępu powietrza. W rezultacie Brand otrzymał nową substancję, która miała niesamowitą właściwość świecenia w ciemności.I tak w 1669 roku odkryto fosfor, który odgrywa niezwykle ważną rolę w żywej przyrodzie: w świecie roślin, w organizmie zwierząt i ludzi.
Szczęśliwy naukowiec nie zwlekał z wykorzystaniem niezwykłych właściwości nowej substancji i zaczął demonstrować szlachetnym ludziom świetlisty fosfor za dość wysoką nagrodę. Wszystko, co miało kontakt z fosforem, nabywało zdolność świecenia. Wystarczyło namaścić fosforem palce, włosy czy przedmioty, a one rozbłysły tajemniczym, niebiesko-białym światłem. Bogaci ludzie o nastawieniu religijnym i mistycznym w tamtych czasach byli zdumieni różnymi manipulacjami Branda tą „boską” substancją. Sprytnie wykorzystał ogromne zainteresowanie naukowców i opinii publicznej fosforem i zaczął go sprzedawać po cenie przewyższającej nawet cenę złota. X. Brand produkował fosfor w dużych ilościach, a metodę jego pozyskiwania zachował w ścisłej tajemnicy. Żaden z pozostałych alchemików nie mógł przedostać się do jego laboratorium, dlatego wielu z nich zaczęło gorączkowo przeprowadzać różne eksperymenty, próbując odkryć tajemnicę wytwarzania fosforu.
Słynny niemiecki chemik I. Kunkel (1630-1703) poradził swojemu przyjacielowi i współpracownikowi I. Kraftowi, aby namówił X. Branda do sprzedania tajemnicy otrzymywania fosforu. I. Kraftowi udało się nakłonić odkrywcę do zawarcia tej transakcji za 100 talarów”, jednakże nowy właściciel tajemnicy zdobycia „wiecznego płomienia” okazał się osobą samolubną i nie mówiąc swojemu przyjacielowi I. Kunkelowi ani jednej na wieść o zdobyciu przepisu zaczął zarabiać ogromne sumy pieniędzy na publicznych pokazach fosforu.
I.Kunkel
Wybitny niemiecki matematyk i filozof G. Leibniz również nie przepuścił okazji i przejął od H. Branda tajemnicę produkcji fosforu.G. Leibniza
Wkrótce przepis na „zimny ogień” stał się znany I. Kunkelowi i K. Kirchmeyerowi, a w 1680 roku tajemnicę produkcji fosforu odkrył w Anglii słynny chemik R. Boyle. Po śmierci R. Boyle'a jego uczeń, Niemiec A. Gankwitz, udoskonalił metodę pozyskiwania fosforu, uruchomił jego produkcję, a nawet podjął próbę wykonania pierwszych zapałek. Dostarczał fosfor europejskim instytucjom naukowym oraz osobom chcącym go zakupić. W celu poszerzenia stosunków handlowych A. Gankwitz odwiedził Holandię, Francję, Włochy i Niemcy, zawierając nowe kontrakty na sprzedaż fosforu. W Londynie założył firmę farmaceutyczną, która stała się powszechnie znana. Ciekawe, że A. Gankwitz, mimo długiej pracy z fosforem i bardzo niebezpiecznych eksperymentów z nim, dożył osiemdziesiątego roku życia. Przeżył swoich trzech synów i wszystkich, którzy brali udział w pracach związanych z wczesną historią fosforu.Od czasu jego odkrycia przez I. Kunkela i R. Boyle'a cena fosforu zaczęła gwałtownie spadać, aż w końcu spadkobiercy odkrywców zaczęli wprowadzać tajemnicę pozyskiwania fosforu za jedyne 10 talarów.
Etapy badania fosforu
W historii chemii fosfor kojarzony jest z wieloma wielkimi odkryciami. Jednak zaledwie sto lat po odkryciu fosforu przeniósł się on ze świata handlu i zysku do świata nauki. Ale tylko jedno wydarzenie w tym długim okresie można przypisać prawdziwej nauce i jest ono związane z rokiem 1715, kiedy I. Gensing odkrył fosfor w tkance mózgowej. Stało się to później podstawą powiedzenia: „Bez fosforu nie ma myśli”.Yu Gan odkrył fosfor w kościach w 1769 roku, a dwa lata później słynny szwedzki chemik wykazał, że kości składają się głównie z fosforanu wapnia i zaproponował metodę otrzymywania fosforu z popiołu powstającego podczas spalania kości.
J. Proust i M. Klaproth w 1788 r. wykazali niezwykle duże występowanie w przyrodzie minerałów zawierających fosforan wapnia.
Naukowcy odkryli, że fosfor świeci tylko w obecności zwykłego powietrza, czyli powietrza zawierającego wilgoć. Takie zachowanie fosforu wynika z jego powolnego utleniania przez tlen atmosferyczny. Jednocześnie tworzy się również ozon, który nadaje powietrzu swoistą świeżość, dobrze nam znaną podczas wiosennych burz. Fosfor świeci bez zauważalnego ogrzewania, a reakcja ta nazywa się chemiluminescencją. Można to zaobserwować nie tylko podczas powolnego utleniania fosforu, ale także podczas niektórych innych procesów chemicznych i biochemicznych, w których występuje na przykład blask świetlików, zgniłych robaków, planktonu oceanicznego itp.
M. Klaproth
Na początku lat 70-tych XVIII w. Francuski chemik Antoine Laurent Lavoisier, przeprowadzając różne eksperymenty dotyczące spalania fosforu i innych substancji w zamkniętym naczyniu, przekonująco udowodnił, że fosfor jest ciałem prostym. A powietrze, jego zdaniem, ma złożony skład i składa się głównie z dwóch składników - tlenu i azotu.Na przełomie dwóch wieków, w 1799 r. Anglik A. Dondonald odkrył, że związki fosforu są niezbędne do prawidłowego rozwoju organizmów roślinnych. Inny Anglik – J. Looz w 1839 roku jako pierwszy uzyskał superfosfat – nawóz fosforowy, który później odegrał niezwykle ważną rolę w zwiększaniu produktywności upraw rolnych.
W Rosji w 1797 r. A.A. Musin-Puszkin uzyskał alotropową odmianę fosforu - fosfor fioletowy. Jednak w literaturze odkrycie fioletowego fosforu błędnie przypisuje się I. Hittorfowi, który metodą A. A. Musina-Puszkina uzyskał go dopiero w 1853 roku.
W 1848 r. austriacki chemik A. Schrötter odkrył alotropową modyfikację fosforu - fosfor czerwony. Fosfor taki otrzymywał poprzez ogrzewanie fosforu białego do temperatury około 250°C w atmosferze tlenku węgla (IV). Co ciekawe, Schrötter jako pierwszy zwrócił uwagę na możliwość wykorzystania czerwonego fosforu w produkcji zapałek. W 1855 roku na Wystawie Światowej w Paryżu zaprezentowano czerwony fosfor otrzymywany w warunkach fabrycznych.
Słynny amerykański fizyk P. Bridgen w 1917 roku podgrzewając fosfor do temperatury 200°C pod ciśnieniem około 1,27 GPa, otrzymał nową modyfikację alotropową – fosfor czarny. Podobnie jak czerwony fosfor, ten ostatni nie zapala się w powietrzu.
Dlatego badanie właściwości fizycznych i chemicznych fosforu i odkrycie jego nowych modyfikacji alotropowych zajęło wiele dziesięcioleci. Badanie fosforu pozwoliło dowiedzieć się, jaką rolę odgrywa on w życiu roślin i zwierząt. Fosfor występuje dosłownie we wszystkich częściach roślin zielonych, które nie tylko gromadzą go na własne potrzeby, ale także dostarczają go zwierzętom. Jest to jeden z etapów cyklu fosforu w przyrodzie
Fosfor i przyroda
Fosfor jest nie mniej ważny niż azot. Bierze udział w wielkim naturalnym obiegu substancji i gdyby nie fosfor, flora i fauna wyglądałaby zupełnie inaczej. Fosfor występuje jednak w przyrodzie niezbyt powszechnie, głównie w postaci minerałów i stanowi 0,08% masy skorupy ziemskiej. Pod względem rozpowszechnienia plasuje się wśród innych elementów na trzynastej pozycji. Warto zauważyć, że fosfor stanowi około 1,16% w organizmie człowieka. Z tego 0,75% trafia do tkanki kostnej, około 0,25% do tkanki mięśniowej i około 0,15% do tkanki nerwowej.Fosfor rzadko występuje w dużych ilościach i ogólnie należy go klasyfikować jako pierwiastek śladowy. W naturze nie występuje w postaci wolnej, gdyż ma bardzo ważną właściwość - łatwo się utlenia, ale występuje w wielu minerałach, których jest już 190. Najważniejsze z nich to fluoroapatyt, hydroksyapatyt, i fosforyt. Nieco mniej powszechne są wiwianit, monacyt, amblygonit, trifilit, a w bardzo ograniczonych ilościach ksenotyt i torbernit.
Jeśli chodzi o minerały fosforowe, dzielą się one na pierwotne i wtórne. Wśród pierwotnych najczęstsze są apatyty, które są głównie skałami pochodzenia magmowego. Skład chemiczny apatytu to fosforan wapnia zawierający trochę fluorku wapnia i chlorku wapnia. To właśnie decyduje o istnieniu minerałów fluoroapatyt i chloroapatyt. Ponadto zawierają od 5 do 36% P2 05. Minerały te przeważnie występują w strefie magmowej, jednak często można je spotkać w miejscach kontaktu skał magmowych ze skałami osadowymi. Spośród wszystkich znanych złóż fosforanów najważniejsze znajdują się w Norwegii i Brazylii. Duże krajowe złoża apatytu odkrył akademik A.E. Fersman w Chibinach w 1925 r. „Apatyt to głównie związek kwasu fosforowego i wapnia” – napisał A.E. Fersman. „Wygląd tego minerału jest tak różnorodny i dziwny, że starzy mineralogowie nazywali go to apatit, co po grecku oznacza „zwodziciel”. Albo są to przezroczyste kryształy, minimalnie przypominające beryl, albo nawet kwarc, albo są to gęste masy, nie do odróżnienia od zwykłego wapienia, albo są to promieniste kule, albo skała jest ziarnista i błyszcząca jak gruboziarnisty marmur.
Apatyty w wyniku procesów wietrzenia, działania bakterii i niszczenia przez różne kwasy glebowe przekształcają się w formy łatwo przyswajalne przez rośliny i tym samym biorą udział w cyklu biochemicznym. Należy zauważyć, że fosfor jest wchłaniany tylko z rozpuszczonych soli kwasu fosforowego. Fosfor jest jednak częściowo wypłukiwany z gleby, a duża jego ilość pochłonięta przez rośliny nie wraca do gleby i jest usuwana wraz z plonem. Wszystko to prowadzi do stopniowego zubożenia gleby. Po dodaniu nawozów fosforowych do gleby produktywność wzrasta.
Pomimo znacznego zapotrzebowania na nawozy fosforowe nie wydaje się, aby istniały szczególne obawy dotyczące wyczerpywania się zasobów surowców do ich produkcji. Nawozy te można otrzymać w wyniku kompleksowej przeróbki surowców mineralnych, osadów dennych i różnych skał geologicznych bogatych w fosfor.
W wyniku rozkładu związków organicznych bogatych w fosfor często powstają substancje gazowe i ciekłe. Czasami można zaobserwować wydzielanie się gazu o zapachu zgniłych ryb - fosforowodoru lub fosfiny, PH3. Równolegle z fosfiną powstaje inny produkt - difosfina P2H4, która jest cieczą. Opary difosfiny ulegają samozapłonowi i zapalają gazową fosfinę. To wyjaśnia pojawienie się tak zwanych „błędnych ogników” w miejscach takich jak cmentarze i bagna.
„Will-o’-ogniki” i inne przypadki świecenia się fosforu i jego związków wywołały zabobonny strach u wielu osób nieobeznanych z istotą tych zjawisk. Tak wspomina Akademik S.I. o pracy z fosforem gazowym. Volfkovich: „Fosfor wytwarzano w piecu elektrycznym zainstalowanym na Uniwersytecie Moskiewskim przy ulicy Mokhovaya. Ponieważ eksperymenty te przeprowadzono wówczas po raz pierwszy w naszym kraju, nie podjąłem środków ostrożności niezbędnych przy pracy z fosforem gazowym - trującym, samozapłonowym i świecącym na niebiesko pierwiastkiem. Podczas wielogodzinnej pracy przy piecu elektrycznym część uwolnionego gazowego fosforu tak nasyciła moje ubranie, a nawet buty, że gdy szedłem nocą z uczelni ciemnymi, wówczas nieoświetlonymi ulicami Moskwy, moje ubranie świeciło niebieskawo , a spod moich butów (przy potarciu ich o chodnik) poleciały iskry.
Za każdym razem gromadził się za mną tłum, wśród którego pomimo moich wyjaśnień było wielu ludzi, którzy widzieli we mnie „nowo powstałego” przedstawiciela tamtego świata. Wkrótce wśród mieszkańców rejonu ulicy Mochowej i całej Moskwy zaczęto przekazywać z ust do ust fantastyczne opowieści o świetlistym mnichu...”
Fosfina i difosfina występują dość rzadko w przyrodzie i częściej mamy do czynienia ze związkami fosforu takimi jak fosforyny. Są to wtórne minerały fosforanowe pochodzenia organicznego, które odgrywają szczególnie ważną rolę w rolnictwie. Na wyspach Pacyfiku, w Chile i Peru powstały one na bazie ptasich odchodów – guana, które w suchym klimacie gromadzi się w grubych warstwach, często przekraczających sto metrów.
Powstawanie fosforytów można również wiązać z katastrofami geologicznymi, na przykład z epoką lodowcową, kiedy powszechna była śmierć zwierząt. Podobne procesy zachodzą w oceanie wraz z masową śmiercią fauny morskiej. Gwałtowne zmiany warunków hydrologicznych, które można wiązać z różnymi procesami budowania gór, w szczególności z działaniem podwodnych wulkanów, niewątpliwie w niektórych przypadkach prowadzą do śmierci zwierząt morskich. Fosfor z pozostałości organicznych jest częściowo wchłaniany przez rośliny, ale głównie rozpuszcza się w wodzie morskiej i przechodzi do form mineralnych. Woda morska zawiera fosforany w dość dużych ilościach – 100-200 mg/m3. Podczas niektórych procesów chemicznych w wodzie morskiej fosforany mogą wytrącać się i gromadzić na dnie. A kiedy dno morskie podnosi się w różnych okresach geologicznych, złoża fosforytów trafiają na ląd. W podobny sposób w pobliżu Kara-Tau w Kazachstanie mogły powstać duże krajowe złoża fosforytów. Fosforyny występują także w regionie moskiewskim.
Cykl fosforu w przyrodzie
Dobrym wyjaśnieniem najważniejszych etapów cyklu fosforu w przyrodzie mogą być słowa słynnego naukowca, jednego z założycieli kierunku nauki krajowej w zakresie badań nawozów fosforowych, Ya V. Samoilova: „Fosfor nasze złoża fosforytów mają pochodzenie biochemiczne. Z apatytu, minerału, w którym pierwotnie zawarty był prawie cały fosfor litosfery, pierwiastek ten przechodzi do ciała roślin, z roślin do ciała zwierząt, które są prawdziwymi koncentratorami fosforu. Po przejściu przez szereg ciał zwierząt fosfor w końcu wypada z cyklu biochemicznego i powraca do cyklu mineralnego. W pewnych warunkach fizycznych i geograficznych w morzu następuje masowa śmierć organizmów zwierzęcych
O meczu
Pierwszy ogień rozpalił człowiek w bardzo prymitywny sposób – poprzez pocieranie dwóch kawałków drewna, a pył drzewny i trociny nagrzały się do tego stopnia, że doszło do samozapłonu. Starożytni ludzie znali kilka sposobów rozpalania ognia przez tarcie: najczęściej ostry drewniany kij szybko obracał się, opierając go na suchej desce. Metodę tę można obecnie odtworzyć, jednak wcale nie jest ona prosta i wymaga ogromnego wysiłku i zręczności. W ten sposób człowiek rozpala ogień od wielu tysiącleci.
To jest niesamowite! Jeśli pomyślisz o tym prostym fakcie, zobaczysz, jak trudny był każdy krok człowieka na ścieżce postępu.
Drewniane patyki zastąpiono słynnym krzemieniem. Jest to bardzo proste urządzenie: kawałek stali lub pirytu miedzianego uderza się w krzemień i uderza snopem iskier, co powoduje zapalenie łatwopalnej substancji.
Metoda ta, podana nam przez starożytnego człowieka, była szeroko stosowana podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej, kiedy w kraju dotkliwie brakowało zapałek.
Co zaskakujące, zaledwie 200 lat temu w Rosji i na całym świecie stalowy krzemień i knot były praktycznie jedynymi „zapałkami” człowieka, któremu udało się nie tylko zbudować egipskie piramidy, ale także stworzyć maszynę parową Jamesa Watta, pierwszy parowiec Roberta Fultona, krosna i wiele innych wspaniałych wynalazków, ale nie zapałki. Urodzili się później! Droga do nich była trudna i wielka, jak każda droga w świat nieznanego przez człowieka.
Starożytni Grecy i Rzymianie znali inny sposób rozpalania ognia - wykorzystując promienie słoneczne skupione przez soczewkę lub zwierciadło wklęsłe. Wielki starożytny grecki uczony Archimedes sprytnie zastosował tę metodę i, jak głosi legenda, za pomocą ogromnego lustra podpalił flotę wroga. Jednak ta metoda rozpalania ognia jest mało przydatna ze względu na bardzo ograniczone możliwości jej wykorzystania, gdyż potrzebne jest słońce.
Rozwój cywilizacyjny, postęp naukowy i technologiczny otworzył nowe możliwości w różnych obszarach działalności człowieka.
Po roku 1700 wynaleziono znaczną liczbę środków wywołujących ogień, z których najciekawszym był aparat zapalający Döbereinera, stworzony w Jenie w 1823 roku. Wynalazca aparatu wykorzystał właściwości gazu detonującego do samozapłonu w obecności gąbczastej platyna, tj. drobno pokruszony.
Jednak takie urządzenie oczywiście nie nadawało się do powszechnego użytku.
Jesteśmy coraz bliżej momentu, w którym po raz pierwszy usłyszano wreszcie słowo „mecz”. Nie udało się jeszcze ustalić, kto wprowadził to słowo do użytku, ale prace w tym kierunku trwają i mamy nadzieję, że nasi młodzi czytelnicy nam w tym pomogą.
Tutaj powinniśmy zbudować mały pomost do fosforu i jego odkrywcy - żołnierza z Hamburga, późniejszego kupca i alchemika Henniga Branda. Nowy pierwiastek fosfor okazał się łatwopalny po potarciu. Naukowcy wykorzystali tę właściwość podczas tworzenia dopasowań.
Asystent i uczeń R. Boyle'a, utalentowany i przedsiębiorczy Niemiec A. Gankwitz, uzyskał czysty fosfor z fosforanów i wpadł na pomysł wykonania zapałek pokrytych siarką, które zapalają się po potarciu o kawałek fosforu. Należało jednak ulepszyć ten pierwszy krok i sprawić, by mecze były wygodniejsze w powszechnym użyciu.
Stało się to możliwe, gdy słynny francuski chemik C. Berthollet otrzymał sól – chloran potasu KClO3, zwaną solą Berthollet. Jego rodak Chancel skorzystał z tego odkrycia i w 1805 roku wynalazł tzw. francuskie maszyny zapalające. Na drewniany patyk nałożono chloran potasu wraz z siarką, żywicą, cukrem i gumą arabską i po zetknięciu ze stężonym kwasem siarkowym nastąpił zapłon. Reakcja czasami rozwijała się bardzo gwałtownie i miała charakter wybuchowy.
Niemiec Wagemann z Tybingi skorzystał z wynalazku Chancela w 1806 roku, ale do kwasu siarkowego dodał kawałki azbestu, aby spowolnić proces spalania. Wkrótce przeniósł się do Berlina i zorganizował produkcję tzw. zapalniczek berlińskich. Utworzona przez niego fabryka była pierwszą na dużą skalę produkcją urządzeń zapalających, zatrudniającą ponad 400 osób. Podobną mieszaninę zapalającą stosowano w „Prometeach” (zapałkach Jana), wyprodukowanych w 1828 roku w Anglii.
W 1832 roku w Wiedniu pojawiły się suche zapałki. Wynalazł je L. Trevani, który pokrył główkę drewnianej słomki mieszaniną soli Berthollet z siarką i klejem. Jeśli poprowadzisz taką zapałkę po papierze ściernym, jej główka zapali się. Ale nawet w tym przypadku nie wszystko zakończyło się sukcesem, czasami głowa zapalała się w wyniku eksplozji, co prowadziło do poważnych oparzeń.
Sposoby dalszego udoskonalania zapałek były niezwykle jasne: należało wykonać taką kompozycję dla główki zapałki, aby spokojnie świeciła. Wkrótce problem został rozwiązany. W nowym składzie znalazła się sól Berthollet, fosfor biały i klej. Zapałki z taką powłoką łatwo zapalają się po potarciu o jakąkolwiek twardą powierzchnię, szkło, podeszwę buta czy kawałek drewna.
Wynalazcą pierwszych zapałek fosforowych był dziewiętnastoletni Francuz Charles Soria. W 1831 roku młody eksperymentator dodał biały fosfor do mieszaniny soli Berthollet i siarki, aby osłabić jej właściwości wybuchowe. Pomysł ten okazał się niezwykle udany, ponieważ drzazgi nasmarowane powstałą kompozycją łatwo zapalały się po potarciu. Temperatura zapłonu takich zapałek jest stosunkowo niska - 30 ° C. Młody S. Soria próbował uzyskać patent na swój wynalazek, ale niestety okazało się to znacznie trudniejsze niż stworzenie pierwszych zapałek fosforowych. Za patent trzeba było zapłacić zbyt dużą sumę, a S. Soria nie miała takich pieniędzy. Rok później zapałki fosforowe ponownie stworzył niemiecki chemik J. Kammerer.
Tak zakończyła się długa podróż dojrzewania macicy pierwszego meczu i narodziła się ona w rękach kilku wynalazców jednocześnie. Los jednak łaskawie przekazał laury prymatu w tym odkryciu Jacobowi Friedrichowi Kammererowi (1796-1857), a rok 1832 zachował dla potomności jako rok narodzin zapałek, największego odkrycia XIX wieku, które odegrał ważną rolę w historii rozwoju kultury ludzkiej.
O laury odkrywców zapałek zabiegało wiele osób, lecz historia zachowała dla nas wśród wszystkich pretendentów nazwisko J. Kammerera. Pierwsze zapałki fosforowe sprowadzono do Rosji z Hamburga w 1836 roku i sprzedawano je po bardzo wysokiej cenie – jeden srebrny rubel za sto. Istnieją sugestie, że nasz wielki poeta A.S. Puszkin używał takich zapałek fosforowych w ostatnim roku swojego życia, pracując przy świecach w długie zimowe wieczory.
Młodzież z Petersburga oczywiście nie wahała się popisywać zapałkami fosforowymi na balach i modnych salonach, starając się w niczym nie ustępować Europie Zachodniej. Szkoda tylko, że A.S. Puszkin nie miał czasu poświęcić zapałkom ani jednego wiersza poetyckiego – wspaniały i bardzo ważny wynalazek, tak przydatny i znajomy teraz, że nawet nie myślimy o skomplikowanych losach pojawienia się zapałek. Wydaje nam się, że mecze zawsze były obok nas. Ale tak naprawdę pierwsza krajowa fabryka zapałek została zbudowana w Petersburgu dopiero w 1837 roku.
Minęło nieco ponad 150 lat, odkąd mieszkańcy państwa rosyjskiego otrzymali pierwsze krajowe zapałki i zdając sobie sprawę z wagi tego wynalazku, bardzo szybko rozpoczęli produkcję zapałek.
W 1842 roku w samej guberni petersburskiej istniało 9 fabryk zapałek, produkujących 10 milionów zapałek dziennie. Cena zapałek gwałtownie spadła i nie przekroczyła 3-5 kopiejek. miedź na 100 sztuk. Sposób robienia zapałek okazał się tak prosty, że w Rosji już w połowie XIX wieku. zaczął nabierać charakteru przemysłu rzemieślniczego. Tak więc w latach 1843–1844. stwierdzono, że zapałki są robione w domu w znacznych ilościach.
Produkowali je w najodleglejszych zakątkach Rosji przedsiębiorczy chłopi, ukrywając się przed podatkami. Jednakże wysoce łatwopalny charakter fosforu doprowadził do dużych pożarów. Wiele wiosek i osad dosłownie zostało doszczętnie spalonych.
Sprawcą tych katastrof okazał się fosfor biały, który łatwo ulega zapaleniu. Podczas transportu zapałki często zapalały się w wyniku tarcia. Ogromne pożary szalały na trasie pociągów zapałkowych, a oszalałe konie z płonącymi wozami sprawiały wiele kłopotów.
W 1848 roku wydano najwyższy dekret cesarski podpisany przez Mikołaja I, zezwalający na produkcję zapałek zapalających jedynie w stolicach i zapałki musiały być pakowane w puszki po 1000 sztuk. W dekrecie napisano dalej: „Chcielibyśmy zwrócić szczególną uwagę na ogromne rozpowszechnienie użycia zapałek zapalających; raczyliśmy zobaczyć, że podczas pożarów, które miały miejsce w tym roku, w niektórych miastach pochłonęły one ponad 12 milionów rubli. srebra z majątku filistyńskiego, podpalacze bardzo często popełniali zbrodnię za pomocą zapałek”.
Ponadto fosfor biały jest jedną z najbardziej toksycznych substancji.
Dlatego pracy w fabrykach zapałek towarzyszyła poważna choroba zwana martwicą fosforową, która atakuje szczęki, tj. śmierć komórek, a także ciężkie zapalenie i krwawienie dziąseł.
Wraz ze wzrostem produkcji wzrosła liczba przypadków poważnych zatruć wśród pracowników. Wypadki przybrały tak katastrofalne formy, że w Rosji już w 1862 roku wydano zarządzenie ograniczające sprzedaż fosforu białego.
Fosfor zaczęto sprzedawać wyłącznie za specjalnymi zezwoleniami miejscowej policji.
Fabryki zapałek musiały płacić wysokie podatki, a liczba przedsiębiorstw zaczęła spadać. Ale zapotrzebowanie na mecze nie zmniejszyło się, a wręcz przeciwnie, wzrosło. Pojawiły się różne zapałki rękodzielnicze, które były nielegalnie rozprowadzane. Wszystko to doprowadziło do tego, że w 1869 r. wydano nowy dekret, zezwalający „wszędzie, zarówno w Cesarstwie, jak i w Królestwie Polskim, na produkcję zapałek fosforowych na sprzedaż bez specjalnych ograniczeń…”.
W drugiej połowie XIX w. Problem zastąpienia białego fosforu stał się bardzo dotkliwy. Rządy wielu krajów doszły do wniosku, że produkcja zapałek zawierających fosfor biały przynosi więcej strat niż dochodów. W większości krajów produkcja takich zapałek była prawnie zabroniona.
Znaleziono jednak rozwiązanie i stosunkowo szybko możliwe stało się zastąpienie białego fosforu czerwonym, odkrytym w 1848 r. W przeciwieństwie do białego, ten rodzaj fosforu jest całkowicie nieszkodliwy. Do masy zapałkowej wprowadzono fosfor czerwony. Ale oczekiwania nie zostały spełnione. Zapałki były bardzo słabo oświetlone. Nie znaleźli sprzedaży. Producenci, którzy rozpoczęli produkcję, zbankrutowali.
Do połowy XIX wieku dokonano wielu wybitnych wynalazków, ale produkcja zwykłej zapałki nie znalazła zadowalającego rozwiązania.
Problem został rozwiązany w 1855 roku w Szwecji. Zapałki bezpieczne zostały zaprezentowane na Międzynarodowej Wystawie w Paryżu w tym samym roku i otrzymały złoty medal. Od tego momentu swój triumfalny marsz po całym świecie rozpoczęły tzw. mecze szwedzkie. Ich główną cechą było to, że nie zapalały się po potarciu o jakąkolwiek twardą powierzchnię. Szwedzka zapałka zapalała się tylko wtedy, gdy pocierano ją o boczną powierzchnię pudełka pokrytą specjalną masą.
W ten sposób „bezpieczny ogień” w szwedzkich zapałkach narodził się ze wspaniałego połączenia siły tarcia i reakcji chemicznej.
To chyba wszystko! Powiemy Ci teraz, jak działa nowoczesny mecz. Masa główki zapałki składa się w 60% z soli bertolitu, a także substancji łatwopalnych - siarki lub niektórych siarczków metali, np. siarczku antymonu. Aby głowica zapaliła się powoli i równomiernie, bez eksplozji, do masy dodaje się tzw. wypełniacze - proszek szklany, tlenek żelaza (III) itp. Materiałem wiążącym jest klej. Sól Berthollet można zastąpić substancjami zawierającymi tlen w dużych ilościach, np. dwuchromianem potasu.
Z czego składa się powłoka skórna? Tutaj jest głównym elementem
czerwony fosfor. Dodaje się do niego tlenek manganu (IV), tłuczone szkło i klej.
Zobaczmy teraz, jakie procesy zachodzą podczas zapalania zapałki.
Kiedy głowa ociera się o skórę w miejscu kontaktu, czerwony fosfor zapala się pod wpływem tlenu zawartego w soli bertolitu. Mówiąc obrazowo, ogień początkowo rodzi się w skórze. Zapala główkę zapałki. Wybucha w nim siarka lub siarczek antymonu (III), ponownie z powodu tlenu soli Berthollet. A potem drzewo zapala się.
Obecnie znanych jest wiele przepisów na kompozycje głowy i smarowidła. Jedynymi stałymi składnikami są sól Berthollet i czerwony fosfor.
Jednak niezbędnym elementem zapałki jest jej drewniana część, czyli słomka zapałkowa. Metody jego wytwarzania również mają długą historię. W przypadku prymitywnych zapałek do maczania drzazga była ręcznie cięta nożem. Obecnie fabryki zapałek obsługują genialne maszyny. Najbardziej odpowiednim drzewem do produkcji słomek zapałkowych jest osika. Grzbiet osiki należy najpierw przeszlifować i dokładnie oczyścić. Kłody są cięte na cienkie kawałki drewna za pomocą specjalnych maszyn. Następnie dzieli się go na długie, cienkie pręty. Te pręty zostały już zamienione na zapałki w innej maszynie. Następnie słoma trafia do maszyn, gdzie na jej koniec nakładana jest masa zapałkowa. Ponadto słoma zapałkowa jest zwykle poddawana specjalnej obróbce, aby zapobiec np. zawilgoceniu.
Nowoczesne fabryki kojarzeń w Mishin produkują setki milionów zapałek dziennie.
Podsumowując, spójrzmy na produkcję zapałek oczami ekonomisty. Jeśli przyjąć, że każdy człowiek średnio spędza co najmniej jedną zapałkę dziennie, to aby zaspokoić roczne zapotrzebowanie ludzkości na zapałki potrzeba około 20 milionów drzew osikowych – czyli prawie pół miliona hektarów pierwszorzędnego lasu osikowego.
To drogie, prawda? Ale w krajach, w których lasów jest niewiele lub prawie nie ma ich wcale, jest to po prostu niemożliwe. Próbowaliśmy używać słomek kartonowych zamiast drewnianych. Ale takie miękkie mecze nie zakończyły się sukcesem. Są bardzo niewygodne w użyciu.
Dlatego powszechne stały się wszelkiego rodzaju zapalniczki - benzynowe, gazowe, elektryczne zapalniczki do kuchenek gazowych itp. Ostatecznie ich produkcja będzie tańsza niż produkcja zapałek.
Czy to oznacza, że zapałka stanie się kiedyś jedynie eksponatem muzealnym? Trudno odpowiedzieć na to pytanie. Można przypuszczać, że w przyszłości produkcja zapałek może spaść.
Obecnie nasz kraj zajmuje pierwsze miejsce na świecie w produkcji zapałek. Nowoczesne fabryki zapałek wyposażone są w wysokowydajne maszyny, które pozwalają wyprodukować 1 500 000 zapałek na godzinę.
Wraz z rozwojem produkcji doskonalona jest technologia, opanowywane są nowe rodzaje zapałek, zapałki myśliwskie, burzowe, gazowe i pamiątkowe produkowane są w zestawach, których kolorowe etykiety odzwierciedlają najważniejsze wydarzenia z życia naszego kraju.
Zapałki myśliwskie różnią się od prostych tym, oprócz zwykłych
główki i słomki, posiadają dodatkową powłokę poniżej główki. Dodatkowa masa zapalająca sprawia, że zapałka pali się długo dużym, gorącym płomieniem. Pali się przez około 10 sekund, podczas gdy zwykła zapałka trwa tylko 2-3 sekundy. Takie zapałki pozwalają rozpalić ogień przy każdej pogodzie.
Mecze Storm są nie mniej interesujące. Nie mają głowy, ale ich powłoka „ciała” jest znacznie grubsza niż u zapałek myśliwskich. Ich masa zapalająca zawiera dużo soli bertholletowej, więc zdolność do zapalenia, tj. Czułość takich meczów jest bardzo wysoka. Płoną przez co najmniej 10 sekund w każdych warunkach meteorologicznych, nawet przy burzliwej pogodzie w 12 punktach. Takie zapałki są szczególnie potrzebne rybakom i żeglarzom.
Zapałki gazowe różnią się od zwykłych zapałek tym, że kij jest dłuższy. Obecnie zapałki produkowane są ze słomek o średnicy 70 mm. Zapałka ta może zapalić kilka palników na raz. Dodanie soli do masy zapalającej pozwala uzyskać kolorowy ogień: czerwony, różowy, niebieski, zielony, fioletowy.
Zapałki pakowane są w pudełka o różnej wielkości, mieszczące pięćdziesiąt, sto, dwieście, a nawet pięćset zapałek. Obecnie produkcja zapałek jest w pełni zautomatyzowana, co pozwala na sprzedaż jej produktów po stosunkowo niskich cenach. Wcześniej istniało wyrażenie „tańsze od zapałek”, co oznacza „prawie za darmo”.
Oczywiście wydawanie drewna na słomki zapałkowe staje się coraz bardziej marnotrawstwem. W końcu wymaga to setek hektarów dobrej jakości lasów, których oszczędzaniem interesują się obecnie prawie wszystkie kraje na świecie, nawet te, które nadal dysponują dość dużymi obszarami bogactwa leśnego. Wielkość nowoczesnej produkcji i budownictwa rośnie tak szybko, że z każdą dekadą skala zużycia drewna znacząco wzrasta. Teraz pełnym zadaniem jest oszczędzanie drewna i w miarę możliwości zastępowanie go produktami z innych surowców.
Coraz częściej różne przedmioty powszechnie używane w życiu codziennym są wykonane z tworzyw sztucznych. Na rynku światowym w ciągu ostatniej dekady ceny polichlorku winylu, polioctanu winylu, polistyrenu i innych materiałów zauważalnie spadły.
Produkcja zapałek i pudełek zapałkowych z tworzyw sztucznych
Temat wytwarzania zapałek i pudełek zapałek z tworzyw sztucznych dla masowego odbiorcy jest obecnie dość szeroko dyskutowany. Gdyby udało się to zrobić, nastąpiłaby prawdziwa rewolucja w rozwoju branży zapałek. Na naszych ekologicznie zniszczonych terenach możliwe byłoby zachowanie setek hektarów lasu, który jest zużywany znacznie szybciej niż uzupełniane są jego rezerwy.Jednak w rzeczywistości wszystko okazuje się nie takie proste. Wiele tworzyw sztucznych trudno poddać recyklingowi i w coraz większym stopniu zanieczyszczają oceany i ląd. Duże miasta przemysłowe mają trudności z przetwarzaniem odpadów z tworzyw sztucznych, a nasza niegdyś czysta planeta dusi się pod naporem odpadów syntetycznych. Naturalnie, pudełka po zapałkach wykonane z różnych materiałów polimerowych również po zużyciu zapałek zostaną beztrosko wyrzucone, tak jak dzieje się to obecnie z podobnymi produktami wykonanymi z tektury i drewna. Wtedy niewątpliwie Moskwa i obwód moskiewski oraz wiele innych miast naszej cierpiącej planety ubiorą się w nowy strój wykonany z produktów zapałek odpadowych. To już nie będzie mityczny strój króla ze wspaniałej baśni o wielkim Andersenie, ale inkwizycyjna toga, wykonana przez człowieka z materiałów polimerowych dla Matki Ziemi.
Gdzie więc jest wyjście? Jak uniknąć katastrofy, jaka czai się w intensywnej dystrybucji wyrobów z tworzyw sztucznych? Oczywiście, że jest wyjście. Istnieją i są coraz częściej stosowane materiały sztuczne, które rozpuszczają się w glebie pod wpływem promieniowania słonecznego i kwasów. Te syntetyczne materiały do produkcji pudełek i zapałek niewątpliwie znajdą zastosowanie w najbliższej przyszłości. Chociaż obecnie takie produkty są znacznie droższe niż podobne produkty z drewna.
Wykonanie bardzo pięknych pudełek zapałek z materiałów syntetycznych wymaga znacznych inwestycji. Na zewnętrzne pudełka zapałek wytłaczany jest wzór z tworzywa sztucznego, a za pomocą specjalnych maszyn nanoszona jest masa fosforowa.
Oczywiście w ciągu ostatniego ćwierćwiecza cena nieco spadła ze względu na ulepszenia technologii produkcji, ale mimo to zapałki syntetyczne nie są jeszcze w stanie konkurować kosztowo z zapałkami wykonanymi z drewna. Zapałki syntetyczne produkowane są w małych ilościach w wielu krajach Europy Zachodniej. Konieczne są tańsze surowce i dalsze udoskonalanie sprzętu. Czy jest to nie do rozwiązania?
Przypomnijmy, że jeszcze jakieś 100 lat temu aluminium było droższe od złota i dopiero dzięki stworzeniu nowej elektrochemicznej metody jego produkcji stało się dostępne i tanie.
Uzyskanie materiału syntetycznego na zapałkę, który mógłby zastąpić słomkę zapałkową, umożliwiając regulację temperatury i szybkości spalania, jest całkiem możliwe z technicznego punktu widzenia przy rozwiązywaniu problemu masowej produkcji zapałek syntetycznych przez współczesny przemysł.
Obecnie w Niemczech firma Reifenhäuser wykorzystuje polistyren do produkcji pudełek i zapałek, a we Francji rozpoczęła produkcję zapałek woskowych, czyli jeszcze nie zostało powiedziane ostatnie słowo w tworzeniu zwykłej zapałki. Szerokie pole działania w tym obszarze czeka młode pokolenie pełne zmartwień i sukcesów. Chciałbym wierzyć, że i my nie będziemy używać drewna.
Wiadomości chemiczne z branży chemicznej
Dowiedz się więcej o nowościach z dziedziny chemii, interesującychFosfor odkrył niemiecki alchemik Hennig Brand. H. Brand był kupcem w Hamburgu, potem zbankrutował, popadł w długi i chcąc poprawić swoje sprawy, postanowił spróbować szczęścia w alchemii. Po długim czasie bezskutecznej pracy postanowił rozpocząć poszukiwania „kamienia filozoficznego”. Przede wszystkim Brand postanowił poszukać tej tajemniczej substancji w produktach żywego organizmu. Z wielu powodów, głównie natury mistycznej, wybrał do tego celu mocz. Po odparowaniu prawie do sucha Brand poddał go działaniu silnego ciepła i zaobserwował, że otrzymano białą substancję, która paliła się, tworząc biały dym.
Alchemik H. Brand próbujący odnaleźć „kamień filozoficzny”,
otrzymałem niesamowitą substancję. Okazało się, że był to fosfor
Brand postanowił zebrać tę substancję i zaczął podgrzewać wysuszony mocz bez dostępu powietrza. W 1669 roku jego dzieło zostało zwieńczone nieoczekiwanym odkryciem: w retorcie utworzyła się osobliwa substancja, która miała nieprzyjemny smak, słaby zapach czosnku, wyglądem przypominała wosk, topiła się po lekkim podgrzaniu i wydzielała świecące w ciemności pary. Brand przesunął dłonią po substancji - jego palce zaczęły świecić w ciemności, wrzucił ją do wrzącej wody - opary zamieniły się w spektakularnie świecące promienie. Wszystko, co miało kontakt z powstałą substancją, uzyskało zdolność niezależnego świecenia. Można sobie wyobrazić, jak wielkie było zdumienie mistycznie myślącego Branda, wychowanego na wierze w „kamień filozoficzny”. W ten sposób odkryto fosfor. Marka nadała mu nazwę „Kaltes Feuer”(„zimny ogień”), czasami z miłością nazywając go „moim ogniem”. I chociaż za pomocą nowej substancji świetlistej Brand nie był w stanie przeprowadzić ani jednej przemiany metalu nieszlachetnego w złoto lub srebro, to jednak „zimny ogień” przyniósł mu bardzo znaczące korzyści.
Brand bardzo sprytnie wykorzystał ogromne zainteresowanie, jakie wywołało odkrycie fosforu wśród świata nauki i opinii publicznej. Zaczął produkować fosfor w dość znacznych ilościach. Sposób jego uzyskania był owiany najściślejszą tajemnicą i żaden z pozostałych alchemików nie mógł przedostać się do jego laboratorium. Brand pokazywał nową substancję za pieniądze i sprzedawał ją w małych porcjach za cenę złota, a nawet więcej. W 1730 r., tj. 61 lat po odkryciu uncja (31 g) fosforu kosztowała w Londynie 10,5 grama, a w Amsterdamie 16 czerwońca. Nic więc dziwnego, że wielu spieszyło się z przeprowadzaniem różnych eksperymentów, próbując odkryć tajemnicę Branda.
Fosforem zainteresował się zwłaszcza niemiecki chemik, profesor Uniwersytetu w Wittenberdze Johann Kunkel (1630–1703). Podczas podróży spotkał swojego przyjaciela, chemika Krafta z Drezna, i namówił go, aby kupił sekret od Branda, aby z niego skorzystać. Kraft odwiedził Branda i udało mu się kupić sekret przygotowania fosforu za 200 talarów. Jednak Kunkel nic na tej transakcji nie zyskał: Kraft nie podzielił się z nim otrzymaną tajemnicą, lecz zaczął podróżować po dworach elektorów, pokazując, podobnie jak Brand, fosfor za pieniądze i zarabiając na tym biznesie ogromne sumy.
Wiosną 1676 roku Kraft zorganizował sesję doświadczeń z fosforem na dworze elektora brandenburskiego Fryderyka Wilhelma. 24 kwietnia o godzinie 21:00 w pomieszczeniu zgasły wszystkie świece, a Kraft pokazał obecne eksperymenty z „wiecznym płomieniem”, nie zdradzając jednak metody przygotowania tej magicznej substancji.
Wiosną następnego roku Kraft przybył na dwór księcia Johanna Friedricha w Hanowerze, gdzie w tym czasie funkcję bibliotekarza pełnił niemiecki filozof i matematyk G. W. Leibniz (1646–1716). Również tutaj Kraft przeprowadził sesję eksperymentów z fosforem, pokazując zwłaszcza dwie butelki, które świeciły jak świetliki. Leibniz, podobnie jak Kunkel, był niezwykle zainteresowany nową substancją. Na pierwszej sesji zapytał Krafta, czy duży kawałek tej substancji byłby w stanie oświetlić całe pomieszczenie. Kraft zgodził się, że jest to całkiem możliwe, jednak byłoby niepraktyczne, ponieważ proces przygotowania substancji jest bardzo złożony.
Próby Leibniza nakłonienia Krafta do sprzedania tajemnicy księciu nie powiodły się. Następnie Leibniz udał się do Hamburga, aby osobiście spotkać się z Brandem. Tutaj udało mu się zawrzeć umowę pomiędzy księciem Johannem Friedrichem a Brandem, zgodnie z którą ten pierwszy za ujawnienie tajemnicy był zobowiązany zapłacić 60 talarów marki. Od tego czasu Leibniz nawiązał regularną korespondencję z Brandem.
Mniej więcej w tym samym czasie do Hamburga przybył II Becher (1635-1682), którego celem było zwabienie Branda do księcia Meklemburgii. Jednak Branda została ponownie przechwycona przez Leibniza i zabrana do Hanoweru do księcia Johanna Friedricha. Leibniz był całkowicie przekonany, że Brand jest już bardzo blisko odkrycia „kamienia filozoficznego”, dlatego radził księciu, aby nie wypuszczał go, dopóki nie wykona tego zadania. Brand natomiast pozostał w Hanowerze pięć tygodni, przygotował świeże zapasy fosforu poza miastem, zgodnie z umową pokazał tajemnicę produkcji i wyjechał.
W tym samym czasie Brand przygotował znaczną ilość fosforu dla fizyka Christiaana Huygensa badającego naturę światła i wysłał dostawę fosforu do Paryża.
Brand był jednak bardzo niezadowolony z ceny, jaką wyznaczyli mu Leibniz i książę Johann Friedrich za ujawnienie tajemnicy produkcji fosforu. Wysłał do Leibniza gniewny list, w którym uskarżał się, że otrzymana kwota nie wystarczy nawet na utrzymanie rodziny w Hamburgu i pokrycie kosztów podróży. Podobne listy wysłano do żony Leibniza i Branda, Margarity.
Brand był także niezadowolony z Krafta, do którego wyrażał swoją niechęć w listach, zarzucając mu, że odsprzedał tajemnicę za 1000 talarów Anglii. Kraft przekazał ten list Leibnizowi, który poradził księciu Johannowi Friedrichowi, aby nie drażnił Branda, lecz hojniej mu zapłacił za ujawnienie tajemnicy, w obawie, że autor odkrycia w akcie zemsty zdradzi przepis na wytwarzanie fosforu ktoś inny. Leibniz wysłał do samego Branda uspokajający list.
Podobno Brand otrzymał nagrodę, bo. w 1679 r. ponownie przybył do Hanoweru i pracował tam przez dwa miesiące, otrzymując tygodniową pensję w wysokości 10 talarów z dodatkiem na wyżywienie i koszty podróży. Korespondencja Leibniza z Brandem, sądząc po listach przechowywanych w Bibliotece Hanowerskiej, trwała do 1684 roku.
Wróćmy teraz do Kunkela. Jeśli wierzyć Leibnizowi, Kunkel poznał od Krafta przepis na wytwarzanie fosforu i zabrał się do pracy. Ale jego pierwsze eksperymenty zakończyły się niepowodzeniem. Wysyłał do Branda list za listem, w którym skarżył się, że przesłano mu przepis, który dla innej osoby był bardzo niezrozumiały. W liście napisanym w 1676 roku z Wittenbergi, gdzie wówczas mieszkał Kunkel, wypytywał Branda o szczegóły procesu.
Ostatecznie Kunkel odniósł sukces w swoich eksperymentach, nieznacznie modyfikując metodę Branda. Dodając odrobinę piasku do suchego moczu przed jego destylacją, uzyskał fosfor i... rościł sobie prawo do niezależnego odkrycia. W tym samym roku, w lipcu, Kunkel opowiedział o swoich sukcesach swojemu przyjacielowi, profesorowi Uniwersytetu w Wittenberdze Casparowi Kirchmeyerowi, który opublikował na ten temat pracę pt. „Stała lampka nocna, czasem iskrząca, której poszukiwano od dawna , teraz odnalezione.” W tym artykule Kirchmeyer mówi o fosforze jako o od dawna znanym świecącym kamieniu, ale nie używa samego terminu „fosfor”, który oczywiście nie był jeszcze wówczas przyjęty.
W W Anglii, niezależnie od Branda, Kunkela i Kirchmeyera, fosfor pozyskiwał w 1680 r. R. Boyle (1627–1691). Boyle wiedział o fosforze od tego samego Krafta. Już w maju 1677 roku w Royal Society of London wykazano obecność fosforu. Latem tego samego roku sam Kraft przyjechał do Anglii z fosforem. Boyle, według własnej historii, odwiedził Crafta i zobaczył znajdujący się w jego posiadaniu fosfor w postaci stałej i płynnej. W podzięce za ciepłe powitanie Kraft żegnając się z Boyle'em, zasugerował mu, że główną substancją jego fosforu jest coś nieodłącznie związanego z ludzkim ciałem. Najwyraźniej ta wskazówka wystarczyła, aby ożywić pracę Boyle’a. Po odejściu Krafta zaczął badać krew, kości, włosy, mocz i w 1680 roku jego wysiłki w celu uzyskania świetlistego pierwiastka zostały uwieńczone sukcesem.
Boyle zaczął wykorzystywać swoje odkrycie w towarzystwie asystenta, Niemca Gaukwitza. Po śmierci Boyle'a w 1691 r. Gaukwitz rozwinął produkcję fosforu, udoskonalając ją na skalę przemysłową. Sprzedając fosfor po trzy funty szterlingi za uncję i dostarczając go instytucjom naukowym i indywidualnym naukowcom w Europie, Gaukwitz dorobił się ogromnej fortuny. W celu nawiązania kontaktów handlowych podróżował po Holandii, Francji, Włoszech i Niemczech. W samym Londynie Gaukwitz założył firmę farmaceutyczną, która zasłynęła już za jego życia. Ciekawe, że pomimo wszystkich swoich eksperymentów z fosforem, czasem bardzo niebezpiecznych, Gaukwitz dożył 80 lat, przeżywając swoich trzech synów i wszystkich ludzi, którzy brali udział w pracach związanych z wczesną historią fosforu.
Od czasu odkrycia fosforu przez Kunkela i Boyle’a jego cena szybko zaczęła spadać w wyniku konkurencji między wynalazcami. W końcu spadkobiercy wynalazców zaczęli wprowadzać wszystkich w tajemnicę jego produkcji za 10 talarów, cały czas obniżając cenę. W 1743 roku A.S. Marggraff odkrył jeszcze lepszą metodę wytwarzania fosforu z moczu i natychmiast ją opublikował, ponieważ rybołówstwo przestało być opłacalne.
W Obecnie fosforu nie produkuje się nigdzie metodą Branda – Kunkela – Boyle’a, gdyż jest to całkowicie nieopłacalne. Ze względu na zainteresowanie historyczne nadal podamy opis ich metody.
Gnijący mocz odparowuje do stanu syropu. Powstałą gęstą masę wymieszać z trzykrotną ilością białego piasku, umieścić w retorcie wyposażonej w odbieralnik i podgrzewać przez 8 godzin na równym ogniu, aż do usunięcia substancji lotnych, po czym zwiększyć ogrzewanie. Odbiornik wypełniony jest białymi oparami, które następnie zamieniają się w niebieskawy stały i świecący fosfor.
Fosfor ma swoją nazwę ze względu na swoją właściwość świecenia w ciemności (z greckiego - świetlisty). Wśród niektórych rosyjskich chemików istniała chęć nadania pierwiastkowi czysto rosyjskiej nazwy: „klejnot”, „zapalniczka”, ale nazwy te nie przyjęły się.
Lavoisier w wyniku szczegółowych badań spalania fosforu jako pierwszy rozpoznał go jako pierwiastek chemiczny.
Obecność fosforu w moczu dała chemikom powód do poszukiwania go w innych częściach ciała zwierzęcia. W 1715 roku w mózgu odkryto fosfor. Znacząca obecność w nim fosforu stała się podstawą do stwierdzenia, że „bez fosforu nie ma myśli”. W 1769 roku Yu.G. Gan odkrył fosfor w kościach, a dwa lata później K.V. Scheele udowodnił, że kości składają się głównie z fosforanu wapnia, i zaproponował metodę pozyskiwania fosforu z popiołu pozostałego po spaleniu kości. Wreszcie w 1788 roku M. G. Klaproth i J. L. Proust wykazali, że fosforan wapnia jest minerałem niezwykle rozpowszechnionym w przyrodzie.
Alotropową modyfikację fosforu – fosfor czerwony – odkrył w 1847 roku A. Schrötter. W pracy zatytułowanej „A New Allotropic State of Phosphorus” Schrötter pisze, że światło słoneczne zmienia biały fosfor w czerwony, a czynniki takie jak wilgoć i powietrze atmosferyczne nie mają na to wpływu. Schrötter oddzielił czerwony fosfor, traktując go dwusiarczkiem węgla. Przygotował także fosfor czerwony, podgrzewając fosfor biały do temperatury około 250°C w gazie obojętnym. Jednocześnie stwierdzono, że dalszy wzrost temperatury ponownie prowadzi do powstania białej modyfikacji.
Bardzo interesujące jest to, że Schrötter jako pierwszy przewidział zastosowanie czerwonego fosforu w przemyśle zapałkowym. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1855 roku zademonstrowano wytwarzany już fabrycznie czerwony fosfor.
Rosyjski naukowiec A.A. Musin-Puszkin w 1797 roku otrzymał nową modyfikację fosforu - fosfor fioletowy. Odkrycie to błędnie przypisuje się I.V. Hittorfowi, który po niemal całkowitym powtórzeniu metody Musina-Puszkina uzyskał fioletowy fosfor dopiero w 1853 roku.
W 1934 roku profesor P. W. Bridgeman poddając fosfor biały działaniu ciśnień dochodzących do 1100 atm. , zmienił kolor na czarny i w ten sposób uzyskał nową alotropową modyfikację pierwiastka. Wraz z kolorem zmieniły się właściwości fizyczne i chemiczne fosforu: na przykład biały fosfor zapala się samorzutnie w powietrzu, ale czarny fosfor, podobnie jak czerwony, nie ma tej właściwości.
Możliwe, że fosfor w postaci pierwiastkowej pozyskiwano już w XII wieku. Arabski alchemik Alchid Behil podczas destylacji moczu z gliną i wapnem, o czym świadczy starożytny rękopis alchemiczny przechowywany w Bibliotece Paryskiej. Jednak odkrycie fosforu przypisuje się zwykle zbankrutowanemu hamburskiemu kupcowi Hennigowi Brandowi. Przedsiębiorca uprawiał alchemię, aby zdobyć kamień filozoficzny i eliksir młodości, dzięki którym z łatwością mógł poprawić swoją sytuację finansową.
Ale ogólnie rzecz biorąc, od czasów starożytnych substancje zdolne świecić w ciemności nazywano luminoforami lekką ręką starożytnych Greków, ponieważ dla nich to słowo oznaczało „nosiciel światła”. Nawiasem mówiąc, nazywali planetę Wenus Fosfor lub Lucyfer, ale tylko rano, wieczorami miała inną nazwę.
W historii publikacji tajemnicy pozyskiwania fosforu ważnym kamieniem milowym stał się wiek XVII. Na przykład szewc V. Kagaorolo, który zajmował się alchemią, zdecydował, że minerał zwany „barytem” można zamienić w złoto (lub w kamień filozoficzny, co pomogłoby rozwiązać ten sam problem, a jednocześnie rozwiązać problemy z zdrowie i wieczna młodość). Poprzez kalcynację barytu węglem i olejem uzyskał tzw. „fosfor boloński”, który przez pewien czas świeci w ciemności.
W Saksonii Baldwin, niski urzędnik sądowy (jak nasz brygadzista volost) z jakiegoś powodu zaczął eksperymentować z kredą i kwasem azotowym (jednak jasne jest dlaczego: był alchemikiem). Po kalcynowaniu produktu oddziaływania składników odkrył poświatę w retorcie - był to bezwodny azotan wapnia, który nazwano „fosforem Baldwina”.
Ale zapisanie najjaśniejszej karty w tej historii rozpoczął Honnig Brand, o którym warto mówić szerzej, bo nawet wielki Lavoisier pozostawił o nim krótką informację po spotkaniu z nim w 1678 roku. W młodości był żołnierzem, następnie samozwańczo ogłosił się lekarzem, nieobciążonym edukacją medyczną. Małżeństwo z zamożną kobietą pozwoliło mu zacząć żyć na luzie i zająć się handlem. Alchemia przyciągnęła H. Branda tajemnicą zdobywania złota.
Och, jak bardzo był zafascynowany tą ideą, ile wysiłku włożył, aby ją wdrożyć! Wierząc, że odpady człowieka, „króla natury”, mogą zawierać tzw. energię pierwotną, niestrudzony eksperymentator rozpoczął destylację ludzkiego moczu na, można rzec, skalę przemysłową: w koszarach żołnierskich zebrał łącznie z tony! I odparował go do stanu syropu (oczywiście nie za jednym razem!), A po destylacji ponownie destylował powstały „olejek z moczu” i długo go kalcynował. W rezultacie w retorcie pojawił się biały pył, który osiadł na dnie i zaczął się żarzyć, dlatego Brand nazwał go „zimnym ogniem” (kaltes Feuer). Współcześni Brandowi nazywali tę substancję fosforem ze względu na jej zdolność świecenia w ciemności (starożytna greka: jwsjoroV).
W 1682 roku Brand opublikował wyniki swoich badań i obecnie słusznie uważany jest za odkrywcę pierwiastka nr 15. Fosfor był pierwszym pierwiastkiem, którego odkrycie zostało udokumentowane, a jego odkrywca jest znany.
Zainteresowanie nową substancją było ogromne, a Brand to wykorzystał – demonstrował fosfor wyłącznie za pieniądze lub wymieniał jego niewielkie ilości na złoto. Pomimo licznych wysiłków hamburski kupiec nie był w stanie zrealizować swojego ukochanego marzenia – uzyskania złota z ołowiu za pomocą „zimnego ognia”, dlatego wkrótce sprzedał przepis na otrzymanie nowej substancji niejakiemu Kraftowi z Drezna za dwieście talarów. Nowemu właścicielowi udało się zgromadzić na fosforze znacznie większą fortunę - z „zimnym ogniem” podróżował po Europie i demonstrował ją naukowcom, osobistościom wysokiej rangi, a nawet członkom rodziny królewskiej, na przykład Robertowi Boyle, Gottfriedowi Leibnizowi, Karolowi II. Choć metodę otrzymywania fosforu trzymano w najściślejszej tajemnicy, w 1682 roku Robertowi Boyle’owi udało się ją uzyskać, ale swoją metodę także ogłosił dopiero na zamkniętym posiedzeniu Towarzystwa Królewskiego w Londynie. Metoda Boyle’a została upubliczniona po jego śmierci, w 1692 roku.
Wiosną 1676 roku Kraft zorganizował sesję doświadczeń z fosforem na dworze elektora brandenburskiego Fryderyka Wilhelma. 24 kwietnia o godzinie 21:00 w pomieszczeniu zgasły wszystkie świece, a Kraft pokazał obecne eksperymenty z „wiecznym płomieniem”, nie zdradzając jednak metody przygotowania tej magicznej substancji.
Wiosną następnego roku Kraft przybył na dwór księcia Johanna Friedricha w Hanowerze3, gdzie w tym czasie funkcję bibliotekarza pełnił niemiecki filozof i matematyk G. W. Leibniz (1646-1716). Również tutaj Kraft przeprowadził sesję eksperymentów z fosforem, pokazując zwłaszcza dwie butelki, które świeciły jak świetliki. Leibniz, podobnie jak Kunkel, był niezwykle zainteresowany nową substancją. Na pierwszej sesji zapytał Krafta, czy duży kawałek tej substancji byłby w stanie oświetlić całe pomieszczenie. Kraft zgodził się, że jest to całkiem możliwe, jednak byłoby niepraktyczne, ponieważ proces przygotowania substancji jest bardzo złożony.
Próby Leibniza nakłonienia Krafta do sprzedania tajemnicy księciu nie powiodły się. Następnie Leibniz udał się do Hamburga, aby osobiście spotkać się z Brandem. Tutaj udało mu się zawrzeć umowę pomiędzy księciem Johannem Friedrichem a Brandem, zgodnie z którą ten pierwszy za ujawnienie tajemnicy był zobowiązany zapłacić 60 talarów marki. Od tego czasu Leibniz nawiązał regularną korespondencję z Brandem.
Mniej więcej w tym samym czasie do Hamburga przybył II Becher (1635-1682), którego celem było zwabienie Branda do księcia Meklemburgii. Jednak Branda została ponownie przechwycona przez Leibniza i zabrana do Hanoweru do księcia Johanna Friedricha. Leibniz był całkowicie przekonany, że Brand jest już bardzo blisko odkrycia „kamienia filozoficznego”, dlatego radził księciu, aby nie wypuszczał go, dopóki nie wykona tego zadania. Brand natomiast pozostał w Hanowerze pięć tygodni, przygotował świeże zapasy fosforu poza miastem, zgodnie z umową pokazał tajemnicę produkcji i wyjechał.
W tym samym czasie Brand przygotował znaczną ilość fosforu dla fizyka Christiaana Huygensa badającego naturę światła i wysłał dostawę fosforu do Paryża.
Brand był jednak bardzo niezadowolony z ceny, jaką wyznaczyli mu Leibniz i książę Johann Friedrich za ujawnienie tajemnicy produkcji fosforu. Wysłał do Leibniza gniewny list, w którym uskarżał się, że otrzymana kwota nie wystarczy nawet na utrzymanie rodziny w Hamburgu i pokrycie kosztów podróży. Podobne listy wysłano do żony Leibniza i Branda, Margarity.
Brand był także niezadowolony z Krafta, do którego wyrażał swoją niechęć w listach, zarzucając mu, że odsprzedał tajemnicę za 1000 talarów Anglii. Kraft przekazał ten list Leibnizowi, który poradził księciu Johannowi Friedrichowi, aby nie drażnił Branda, lecz hojniej mu zapłacił za ujawnienie tajemnicy, w obawie, że autor odkrycia w akcie zemsty zdradzi przepis na wytwarzanie fosforu ktoś inny. Leibniz wysłał do samego Branda uspokajający list.
Podobno Brand otrzymał nagrodę, bo. w 1679 r. ponownie przybył do Hanoweru i pracował tam przez dwa miesiące, otrzymując tygodniową pensję w wysokości 10 talarów z dodatkiem na wyżywienie i koszty podróży. Korespondencja Leibniza z Brandem, sądząc po listach przechowywanych w Bibliotece Hanowerskiej, trwała do 1684 roku.
Wróćmy teraz do Kunkela. Jeśli wierzyć Leibnizowi, Kunkel poznał od Krafta przepis na wytwarzanie fosforu i zabrał się do pracy. Ale jego pierwsze eksperymenty zakończyły się niepowodzeniem. Wysyłał do Branda list za listem, w którym skarżył się, że przesłano mu przepis, który dla innej osoby był bardzo niezrozumiały. W liście napisanym w 1676 roku z Wittenbergi, gdzie wówczas mieszkał Kunkel, wypytywał Branda o szczegóły procesu.
Ostatecznie Kunkel odniósł sukces w swoich eksperymentach, nieznacznie modyfikując metodę Branda. Dodając odrobinę piasku do suchego moczu przed jego destylacją, uzyskał fosfor i... rościł sobie prawo do niezależnego odkrycia. W tym samym roku, w lipcu, Kunkel opowiedział o swoich sukcesach swojemu przyjacielowi, profesorowi Uniwersytetu w Wittenberdze Casparowi Kirchmeyerowi, który opublikował na ten temat pracę pt. „Stała lampka nocna, czasem iskrząca, której poszukiwano od dawna , teraz odnalezione.” W tym artykule Kirchmeyer mówi o fosforze jako o od dawna znanym świecącym kamieniu, ale nie używa samego terminu „fosfor”, który oczywiście nie był jeszcze wówczas przyjęty.
W Anglii, niezależnie od Branda, Kunkela i Kirchmeyera, fosfor pozyskiwał w 1680 r. R. Boyle (1627-1691). Boyle wiedział o fosforze od tego samego Krafta. Już w maju 1677 roku w Royal Society of London wykazano obecność fosforu. Latem tego samego roku sam Kraft przyjechał do Anglii z fosforem. Boyle, według własnej historii, odwiedził Crafta i zobaczył znajdujący się w jego posiadaniu fosfor w postaci stałej i płynnej. W podzięce za ciepłe powitanie Kraft żegnając się z Boyle'em, zasugerował mu, że główną substancją jego fosforu jest coś nieodłącznie związanego z ludzkim ciałem. Najwyraźniej ta wskazówka wystarczyła, aby ożywić pracę Boyle’a. Po odejściu Krafta zaczął badać krew, kości, włosy, mocz i w 1680 roku jego wysiłki w celu uzyskania świetlistego pierwiastka zostały uwieńczone sukcesem.
Boyle zaczął wykorzystywać swoje odkrycie w towarzystwie asystenta, Niemca Gaukwitza. Po śmierci Boyle'a w 1691 r. Gaukwitz rozwinął produkcję fosforu, udoskonalając ją na skalę przemysłową. Sprzedając fosfor po trzy funty szterlingi za uncję i dostarczając go instytucjom naukowym i indywidualnym naukowcom w Europie, Gaukwitz dorobił się ogromnej fortuny. W celu nawiązania kontaktów handlowych podróżował po Holandii, Francji, Włoszech i Niemczech. W samym Londynie Gaukwitz założył firmę farmaceutyczną, która zasłynęła już za jego życia. Ciekawe, że pomimo wszystkich swoich eksperymentów z fosforem, czasem bardzo niebezpiecznych, Gaukwitz dożył 80 lat, przeżywając swoich trzech synów i wszystkich ludzi, którzy brali udział w pracach związanych z wczesną historią fosforu.
Od czasu odkrycia fosforu przez Kunkela i Boyle’a jego cena szybko zaczęła spadać w wyniku konkurencji między wynalazcami. W końcu spadkobiercy wynalazców zaczęli wprowadzać wszystkich w tajemnicę jego produkcji za 10 talarów, cały czas obniżając cenę. W 1743 roku A.S. Marggraff odkrył jeszcze lepszą metodę wytwarzania fosforu z moczu i natychmiast ją opublikował, ponieważ rybołówstwo przestało być opłacalne.
Obecnie fosforu nie produkuje się nigdzie metodą Branda-Kunkela-Boyle'a, gdyż jest to całkowicie nieopłacalne. Ze względu na zainteresowanie historyczne nadal podamy opis ich metody.
Gnijący mocz odparowuje do stanu syropu. Powstałą gęstą masę wymieszać z trzykrotną ilością białego piasku, umieścić w retorcie wyposażonej w odbieralnik i podgrzewać przez 8 godzin na równym ogniu, aż do usunięcia substancji lotnych, po czym zwiększyć ogrzewanie. Odbiornik wypełniony jest białymi oparami, które następnie zamieniają się w niebieskawy stały i świecący fosfor.
Fosfor ma swoją nazwę ze względu na swoją właściwość świecenia w ciemności (z greckiego - świetlisty). Wśród niektórych rosyjskich chemików istniała chęć nadania pierwiastkowi czysto rosyjskiej nazwy: „klejnot”, „zapalniczka”, ale nazwy te nie przyjęły się.
Lavoisier w wyniku szczegółowych badań spalania fosforu jako pierwszy rozpoznał go jako pierwiastek chemiczny.
Obecność fosforu w moczu dała chemikom powód do poszukiwania go w innych częściach ciała zwierzęcia. W 1715 roku w mózgu odkryto fosfor. Znacząca obecność w nim fosforu stała się podstawą do stwierdzenia, że „bez fosforu nie ma myśli”. W 1769 roku Yu.G. Gan odkrył fosfor w kościach, a dwa lata później K.V. Scheele udowodnił, że kości składają się głównie z fosforanu wapnia i zaproponował metodę pozyskiwania fosforu z popiołu pozostałego po spaleniu kości. Wreszcie w 1788 roku M. G. Klaproth i J. L. Proust wykazali, że fosforan wapnia jest minerałem niezwykle rozpowszechnionym w przyrodzie.
Alotropową modyfikację fosforu – fosfor czerwony – odkrył w 1847 roku A. Schrötter. W pracy zatytułowanej „A New Allotropic State of Phosphorus” Schrötter pisze, że światło słoneczne zmienia biały fosfor w czerwony, a czynniki takie jak wilgoć i powietrze atmosferyczne nie mają na to wpływu. Schrötter oddzielił czerwony fosfor, traktując go dwusiarczkiem węgla. Przygotował także fosfor czerwony, podgrzewając fosfor biały do temperatury około 250°C w gazie obojętnym. Jednocześnie stwierdzono, że dalszy wzrost temperatury ponownie prowadzi do powstania białej modyfikacji.
Bardzo interesujące jest to, że Schrötter jako pierwszy przewidział zastosowanie czerwonego fosforu w przemyśle zapałkowym. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1855 roku zademonstrowano wytwarzany już fabrycznie czerwony fosfor.
Rosyjski naukowiec A.A. Musin-Puszkin w 1797 roku otrzymał nową modyfikację fosforu - fosfor fioletowy. Odkrycie to błędnie przypisuje się I.V. Hittorfowi, który po niemal całkowitym powtórzeniu metody Musina-Puszkina uzyskał fioletowy fosfor dopiero w 1853 roku.
W 1934 roku profesor P. W. Bridgeman poddając fosfor biały działaniu ciśnienia do 1100 atm, zamienił go w czerń i uzyskał w ten sposób nową alotropową modyfikację pierwiastka. Wraz z kolorem zmieniły się właściwości fizyczne i chemiczne fosforu: na przykład biały fosfor zapala się samorzutnie w powietrzu, ale czarny fosfor, podobnie jak czerwony, nie ma tej właściwości.
Fosfor (z greckiego fosfor - świetlisty; łac. Fosfor) jest elementem układu okresowego pierwiastków chemicznych układu okresowego, jednego z najczęstszych elementów skorupy ziemskiej, jego zawartość wynosi 0,08-0,09% jego masy. Stężenie w wodzie morskiej wynosi 0,07 mg/l. Nie występuje w stanie wolnym ze względu na wysoką aktywność chemiczną. Tworzy około 190 minerałów, z których najważniejsze to apatyt Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), fosforyt Ca 3 (PO 4) 2 i inne. Fosfor występuje we wszystkich częściach roślin zielonych, a zwłaszcza w owocach i nasionach (patrz fosfolipidy). Zawarty w tkankach zwierzęcych wchodzi w skład białek i innych niezbędnych związków organicznych (ATP, DNA) oraz jest elementem życia.
Fabuła
Fosfor odkrył hamburski alchemik Hennig Brand w 1669 roku. Podobnie jak inni alchemicy, Brand próbował znaleźć kamień filozoficzny, ale otrzymał świetlistą substancję. Brand skupił się na eksperymentach z ludzkim moczem, ponieważ wierzył, że mając złocisty kolor, może zawierać złoto lub coś przydatnego do wydobycia. Początkowo jego metoda polegała na pozostawieniu moczu na kilka dni, aż zniknie nieprzyjemny zapach, a następnie gotowaniu, aż stał się lepki. Podgrzewając tę pastę do wysokich temperatur i powodując pojawienie się bąbelków, miał nadzieję, że gdy się skondensują, będą zawierać złoto. Po kilkugodzinnym intensywnym gotowaniu otrzymano ziarenka białej substancji przypominającej wosk, która paliła się bardzo jasno, a także mieniła się w ciemności. Marka nazwała tę substancję fosforem mirabilis (łac. „cudowny nosiciel światła”). Odkrycie fosforu przez Branda było pierwszym od starożytności odkryciem nowego pierwiastka.
Nieco później fosfor uzyskał inny niemiecki chemik, Johann Kunkel.
Niezależnie od Branda i Kunkela fosfor pozyskiwał R. Boyle, który opisał go w artykule „Sposób otrzymywania fosforu z moczu ludzkiego” z 14 października 1680 r. i opublikowanym w 1693 r.
Ulepszoną metodę produkcji fosforu opublikował w 1743 roku Andreas Marggraf.
Istnieją dowody na to, że arabscy alchemicy potrafili pozyskiwać fosfor już w XII wieku.
Lavoisier udowodnił, że fosfor jest substancją prostą.
pochodzenie imienia
W 1669 roku Henning Brand, podgrzewając mieszaninę białego piasku i odparowanego moczu, uzyskał substancję świecącą w ciemności, zwaną po raz pierwszy „zimnym ogniem”. Nazwa wtórna „fosfor” pochodzi od greckich słów „φῶς” – lekki i „φέρω” – nieść. W starożytnej mitologii greckiej imię Fosfor (lub Eosfor, starożytne greckie Φωσφόρος) nosił strażnik Gwiazdy Porannej.
Paragon
Fosfor otrzymywany jest z apatytów lub fosforytów w wyniku oddziaływania z koksem i krzemionką w temperaturze 1600°C:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P4 + 10CO + 6CaSiO 3.
Powstałe pary białego fosforu są skraplane w odbiorniku pod wodą. Zamiast fosforytów można redukować inne związki, na przykład kwas metafosforowy:
4HPO3 + 12C → 4P + 2H2 + 12CO.
Właściwości fizyczne
Fosfor pierwiastkowy w normalnych warunkach reprezentuje kilka stabilnych modyfikacji alotropowych; Zagadnienie alotropii fosforu jest złożone i nie do końca rozwiązane. Zwykle istnieją cztery modyfikacje prostej substancji - fosfor biały, czerwony, czarny i metaliczny. Czasami nazywane są one także głównymi modyfikacjami alotropowymi, co sugeruje, że wszystkie pozostałe są odmianami tych czterech. W normalnych warunkach występują tylko trzy alotropowe modyfikacje fosforu, a w warunkach ultrawysokiego ciśnienia występuje również forma metaliczna. Wszystkie modyfikacje różnią się kolorem, gęstością i innymi cechami fizycznymi; Zauważalna jest tendencja do gwałtownego spadku aktywności chemicznej podczas przejścia od fosforu białego do metalicznego i wzrostu właściwości metalicznych.
Właściwości chemiczne
Aktywność chemiczna fosforu jest znacznie wyższa niż azotu. O właściwościach chemicznych fosforu w dużej mierze decyduje jego modyfikacja alotropowa. Fosfor biały jest bardzo aktywny, w procesie przejścia do fosforu czerwonego i czarnego aktywność chemiczna gwałtownie maleje. Biały fosfor świeci w ciemności w powietrzu; blask wynika z utleniania par fosforu do niższych tlenków.
W stanie ciekłym i rozpuszczonym, a także w parach do 800 ° C fosfor składa się z cząsteczek P 4. Po podgrzaniu powyżej 800°C cząsteczki ulegają dysocjacji: P 4 = 2P 2. W temperaturach powyżej 2000°C cząsteczki rozkładają się na atomy.
