Fosfor upptäcktes 1669 av alkemisten Brandt, när han, på jakt efter "de vises sten", kraftigt upphettade den torra resten av urin med kol utan lufttillgång. Det isolerade ämnet glödde i luft och antändes sedan. För denna egendom gav Brandt honom namnet "fosfor", d.v.s. bärare av ljus ("ljusbärare").
Efter upptäckten i ytterligare hundra år var fosfor ett sällsynt och dyrt ämne, eftersom. dess innehåll i urinen är försumbart, och det är svårt att få det. Och först efter 1771, när den svenske kemisten Scheele utvecklade en metod för att få fram fosfor från ben, blev det möjligt att få fram det i betydande mängder.
Funktioner av fosfor
Det andra typiska elementet, det typiska elementet i den femte gruppen, är en icke-metall. Det högsta oxidationstillståndet som fosfor kan uppvisa är +5. Föreningar som innehåller fosfor i ett oxidationstillstånd mindre än +5 fungerar som reduktionsmedel. Samtidigt är fosfor +5-föreningar i lösningar inte oxidationsmedel. Syreföreningarna av fosfor är mer stabila än de av kväve. Väteföreningar är mindre stabila.
Naturliga föreningar och få fosfor
När det gäller förekomsten i jordskorpan är fosfor före kväve, svavel och klor. Till skillnad från kväve förekommer fosfor i naturen endast i form av föreningar. De viktigaste mineralerna av fosfor är apatit Ca5X (PO4) 3 (X är fluor, mer sällan klor och en hydroxidgrupp) och fosforit, vars bas är Ca3 (PO4) 2. Dessutom ingår fosfor i vissa proteinämnen och finns i växter och organismer hos djur och människor.
Från naturliga fosforhaltiga råvaror erhålls fri fosfor genom högtemperatursänkning (1500 grader C) med koks i närvaro av sand. Den senare binder kalciumoxid till slagg - kalciumsilikat. I fallet med reduktion av fosforit kan den totala reaktionen representeras av ekvationen:
Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = CaSiO3 + 5CO + P2
Den resulterande kolmonoxiden och ångformiga fosforn kommer in i kylskåpet med vatten, där kondens uppstår för att bilda fast vit fosfor.
Fysiska och kemiska egenskaper
Under 1000 grader C innehåller fosforånga fyraatomära P4-molekyler som har formen av en tetraeder. Vid högre temperaturer uppstår termisk dissociation och halten av diatomiska P2-molekyler i blandningen ökar. Nedbrytningen av den senare till fosforatomer sker över 2500 grader C.
Den vita modifieringen av fosfor som härrör från ångkondensation har ett molekylärt kristallgitter, i vars noder P4-molekyler är dislokerade. På grund av svagheten hos intermolekylära krafter är vit fosfor flyktig, smältbar, skärs med en kniv och löses i opolära lösningsmedel, såsom koldisulfid. Vit fosfor är ett mycket reaktivt ämne. Det reagerar kraftigt med syre, halogener, svavel och metaller. Oxidation av fosfor i luft åtföljs av uppvärmning och glöd. Därför lagras vit fosfor under vatten, som den inte reagerar med. Vit fosfor är mycket giftigt.
Under långtidslagring, såväl som vid uppvärmning, förvandlas vit fosfor till en röd modifiering. Röd fosfor är en polymer substans, olöslig i koldisulfid, mindre giftig än vit fosfor. Röd fosfor oxideras svårare än vit, lyser inte i mörker och antänds först vid 250 grader C.
Den mest stabila modifieringen av fosfor är svart fosfor. Det erhålls genom allotropisk omvandling av vit fosfor vid en temperatur av 220 grader C och ett tryck på 1200 MPa. Till utseendet liknar den grafit. Kristallstrukturen hos svart fosfor är skiktad, bestående av korrugerade skikt. Liksom i röd fosfor är här varje fosforatom bunden av kovalenta bindningar med tre grannar. Avståndet mellan fosforatomer är 0,387 nm. Vit och röd fosfor är dielektrikum, medan svart fosfor är en halvledare med ett bandgap på 0,33 eV. Kemiskt sett är svart fosfor den minst reaktiva, den antänds endast när den värms över 400 grader C.
Fosfor uppvisar en oxiderande funktion när den interagerar med metaller: 3Ca + 2P = Ca3P2
Som ett reduktionsmedel verkar fosfor i reaktioner med aktiva icke-metaller - halogener, syre, svavel, såväl som med starka oxidationsmedel:
2P + 3S = P2S3 2P + 5S = P2S5
Det interagerar på liknande sätt med syre och klor.
P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
I alkaliska lösningar, vid upphettning, uppgår vit fosfor i oproportionering:
8Р + 3Ва(ОН)2 + 6Н2О = 2РН3 + 3Ва(Н2Р2)2
Kemisk fosforoxid (+3) är sur till sin natur:
P2O3 + 3H2O = 2H3RO3
Fosforsyra - färglösa, smältbara, vattenlösliga kristaller. Enligt sin kemiska struktur är det en förvrängd tetraeder, i mitten av vilken det finns en fosforatom med sp3 hybridorbitaler, och hörnen är upptagna av två hydroxogrupper och väte- och syreatomer. En väteatom som är direkt kopplad till fosfor kan inte substitueras, och därför är fosforsyra högst tvåbasisk och representeras ofta av formeln H2[HPO3]. Fosforsyra är en medelstark syra. Dess salter - fosfiter erhålls genom interaktion av P2O3 med alkalier:
P2O3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + H2O
Fosfiter av alkalimetaller och kalcium är lättlösliga i vatten.
När den värms upp blir fosforsyran oproportionerlig:
4H3PO3 = PH3 + 3H3RO4
Fosforsyra oxideras av många oxidationsmedel, inklusive halogener, till exempel:
H3P03 + Cl2 + H2O = H3RO4 + 2HCl
Fosforsyra erhålls vanligtvis genom hydrolys av fosfortrihalider:
RG3 + 3H2O = H3RO3 + 3NG
När monosubstituerade fosfiter värms upp erhålls salter av pyrofosforsyra (difosforsyra) - pyrofosfiter:
2NaH2P03 = Na2H2P2O5 + H2O
Pyrofosfiter hydrolyserar när de kokas med vatten:
Na2H2P2O5 + 3H2O = 2NaOH + 2H3PO3
Pyrofosforsyra H4P2O5 (pentaoxodifosforsyra) är i sig, liksom fosfor, endast tvåbasisk och relativt instabil.
En annan fosforsyra (+3) är känd - en dåligt studerad polymer metafosforsyra (HPO2) n.
P2O5-oxid, difosforpentoxid, är mest karakteristisk för fosfor. Det är en vit fast substans som lätt kan erhållas i glasartat tillstånd. I ångtillståndet har molekylerna av fosforoxid (+5) sammansättningen P4O10. Solid P2O5 har flera modifieringar. En av formerna av fosforoxid (+5) har en molekylstruktur med P4O10-molekyler vid gitterställena. Till utseendet liknar denna modifiering is. Den har låg densitet, går lätt över i ånga, är mycket löslig i vatten och reaktiv. P2O5 är det starkaste uttorkningsmedlet. När det gäller intensiteten av torkningseffekten är den mycket överlägsen sådana fuktabsorbenter som CaCl2, NaOH, H2SO4, etc. När P2O5 hydratiseras bildas först metafosforsyra:
P2O5 + H2O = 2HPO3
ytterligare hydrering som successivt leder till pyrofosforsyra och ortofosforsyra:
2HPO3 + H2O = H4P2O7 och H4P2O7 + H2O = 2H3PO4
Historien om upptäckten av kemiska grundämnen är full av personliga dramer, olika överraskningar, mystiska mysterier och fantastiska legender.
Ibland väntade ett tragiskt slut för forskaren, som det till exempel hände med upptäckaren av fluor. Men oftare visade sig framgång vara en trogen följeslagare för dem som visste hur man tittar närmare på naturfenomen.
Forntida tomer har bevarat för oss enskilda episoder från livet för en pensionerad soldat och en Hamburgare. Han hette Hennig Brand (ca 1630-?). Hans köpmansaffärer gick inte lysande, och det var därför han strävade efter att ta sig ur fattigdomen. Hon förtryckte honom fruktansvärt. Och Brand bestämde sig för att pröva lyckan med alkemi. Dessutom, på XVII-talet. till skillnad från vårt 1900-tal. det ansågs fullt möjligt att hitta en "de vises sten" som kan förvandla oädla metaller till guld.
Hennig Brand och Fosfor
Brand har redan gjort många experiment med olika ämnen, men han lyckades inte med något vettigt. En dag bestämde han sig för att göra ett kemiskt experiment med urin. Han indunstade den nästan till torrhet och blandade den återstående ljusgula fällningen med kol och sand och värmde den i en retort utan luft. Som ett resultat fick Brand ett nytt ämne som hade den fantastiska egenskapen att lysa i mörkret.Så 1669 upptäcktes fosfor, som spelar en exceptionellt viktig roll i vilda djur: i växtvärlden, i djurens och människors kropp.
Den glada vetenskapsmannen var inte sen med att dra fördel av det nya ämnets ovanliga egenskaper och började demonstrera lysande fosfor för ädla människor för en ganska hög belöning. Allt som kom i kontakt med fosfor fick förmågan att glöda. Det räckte med att smörja fingrar, hår eller föremål med fosfor, och de blinkade med ett mystiskt blåvitt ljus. Den tidens religiöst och mystiskt sinnade rika människor förundrades över Brands olika manipulationer med denna "gudomliga" substans. Han använde skickligt forskarnas och allmänhetens enorma intresse för fosfor och började sälja det till ett pris som till och med översteg guldpriset. X. Brand producerade fosfor i stora mängder och behöll metoden för att erhålla den i största förtroende. Ingen av de andra alkemisterna kunde penetrera hans laboratorium, och därför började många av dem febrilt sätta upp olika experiment för att försöka avslöja hemligheten med att tillverka fosfor.
Den berömda tyske kemisten I. Kunkel (1630-1703) rådde sin vän-kollega I. Kraft att övertala H. Brand att sälja hemligheten med att skaffa fosfor. I. Kraft lyckades övertala upptäckaren till denna affär för 100 thalers, "den nya ägaren av hemligheten att erhålla den" eviga lågan "visade sig dock vara en legosoldat och utan att säga till sin vän I. Kunkel ett enda ord om att skaffa receptet, började tjäna enorma summor pengar på demonstrationer av fosfor offentliga.
I. Kunkel
Den enastående tyske matematikern och filosofen G. Leibniz missade inte heller tillfället och förvärvade hemligheten med fosforproduktion från H. Brand.G. Leibniz
Snart blev receptet för att göra "kall eld" känt för I. Kunkel och K. Kirchmeyer, och 1680 upptäcktes hemligheten med att erhålla fosfor i England av den berömda kemisten R. Boyle. Efter R. Boyles död satte hans elev, tysken A. Gankwitz, efter att ha förbättrat metoden för att erhålla fosfor, sin produktion och till och med försökt göra de första tändstickorna. Han levererade fosfor till Europas vetenskapliga institutioner och till individer som ville köpa det. För att utöka handelsförbindelserna besökte A. Gankwitz Holland, Frankrike, Italien och Tyskland och slöt nya kontrakt för försäljning av fosfor. I London grundade han ett läkemedelsföretag som blev vida känt. Det är märkligt att A. Hankwitz, trots sitt långa arbete med fosfor och mycket farliga experiment med det, levde till åttioårsåldern. Han överlevde sina tre söner och alla de som deltog i arbetet med fosforns tidiga historia.Priset på fosfor sedan dess upptäckt av I. Kunkel och R. Boyle började falla snabbt, och till slut började upptäckarnas arvtagare att introducera hemligheten med att få fosfor för bara 10 thaler.
Stadier av att studera fosfor
I kemins historia är fosfor förknippad med många stora upptäckter. Men bara ett sekel efter upptäckten av fosfor flyttade han från handelns och profitens värld till vetenskapens värld. Men endast en händelse under denna långa period kan tillskrivas verklig vetenskap, och den hänger samman med 1715, då I. Gensing upptäckte fosfor i hjärnvävnaden. Detta låg senare till grund för uttalandet: "Utan fosfor finns ingen tanke."Yu Gan hittade 1769 fosfor i benen, och två år senare visade den berömde svenske kemisten att benen huvudsakligen består av kalciumfosfat, och föreslog en metod för att få fram fosfor från askan som bildas vid benbränning.
J. Proust och M. Klaproth 1788 bevisade den extremt höga förekomsten i naturen av mineraler som innehåller kalciumfosfat.
Forskarna fann att fosforns sken bara uppstår i närvaro av vanlig, dvs innehållande fukt, luft. Detta beteende hos fosfor beror på dess långsamma oxidation av atmosfäriskt syre. Samtidigt bildas också ozon, vilket ger luften en slags friskhet, välkänd för oss under vårens åskväder. Glödet av fosfor sker utan märkbar uppvärmning, och en sådan reaktion kallas kemiluminescens. Det kan observeras inte bara under den långsamma oxidationen av fosfor, utan också under vissa andra kemiska och biokemiska processer, där till exempel glöd av eldflugor, röta, oceaniskt plankton, etc. förekommer.
M. Klaproth
I början av 70-talet av XVIII-talet. Den franske kemisten Antoine Laurent Lavoisier, som utförde olika experiment på förbränning av fosfor och andra ämnen i ett slutet kärl, bevisade övertygande att fosfor är en enkel kropp. Och luften, enligt hans åsikt, har en komplex sammansättning och består främst av två komponenter - syre och kväve.Vid de två sekelskiftet, 1799, upptäckte engelsmannen A. Dondonald att fosforföreningar är nödvändiga för växtorganismernas normala utveckling. En annan engelsman, J. Looz fick 1839 för första gången superfosfat - ett fosforgödselmedel, som senare spelade en oerhört viktig roll för att öka skördarna.
I Ryssland 1797 fick A.A. Musin-Pushkin en allotropisk variation av fosfor - violett fosfor. I litteraturen tillskrivs emellertid upptäckten av violett fosfor felaktigt I. Gittorf, som med A. A. Musin-Pushkins metod erhöll den först 1853.
År 1848 upptäckte den österrikiska kemisten A. Schretter den allotropiska modifieringen av fosfor - röd fosfor. Han erhöll sådan fosfor genom att värma vit fosfor till en temperatur av cirka 250 ° C i en atmosfär av kolmonoxid (IV). Det är intressant att notera att Schroetter var först med att påpeka möjligheten att använda röd fosfor vid tillverkning av tändstickor. 1855, på världsutställningen i Paris, demonstrerades röd fosfor, som redan erhållits i fabriken.
Den berömda amerikanske fysikern P. Bridgen erhöll 1917, genom att värma fosfor till 200 °C under ett tryck på cirka 1,27 GPa, en ny allotrop modifiering - svart fosfor. Liksom röd fosfor antänds inte den senare i luften.
Således krävdes många decennier för att studera fosfors fysikaliska och kemiska egenskaper och för att upptäcka dess nya allotropa modifieringar. Studiet av fosfor gjorde det möjligt att ta reda på vilken roll det spelar i livet för växter och djur. Fosfor finns bokstavligen i alla delar av gröna växter, som inte bara ackumulerar det för sina egna behov, utan också förser djur med det. Detta är ett av stadierna i fosforcykeln i naturen.
Fosfor och natur
Fosfor är lika viktigt som kväve. Den deltar i materiens stora naturliga kretslopp, och om det inte vore för fosfor skulle floran och faunan vara helt annorlunda. Fosfor förekommer dock inte så ofta under naturliga förhållanden, främst i form av mineraler, och det står för 0,08 % av jordskorpans massa. När det gäller prevalens hamnar den på trettonde plats bland andra element. Det är intressant att notera att i människokroppen står fosfor för cirka 1,16%. Av dessa går 0,75 % till benvävnad, ca 0,25 % till muskler och ca 0,15 % till nervvävnad.Fosfor finns sällan i stora mängder och i allmänhet bör det klassas som ett spårämne. Det finns inte i fri form i naturen, eftersom det har en mycket viktig egenskap - det oxideras lätt, men det finns i många mineraler, vars antal redan är 190. De viktigaste av dem är fluorapatit, hydroxylapatit och fosforit. Vivianit, monazit, amblygonit, trifylit är något sällsynta, och xenotit och torbernit är ganska sällsynta.
När det gäller fosformineraler är de uppdelade i primära och sekundära. Bland de primära är de vanligaste apatiterna, som huvudsakligen är bergarter av magmatiskt ursprung. Den kemiska sammansättningen av apatit är kalciumfosfat som innehåller en viss mängd fluor och kalciumklorid. Det är detta som avgör förekomsten av mineralerna fluorapatit och klorapatit. Dessutom innehåller de från 5 till 36 % P2 05. Vanligtvis finns dessa mineraler i de flesta fall i magmazonen, men de finns ofta på platser där magmatiska bergarter kommer i kontakt med sedimentära. Av alla kända fosfatfyndigheter finns de mest betydande i Norge och Brasilien. En stor inhemsk apatitfyndighet upptäcktes av akademikern A. E. Fersman i Khibiny 1925. "Apatit är huvudsakligen en förening av fosforsyra och kalcium", skrev A. E. Fersman. De kallade det apatit, vilket betyder "bedragare" på grekiska. Antingen är det genomskinliga kristaller, till minsta detalj som liknar beryl eller till och med kvarts, då är det täta massor, omöjliga att skilja från enkel kalksten, sedan är det radiellt strålande kulor, sedan är berget granulärt och glänsande, som grovkornig marmor.
Apatiter, som ett resultat av verkan av vittringsprocesser, bakteriers vitala aktivitet och förstörelse av olika jordsyror, övergår i former som lätt konsumeras av växter och är därför involverade i den biokemiska cykeln. Det bör noteras att fosfor endast absorberas från lösta salter av fosforsyra. Fosfor tvättas dock delvis ur jorden, och en stor mängd av det, absorberat av växter, går inte tillbaka till jorden och förs bort tillsammans med grödan. Allt detta leder till en gradvis utarmning av jorden. Med införandet av fosfatgödselmedel i jorden ökar avkastningen.
Trots den betydande efterfrågan på fosfatgödselmedel verkar det inte finnas någon större oro för utarmningen av råvaror för deras produktion. Dessa gödselmedel kan erhållas genom komplex bearbetning av mineralråvaror, marina bottensediment och olika geologiska bergarter rika på fosfor.
Vid nedbrytning av fosforrika föreningar av organiskt ursprung bildas ofta gasformiga och flytande ämnen. Ibland kan du observera utsläppet av gas med lukten av ruttet fisk - vätefosfid eller fosfin, PH3. Samtidigt med fosfin bildas en annan produkt - difosfin, P2 H4, som är en vätska. Difosfinångorna antänds spontant och antänder det gasformiga fosfinet. Detta förklarar utseendet på de så kallade "vandrande ljusen" på platser som kyrkogårdar, träsk.
"Vandrande ljus" och andra fall av glöd av fosfor och dess föreningar orsakade vidskeplig rädsla hos många människor som inte var bekanta med essensen av dessa fenomen. Här är vad akademiker S.I. minns om att arbeta med gasformig fosfor. Volfkovich: "Fosfor erhölls i en elektrisk ugn installerad vid Moskvas universitet på Mokhovaya Street. Eftersom dessa experiment sedan utfördes i vårt land för första gången, tog jag inte de försiktighetsåtgärder som är nödvändiga när jag arbetar med gasformig fosfor - ett giftigt, självantändande och lysande blåaktigt element. Under många timmars arbete vid den elektriska ugnen, blötlade en del av den frigjorda gasformiga fosforn mina kläder och till och med skor så mycket att när jag gick från universitetet på natten genom Moskvas mörka, då obelysta gator, utstrålade mina kläder ett blåaktigt sken, och från under mina skor (under friktion dem på trottoaren) slog gnistor.
Varje gång samlades en folkmassa bakom mig, bland vilka, trots mina förklaringar, var det en hel del människor som såg i mig en "nyuppkommen" representant för den andra världen. Snart, bland invånarna i Mokhovaya Street-området och i hela Moskva, började fantastiska berättelser om den lysande munken att föras från mun till mun ... "
Fosfin och difosfin är ganska sällsynta i naturen, och oftare har man att göra med sådana fosforföreningar som fosforiter. Dessa är sekundära mineraler-fosfater av organiskt ursprung, som spelar en särskilt viktig roll i jordbruket. På öarna i Stilla havet, i Chile och Peru, bildades de på basis av fågelspillning - guano, som i ett torrt klimat ackumuleras i tjocka lager, ofta över hundra meter.
Bildandet av fosforiter kan också förknippas med geologiska katastrofer, till exempel med istiden, då djurens död var massiv. Liknande processer är också möjliga i havet under den marina faunans massdöd. Den snabba förändringen av hydrologiska förhållanden, som kan vara förknippad med olika bergsbyggnadsprocesser, i synnerhet med inverkan av undervattensvulkaner, leder utan tvekan till att marina djur dör i vissa fall. Fosfor från organiska rester absorberas delvis av växter, men för det mesta, löses det i havsvatten, övergår det till mineralformer. Havsvatten innehåller fosfater i ganska stora mängder - 100-200 mg/m3. Under vissa kemiska processer i havsvatten kan fosfater fällas ut och ansamlas på botten. Och när havsbotten stiger under olika geologiska perioder visar sig fosforitavlagringar finnas på land. På liknande sätt kunde en stor inhemsk fosforitfyndighet nära Kara-Tau i Kazakstan ha bildats. Fosforiter finns också i Moskva-regionen.
Fosforcykeln i naturen
En bra förklaring av huvudstadierna i fosforcykeln i naturen kan vara orden från den berömda vetenskapsmannen, en av grundarna av riktningen för inhemsk vetenskap om studiet av fosfatgödselmedel Ya. V. Samoilov: "Fosfor från våra fosforitavlagringar är av biokemiskt ursprung. Från apatit, ett mineral i vilket nästan all fosfor från litosfären ursprungligen fanns, passerar detta element in i växtkroppen, från växter till djurkroppen, som är riktiga fosforkoncentratorer. Efter att ha passerat genom en serie djurkroppar, faller fosfor slutligen ur den biokemiska cykeln och återgår till mineralen. Under vissa fysiska och geografiska förhållanden sker massdöd av djurorganismer i havet
Om matchen
Den första elden producerades av en man på ett mycket primitivt sätt - genom att gnugga två stycken trä, och trädammet och sågspånet värmdes upp så mycket att de spontant antändes. Forntida människor kände till flera sätt att göra eld genom friktion: oftast gjorde en vass träpinne en snabb rotation och vilade den på en torr planka. Denna metod kan reproduceras nu, men den är inte alls enkel och kräver stor ansträngning och skicklighet. Det är så människan har gjort eld i tusentals år.
Det är fantastiskt! Om du tänker på detta enkla faktum kan du se hur komplicerat varje steg för en person på framstegsvägen var.
Den berömda flintan och stålet kom att ersätta träkäpparna. Detta är en mycket enkel anordning: en bit stål- eller kopparkis slogs mot flinta och en gnistor skars bort, vilket satte eld på ett brandfarligt ämne.
Denna metod, som presenterades för oss av en gammal man, användes i stor utsträckning under det stora fosterländska kriget, när landet upplevde en akut brist på tändstickor.
Överraskande nog, men för bara 200 år sedan i Ryssland, och över hela världen, var stålflinta och veke praktiskt taget de enda "tändstickorna" av en man som lyckades inte bara bygga de egyptiska pyramiderna utan också skapa James Watts ångmaskin, den första ångbåten av Robert Fulton, vävstolar och många andra stora uppfinningar, men inte matcher. De föddes senare! Svår och stor var vägen till dem, som vilken väg som helst in i världen okänd för människan.
De gamla grekerna och romarna kände till ett annat sätt att göra eld, med hjälp av solens strålar fokuserade av en lins eller en konkav spegel. Den store forntida grekiske vetenskapsmannen Archimedes använde skickligt denna metod och, enligt legenden, satte eld på fiendens flotta med hjälp av en enorm spegel. Men denna metod för att få eld är till liten nytta på grund av de mycket begränsade användningsmöjligheterna, eftersom solen är nödvändig.
Utvecklingen av civilisationen, vetenskapliga och tekniska framsteg öppnade nya möjligheter inom olika områden av mänsklig verksamhet.
Efter 1700 uppfanns ett betydande antal medel för att producera eld, den mest intressanta av dem är Döbereiner brandapparat, skapad i Jena 1823. Uppfinnaren av apparaten använde egenskaperna hos explosiv gas för att antändas spontant i närvaro av svampig platina, dvs. fint krossad.
Emellertid var en sådan anordning naturligtvis till liten användning för utbredd användning.
Vi kommer närmare och närmare ögonblicket då ordet "match" äntligen hördes för första gången. Vem som tagit detta ord i bruk är ännu inte fastställt, men arbetet fortsätter i denna riktning, och vi hoppas att våra unga läsare hjälper oss med detta.
Här borde vi kasta en liten bro till fosfor och dess upptäckare - en Hamburg-soldat, senare en köpman och alkemisten Hennig Brand. Det nya grundämnet fosfor visade sig vara brandfarligt vid gnidning. Forskarna utnyttjade denna egenskap genom att skapa matchningar.
R. Boyles assistent och elev, den begåvade och företagsamma tysken A. Hankwitz fick ren fosfor från fosfater och gissade på att göra tändstickor med svavelbeläggning, antända genom att gnugga mot en bit fosfor. Men detta första steg måste förbättras och göra tändstickor mer bekväma för utbredd användning.
Detta blev möjligt när den berömda franska kemisten C. Berthollet fick ett salt - kaliumklorat KClO3, kallat Berthollet. Hans landsman Chancel drog fördel av denna upptäckt och uppfann 1805 de så kallade franska eldningsmaskinerna. Kaliumklorat, tillsammans med svavel, harts, socker och gummi arabicum, applicerades på en träpinne, och när den kom i kontakt med koncentrerad svavelsyra uppstod antändning. Reaktionen utvecklades ibland mycket snabbt och var av explosiv karaktär.
1806 använde tysken Wagemann från Tübingen uppfinningen av Chansel, men lade till asbestbitar till svavelsyra för att bromsa förbränningsprocessen. Han flyttade snart till Berlin och organiserade tillverkningen av de så kallade Berlin-tändarna. Fabriken han satte upp var den första storskaliga produktionen av brandanordningar, som sysselsatte mer än 400 personer. En liknande brandblandning användes i "Prometheus" (Johns tändstickor), tillverkad 1828 i England.
1832 dök torra tändstickor upp i Wien. De uppfanns av L. Trevani, han täckte huvudet på ett trähalm med en blandning av Bertholletsalt med svavel och lim. Om en sådan tändsticka hålls över sandpapper, så antänds dess huvud. Men även i det här fallet visade sig inte allt vara framgångsrikt, ibland antändes huvudet med en explosion, och detta ledde till allvarliga brännskador.
Sätt att ytterligare förbättra matcher var extremt tydliga: det är nödvändigt att göra en sådan sammansättning av blandningen för - ett tändstickshuvud så att det lyser lugnt. Problemet var snart löst. Den nya kompositionen inkluderade Bertholletsalt, vit fosfor och lim. Matchar med en sådan beläggning som lätt antänds när den gnids mot hård yta, glas, skosulor eller en träbit.
Uppfinnaren av de första fosfortändstickorna var en nittonårig fransman Charles Soria. 1831 tillsatte en ung experimentator vit fosfor till en blandning av Bertholletsalt och svavel för att försvaga dess explosiva egenskaper. Denna idé visade sig vara extremt framgångsrik, eftersom splittern som smords med den resulterande kompositionen lätt fattade eld under friktion. Tändningstemperaturen för sådana tändstickor är relativt låg - 30 ° C. Unga S. Soria försökte få patent på sin uppfinning, men tyvärr visade det sig vara mycket svårare att göra än att skapa de första fosfortändstickorna. För mycket pengar fick betalas för patentet, men den typen av pengar hade S. Soria inte. Ett år senare skapades fosfortändstickor igen av den tyske kemisten J. Kammerer.
Så den långa vägen för livmodermognad för den första matchen slutade och den föddes på en gång i händerna på flera uppfinnare. Ödet var dock nöjd med att ge lagrarna av företräde i denna upptäckt till Jacob Friedrich Kammerer (1796-1857), och att bevara 1832 för eftervärlden som året för tändstickornas födelse, 1800-talets största upptäckt, som spelade en viktig roll i historien om utvecklingen av mänsklig kultur.
Många sökte ta emot lagrarna från upptäckarna av tändstickor, men historien har bevarat för oss namnet J. Kammerer från alla utmanare. De första fosfortändstickorna fördes till Ryssland från Hamburg 1836 och såldes till ett mycket dyrt pris - en silverrubel per hundra. Det finns förslag på att vår stora poet A. S. Pushkin använde sådana fosfortändstickor under det sista året av sitt liv och arbetade i levande ljus på långa vinterkvällar.
Ungdomarna i S:t Petersburg var naturligtvis inte långsamma med att visa upp fosformatcher på baler och i fashionabla salonger och strävade efter att inte på något sätt vara underlägsen Västeuropa. Det är synd att A. S. Pushkin inte hade tid att ägna en enda poetisk rad åt tändstickor - en underbar och mycket viktig uppfinning, så användbar och bekant nu att vi inte ens tänker på det svåra ödet för tändstickornas utseende .. Det verkar för oss att matcher alltid har legat bredvid oss. Men i själva verket byggdes den första inhemska fabriken för tillverkning av tändstickor i S:t Petersburg först 1837.
Lite mer än 150 år har gått sedan invånarna i den ryska staten fick de första inhemska tändstickorna och, med insikt om vikten av denna uppfinning, lanserade de snabbt tändstickstillverkning.
År 1842, i en provins i St. Petersburg, fanns det 9 tändsticksfabriker som producerade 10 miljoner tändstickor dagligen. Priset på tändstickor sjönk kraftigt och översteg inte 3-5 kopek. koppar för 100 stycken. Metoden att göra tändstickor visade sig vara så enkel att i Ryssland vid mitten av 1800-talet. den började bära karaktären av hantverk. Så, 1843-1844. tändstickor visade sig vara hemmagjorda i betydande antal.
De tillverkades i de mest avlägsna hörnen av Ryssland av företagsamma bönder och gömde sig på så sätt från skatter. Fosforens brandfarlighet har dock lett till stora bränder. Många byar och byar brann ut bokstavligen till grunden.
Boven till dessa katastrofer var vit fosfor, som är mycket brandfarligt. Under transport fattade tändstickor ofta eld av friktion. Enorma bränder flammade på vägen för tändsticksvagnar, och galna hästar med brinnande vagnar väckte mycket problem.
År 1848 följde det högsta kejserliga dekretet undertecknat av Nicholas I, som tillät tillverkning av tändstickor endast i huvudstäderna, och tändstickorna skulle förpackas i burkar med 1000 stycken. Vidare stod det i dekretet: "Var särskild uppmärksamhet åt den extrema spridningen av användningen av tändstickor, värda att se det under bränderna som inträffade i år, som förbrukade mer än 12 000 000 rubel i vissa städer. silver av filisteisk egendom, mordbrännare begick mycket ofta sitt brott med hjälp av tändstickor.
Dessutom är vit fosfor ett av de giftigaste ämnena.
Därför åtföljdes arbetet i tändsticksfabrikerna av en allvarlig sjukdom som kallas fosfornekros som drabbar käkarna, d.v.s. celldöd, samt allvarliga inflammationer och blödningar i tandköttet.
Med expansionen av produktionen växte fallen av allvarliga förgiftningar bland arbetare. Olyckor tog så katastrofala former att i Ryssland redan 1862 utfärdades en order om att begränsa försäljningen av vit fosfor.
Fosfor började säljas endast med särskilda tillstånd från den lokala polisen.
Tändsticksfabrikerna fick betala höga skatter och antalet företag började minska. Men behovet av tändstickor minskade inte, utan växte tvärtom. Det dök upp olika hantverksmatcher som delades ut olagligt. Allt detta ledde till att 1869 utfärdades ett nytt dekret, som gjorde det möjligt att "överallt, både i riket och i kungariket Polen, göra fosfortändstickor till försäljning utan särskilda begränsningar ...".
Under andra hälften av XIX-talet. problemet med att ersätta vit fosfor uppstod mycket akut. Regeringarna i många länder har kommit till slutsatsen att tillverkning av tändstickor som innehåller vit fosfor ger mer förlust än inkomst. I de flesta länder var tillverkning av sådana tändstickor förbjuden enligt lag.
Men man hittade en utväg, relativt snabbt visade det sig vara möjligt att ersätta vit fosfor med röd, upptäckt 1848. Till skillnad från vit är den här typen av fosfor helt ofarlig. Röd fosfor infördes i sammansättningen av tändsticksmassan. Men förväntningarna infriades inte. Tändstickorna brann väldigt illa. De hittade ingen marknad. Tillverkarna som startade produktionen gick i konkurs.
Vid mitten av 1800-talet hade många framstående uppfinningar gjorts och tillverkningen av en vanlig tändsticka kunde inte hitta en tillfredsställande lösning.
Problemet löstes 1855 i Sverige. Säkerhetsmatcher samma år presenterades på den internationella utställningen i Paris och fick en guldmedalj. Från det ögonblicket började de så kallade svenska matcherna sin triumfmarsch runt världen. Deras huvudsakliga egenskap var att de inte antändes när de gnides mot någon hård yta. Den svenska tändstickan tändes endast om den gnides mot sidan av asken, täckt med en speciell massa.
Således föddes den "säkra elden" i svenska tändstickor ur den storslagna föreningen av friktion och kemisk reaktion.
Det är kanske allt! Låt oss nu berätta hur en modern match fungerar. Massan av ett tändstickshuvud är 60 % bertholletsalt, samt brännbara ämnen, svavel eller vissa metallsulfider, såsom antimonsulfid. För att huvudet ska antändas långsamt och jämnt, utan explosion, tillsätts så kallade fyllmedel till massan - glaspulver, järnoxid (III) etc. Bindningsmaterialet är lim. Bertolets salt kan ersättas av ämnen som innehåller syre i stora mängder, till exempel kaliumbikromat.
Och vad består skinpastan av? Här är huvudkomponenten
röd fosfor. Mangan (IV) oxid, krossat glas och lim läggs till den.
Låt oss nu se vilka processer som äger rum när en tändsticka tänds.
När huvudet gnuggas mot huden vid kontaktpunkten, antänds röd fosfor på grund av syre från Bertolet-saltet. Bildligt talat är eld ursprungligen född i huden. Han tänder tändstickshuvudet. Svavel- eller antimon(III)sulfid blossar upp i den, återigen på grund av syre från Bertoletsaltet. Och så lyser trädet.
Nu finns det många recept på huvud- och påläggskompositioner. De enda konstanta komponenterna är Bertholletsalt och röd fosfor.
Men trots allt är det nödvändiga inslaget i en tändsticka dess trädel, eller tändstickshalm. Metoderna för dess tillverkning har också en lång historia. För primitiva doppade tändstickor skars facklan för hand med en kniv. Nu fungerar geniala maskiner i tändsticksfabriker. Det lämpligaste trädet för att göra tändstickshalm är asp. Aspåsen slipas först och rengörs noggrant. En tunn träplåt skärs från en stock på speciella maskiner. Sedan delas den i långa tunna stavar. Dessa stavar är redan förvandlade till tändstickor i en annan maskin. Därefter kommer halmen in i maskinerna, där en tändsticksmassa appliceras på dess ände. Tillsammans med detta utsätts vanligtvis tändsticksstrån för specialbehandling för att förhindra till exempel fukt.
Moderna matchmaking Mishins producerar hundratals miljoner matcher om dagen.
Avslutningsvis, låt oss titta på produktionen av tändstickor genom en ekonoms ögon. Om vi antar att varje person i genomsnitt spenderar minst en match om dagen, så behövs det för att tillgodose mänsklighetens årliga behov av tändstickor cirka 20 miljoner aspar, vilket är nästan en halv miljon hektar förstklassig aspskog.
Är det inte svårt? Och för de länder där det finns få eller nästan inga skogar är detta helt enkelt inte möjligt. Vi försökte använda kartong istället för sugrör av trä. Men sådana mjuka matcher var inte framgångsrika. De är väldigt obekväma att hantera.
Det är därför som alla typer av tändare har blivit utbredda - bensin, gas, elektriska tändare för gasspisar, etc. Och i slutändan kommer deras produktion att bli billigare än tillverkning av tändstickor.
Betyder detta att matchen någon gång bara blir en museiföremål? Det är svårt att svara på denna fråga. Det kan antas att produktionen av tändstickor i framtiden kan komma att minska.
För närvarande rankas vårt land först i världen när det gäller produktion av tändstickor. Moderna tändsticksfabriker är utrustade med högpresterande maskiner som gör det möjligt att tillverka 500 000 tändstickor i timmen.
Med expansionen av produktionen förbättras tekniken, nya typer av tändstickor bemästras, jakt-, storm-, gas- och souvenirtändstickor produceras i set, vars färgglada etiketter återspeglar de viktigaste händelserna i livet i vårt land.
Jakttändstickor skiljer sig från enkla i det, utöver det vanliga
huvuden och sugrör, de har en extra beläggning under huvudet. Den extra brandmassan gör tändstickan långbrännande med en stor het låga. Det brinner i cirka 10 s, medan en enkel tändsticka bara är 2-3 s. Sådana tändstickor gör det möjligt att tända eld i alla väder.
Stormmatcher är inte mindre nyfikna. De har inget huvud, men beläggningen på "kroppen" är mycket tjockare än den på jakttändstickor. Deras brandmassa innehåller mycket bertoletsalt, därför är förmågan att antända, d.v.s. känsligheten för sådana matchningar är mycket hög. De brinner i minst 10 s under alla väderförhållanden, även i stormigt väder på 12 punkter. Sådana tändstickor behövs särskilt av fiskare och sjömän.
Gasstickor skiljer sig från vanliga genom att deras sticka är längre. Nu tillverkas tändstickor med sugrör på 70 mm. Med denna tändsticka kan du tända flera brännare samtidigt. Tillsatsen av några salter till den brännande massan gör det möjligt att få färgad eld: röd, rosa, blå, grön, violett.
Tändstickor är förpackade i lådor av olika storlekar, som innehåller femtio, etthundra, tvåhundra och till och med femhundra tändstickor. För närvarande är tändstickstillverkningen helt automatiserad och detta gör det möjligt att sälja sina produkter till ganska låga priser. Tidigare användes uttrycket "billigare än tändstickor", vilket betyder "nästan gratis".
Att lägga ved på att göra tändstickor blir förstås mer och mer slösaktigt. När allt kommer omkring läggs hundratals hektar bra skog på detta, i besparingar som praktiskt taget alla länder i världen nu är intresserade av, även de som fortfarande har ganska stora områden med skogsrikedom. Volymen av modern produktion och konstruktion växer så snabbt att mängden trä som förbrukas ökar markant varje decennium. Nu är det fullt upp med att spara virke och, där det är möjligt, ersätta det med produkter från andra råvaror.
I allt högre grad är olika föremål som ofta används i vardagen gjorda av plast. På världsmarknaden under det senaste decenniet har priserna på polyvinylklorid, polyvinylacetat, polystyren och andra material minskat märkbart.
Tillverkning av tändstickor och tändsticksaskar av plast
Frågan om att tillverka tändstickor och tändsticksaskar av plast för masskonsument diskuteras flitigt för närvarande. Om detta kunde göras, skulle en verklig revolution ske i utvecklingen av tändsticksindustrin. På vår ekologiskt ärrade mark skulle det vara möjligt att rädda hundratals hektar skog, som förbrukas mycket snabbare än dess reserver fylls på.Men i verkligheten är allt inte så enkelt. Många plastmaterial är svåra att återvinna, och de förorenar hav och land alltmer. Stora industristäder klarar knappast av bearbetning av avfall från plastmaterial, vår en gång rena planet håller på att kvävas under anstormningen av syntetiskt avfall. Naturligtvis kommer även tändsticksaskar gjorda av olika polymermaterial att slängas slarvigt efter användning av tändstickorna, vilket nu är fallet med liknande produkter av kartong och trä. Då, utan tvekan, kommer Moskva och Moskva-regionen och många andra städer på vår lidande planet att klä sig i en ny outfit från slöseri med tändsticksprodukter. Detta kommer inte längre att vara kungens mytomspunna klänning från den underbara sagan om den store Andersen, utan en inkvisitorisk toga gjord av människan av polymermaterial för Moder Jord.
Så var är utgången? Hur undviker man katastrofen som lurar i den intensiva distributionen av plastprodukter? Det finns naturligtvis en väg ut. Det finns och används i allt högre grad konstgjorda material som under inverkan av solstrålning och syror löser sig i jorden. Dessa syntetiska material för tillverkning av tändsticksaskar och tändstickor kommer utan tvekan att användas inom en snar framtid. Även om sådana produkter för närvarande är mycket dyrare än liknande träprodukter.
Tillverkningen av mycket vackra tändsticksaskar av syntetiska material kräver betydande investeringar. På de yttre tändsticksaskarna av plast pressas ett mönster ut och en fosformassa appliceras med hjälp av speciella maskiner.
Naturligtvis har priset under det senaste kvartssekelet sjunkit något på grund av förbättringar i tillverkningstekniken, men ändå kan syntetiska tändstickor fortfarande inte konkurrera i pris med tändstickor gjorda av trä. Syntetiska tändstickor tillverkas i små partier i ett antal västeuropeiska länder. Billigare råvaror och ytterligare förbättringar av utrustning krävs. Är det olösligt?
Kom ihåg att aluminium var dyrare än guld för bara cirka 100 år sedan, och bara tack vare skapandet av en ny elektrokemisk metod för att få det blev det överkomligt och billigt.
Att erhålla ett syntetiskt material för en tändsticka som kan ersätta en tändsticka, vilket gör det möjligt att reglera temperaturen och förbränningshastigheten, är mycket möjligt ur teknisk synvinkel när man löser frågan om massproduktion av syntetiska tändstickor av modern industri.
För närvarande, i Tyskland, använder Reifenhäuser-företaget polystyren för tillverkning av tändsticksaskar och tändstickor, och i Frankrike har man börjat tillverka vaxtändstickor, det vill säga sista ordet har ännu inte sagts i skapandet av en vanlig tändsticka. Ett omfattande verksamhetsområde inom detta område väntar den yngre generationen med oro och framgångar. Jag skulle vilja tro att vi också kommer att vägra att använda trä.
kemisk industri kemiska nyheter
Lär dig mer om nyheter inom kemiområdet, intressantFosfor upptäcktes av den tyske alkemisten Hennig Brand. H. Brand var en Hamburgare köpman, gick sedan i konkurs, satte sig i skuld och bestämde sig för att pröva lyckan i alkemin för att förbättra sina affärer. Efter att ha arbetat utan framgång under en längre tid bestämde han sig för att leta efter "de vises sten". Först och främst bestämde sig Brand för att leta efter denna mystiska substans i produkterna från en levande organism. Av flera skäl, främst av mystisk natur, valde han urin för detta ändamål. Efter att ha avdunstat nästan till torrhet, utsatte Brand det för stark upphettning, medan han observerade, att man erhöll ett vitt ämne, som brann under bildning av vit rök.
Alkemisten H. Brand, försöker hitta "de vises sten",
fick fantastiska grejer. Det visade sig att det var fosfor
Brand bestämde sig för att samla in detta ämne och började värma den torkade urinen utan luft. År 1669 kröntes hans verk med en oväntad upptäckt: en egendomlig substans bildades i retorten, som hade en otäck smak, en svag vitlökslukt, såg ut som vax, smälte med lätt upphettning och släppte ut ångor som glödde i mörkret. Brand förde sin hand över ämnet - hans fingrar började glöda i mörkret, kastade det i kokande vatten - ångorna förvandlades till spektakulärt lysande strålar. Allt som kom i kontakt med det resulterande ämnet fick förmågan att självlysande. Man kan föreställa sig hur stor den mystiskt sinnade Brands förvåning var, uppvuxen med tron på "de vises sten". Så upptäcktes fosfor. Märket hette det Kaltes Feuer("kall eld"), ibland kallar det kärleksfullt "min eld". Och även om Brand inte kunde åstadkomma en enda omvandling av en oädel metall till guld eller silver med hjälp av ett nytt lysande ämne, gav den "kalla elden" honom ändå en mycket betydande fördel.
Brand använde mycket skickligt det enorma intresse som upptäcktes av fosfor bland vetenskapsvärlden och allmänheten. Han började producera fosfor i ganska betydande mängder. Metoden att erhålla den kläddes av honom i strängaste hemlighet, och ingen av de andra alkemisterna kunde tränga in i hans laboratorium. Brand visade ett nytt ämne för pengarna och sålde det i små portioner till guldpriset och ännu högre. År 1730, d.v.s. 61 år efter upptäckten kostade ett uns (31 g) fosfor 10,5 chervoneter i London och 16 chervonetter i Amsterdam. Det är därför inte förvånande att många skyndade sig att göra olika experiment för att försöka avslöja Brands hemlighet.
Den tyske kemisten, professorn vid Wittenbergs universitet Johann Kunkel (1630–1703) var särskilt intresserad av fosfor. Under resan träffade han sin vän, kemisten Kraft från Dresden, och övertalade honom att köpa en hemlighet av Brand för att kunna dra nytta av den. Kraft besökte Brand och han lyckades köpa hemligheten med att tillverka fosfor för 200 thaler. Kunkel tjänade dock ingenting på denna affär: Kraft delade inte med sig av hemligheten han hade fått, utan började resa runt på kurfurstarnas gårdar och visade, som Brand, fosfor för pengar och tjänade enorma summor på denna affär.
Våren 1676 arrangerade Kraft en session med experiment med fosfor vid kurfursten Friedrich Wilhelm av Brandenburgs hov. Klockan 21.00 den 24 april släcktes alla ljusen i rummet och Kraft visade de närvarande experiment med "evig eld", utan att dock avslöja med vilken metod denna magiska substans framställdes.
På våren året därpå kom Kraft till hertig Johann Friedrichs hov i Hannover, där den tyske filosofen och matematikern G. W. Leibniz (1646–1716) vid den tiden tjänstgjorde som bibliotekarie. Kraft arrangerade också en session med experiment med fosfor här, som visade i synnerhet två flaskor som glödde som eldflugor. Leibniz, liksom Kunkel, var extremt intresserad av det nya ämnet. Vid den första sessionen frågade han Kraft om en stor bit av detta ämne inte skulle kunna lysa upp hela rummet. Kraft höll med om att det var fullt möjligt, men skulle vara opraktiskt, eftersom processen för att framställa ämnet är mycket komplicerad.
Leibniz försök att övertala Kraft att sälja hemligheten till hertigen misslyckades. Sedan reste Leibniz till Hamburg för att Brand själv. Här lyckades han sluta ett kontrakt mellan hertig Johann Friedrich och Brand, enligt vilket den förre var skyldig att betala Brand 60 thalers för att han avslöjade hemligheten. Från och med den tiden ingick Leibniz regelbunden korrespondens med Brand.
Ungefär samtidigt anlände I.I. Becher (1635-1682) till Hamburg i syfte att locka Brand till hertigen av Mecklenburg. Brand blev dock återigen uppfångad av Leibniz och fördes till Hannover till hertig Johann Friedrich. Leibniz var helt övertygad om att Brand var mycket nära att upptäcka "de vises sten", och rådde därför hertigen att inte släppa honom förrän han hade slutfört denna uppgift. Brand stannade dock i Hannover i fem veckor, förberedde färska förråd av fosfor utanför staden, visade enligt kontraktet produktionens hemlighet och gick.
Sedan beredde Brand en betydande mängd fosfor åt fysikern Christian Huygens, som studerade ljusets natur och skickade en förråd av fosfor till Paris.
Brand var dock mycket missnöjd med priset Leibniz och hertig Johann Friedrich gav honom för att de avslöjade hemligheten med fosforproduktion. Han skickade ett argt brev till Leibniz och klagade på att det mottagna beloppet inte ens räckte till för att försörja hans familj i Hamburg och betala resekostnader. Liknande brev skickades till Leibniz och Brands hustru Margarita.
Brand var också missnöjd med Kraft, till vilken han uttryckte förbittring i brev och förebråade honom för att ha sålt hemligheten vidare för 1000 thalers till England. Kraft vidarebefordrade detta brev till Leibniz, som rådde hertig Johann Friedrich att inte irritera Brand, att betala honom mer generöst för att han avslöjade hemligheten, av rädsla för att författaren till upptäckten, i form av en hämndakt, skulle dela receptet för att göra fosfor med någon annan. Leibniz skickade ett lugnande brev till Brand själv.
Tydligen fick Brand en belöning, tk. 1679 kom han åter till Hannover och arbetade där i två månader och fick en veckolön av 10 thaler med tilläggsbetalning för bord och resekostnader. Korrespondensen mellan Leibniz och Brand, att döma av breven som förvarades i Hannoverbiblioteket, fortsatte till 1684.
Låt oss nu återvända till Kunkel. Enligt Leibniz lärde Kunkel sig genom Kraft receptet för att göra fosfor och satte igång. Men hans första experiment misslyckades. Han skrev brev efter brev till Brand och klagade på att han fått ett recept som var mycket obegripligt för en annan person. I ett brev skrivet 1676 från Wittenberg, där Kunkel då bodde, frågade han Brand om detaljerna i processen.
Till slut nådde Kunkel framgång i sina experiment, något som modifierade Brands metod. Genom att tillsätta lite sand till torr urin innan han destillerade den fick han fosfor och ... gjorde anspråk på upptäcktens oberoende. Samma år, i juli, talade Kunkel om sina framgångar för sin vän, professor vid Wittenbergs universitet Kaspar Kirchmeyer, som publicerade ett arbete om detta nummer under titeln "Permanent nattlampa, ibland gnistrande, som man länge sökt efter, nu hittats. " I den här artikeln talar Kirchmeyer om fosfor som en sedan länge känd lysande sten, men använder inte själva termen "fosfor", uppenbarligen ännu inte van vid den tiden.
I England, oberoende av Brand, Kunkel och Kirchmeyer 1680, erhölls fosfor av R. Boyle (1627–1691). Boyle kände till fosfor från samma Kraft. Redan i maj 1677 demonstrerades fosfor på Royal Society of London. Sommaren samma år kom Kraft själv med fosfor till England. Boyle, enligt egen berättelse, besökte Kraft och såg fosfor i sin fasta och flytande form. Som tack för det varma välkomnandet antydde Kraft, när han sa hejdå till Boyle, för honom att huvudämnet i hans fosfor var något inneboende i människokroppen. Uppenbarligen var denna antydan tillräckligt för att ge en impuls till Boyles arbete. Efter Krafts avgång började han testa blod, ben, hår, urin, och 1680 kröntes hans ansträngningar att få ett lysande element med framgång.
Boyle började utnyttja sin upptäckt i sällskap med en assistent, tysken Gaukwitz. Efter Boyles död 1691 startade Gaukwitz produktionen av fosfor och förbättrade den i kommersiell skala. Genom att sälja fosfor för tre pund sterling ett uns och förse de vetenskapliga institutionerna och enskilda vetenskapsmän i Europa med det, samlade Gaukwitz en enorm förmögenhet. För att etablera kommersiella förbindelser reste han till Holland, Frankrike, Italien och Tyskland. I själva London grundade Gaukwitz ett läkemedelsföretag som blev känt under hans livstid. Det är märkligt att Gaukwitz, trots alla hans experiment med fosfor, ibland mycket farligt, levde till 80 år och överlevde sina tre söner och alla människor som deltog i arbetet med fosforns tidiga historia.
Sedan upptäckten av fosfor av Kunkel och Boyle har den snabbt fallit i pris som ett resultat av uppfinnarnas konkurrens. Till slut började uppfinnarnas arvingar bekanta alla med hemligheten bakom dess produktion för 10 thalers, samtidigt som priset sänktes. År 1743 hittade A.S. Marggraf ett ännu bättre sätt att producera fosfor från urin och publicerade det omedelbart, eftersom. fisket har upphört att vara lönsamt.
I För närvarande produceras inte fosfor någonstans med Brand-Kunkel-Boyle-metoden, eftersom det är helt olönsamt. För historiskt intresse ger vi ändå en beskrivning av deras metod.
Rutnande urin avdunstas till ett sirapsliknande tillstånd. Den resulterande tjocka massan blandas med tre gånger mängden vit sand, placeras i en retort utrustad med en mottagare och upphettas i 8 timmar på en jämn eld tills de flyktiga ämnena avlägsnas, varefter uppvärmningen ökas. Mottagaren är fylld med vit ånga, som sedan förvandlas till blåaktig fast och lysande fosfor.
Fosfor har fått sitt namn på grund av egenskapen att lysa i mörker (från grekiska - lysande). Bland några ryska kemister fanns en önskan att ge elementet ett rent ryskt namn: "pärla", "lättare", men dessa namn slog inte rot.
Lavoisier, som ett resultat av en detaljerad studie av förbränning av fosfor, var den första som kände igen det som ett kemiskt element.
Närvaron av fosfor i urinen gav kemister en anledning att leta efter det i andra delar av djurkroppen. 1715 hittades fosfor i hjärnan. Den betydande närvaron av fosfor i den tjänade som grund för påståendet att "utan fosfor finns det ingen tanke." År 1769 hittade Yu.G Gan fosfor i benen, och två år senare bevisade K.V. Scheele att benen huvudsakligen består av kalciumfosfat, och föreslog en metod för att få fram fosfor från askan som finns kvar efter att benen bränts. Slutligen, 1788, visade M.G. Klaproth och J.L. Proust att kalciumfosfat är ett extremt utbrett mineral i naturen.
Den allotropa modifieringen av fosfor - röd fosfor - upptäcktes 1847 av A. Schretter. I ett verk med titeln "A New Allotropic State of Phosphorus" skriver Schretter att solljus ändrar vit fosfor till rött, och faktorer som fukt, atmosfärisk luft har ingen effekt. Schretter separerade den röda fosforn genom behandling med koldisulfid. Han beredde också röd fosfor genom att värma vit fosfor till en temperatur av cirka 250 ° C i en inert gas. Samtidigt fann man att en ytterligare ökning av temperaturen återigen leder till bildandet av en vit modifiering.
Det är mycket intressant att Schroetter var först med att förutspå användningen av röd fosfor i tändsticksindustrin. På världsutställningen i Paris 1855 demonstrerades röd fosfor, som redan erhållits av fabriken.
Den ryska forskaren A.A. Musin-Pushkin fick 1797 en ny modifiering av fosfor - violett fosfor. Denna upptäckt tillskrivs felaktigt I.V. Gittorf, som, efter att ha upprepat Musin-Pushkin-metoden nästan fullständigt, fick violett fosfor först 1853.
1934 exponerade professor P.W. Bridgman vit fosfor för ett tryck på upp till 1100 atm. , gjorde det svart och fick på så sätt en ny allotrop modifiering av elementet. Tillsammans med färgen har de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos fosfor förändrats: vit fosfor antänds till exempel spontant i luften, och svart, som rött, har inte denna egenskap.
Det är möjligt att elementärt fosfor erhölls redan på 1100-talet. av den arabiske alkemisten Alkhid Behil under destilleringen av urin med lera och kalk, bevisas detta av ett gammalt alkemistiskt manuskript som lagrats i Parisbiblioteket. Upptäckten av fosfor brukar dock tillskrivas den konkursdrabbade Hamburg-handlaren Hennig Brand. Entreprenören ägnade sig åt alkemi för att erhålla de vises sten och ungdomselixiret, med vilket man lätt kunde förbättra sin ekonomiska situation.
Men i själva verket kallades ämnen som kan lysa i mörkret fosforer med de gamla grekernas lätta hand, eftersom de hade detta ord som betyder "ljusbärare". Förresten kallade de planeten Venus Fosfor eller Lucifer, men bara på morgonen, på kvällarna hade den ett annat namn.
I historien om avslöjandet av hemligheten med att erhålla fosfor blev 1600-talet en viktig milstolpe. Till exempel beslutade skomakaren V. Kagaorolo, som var engagerad i alkemi, att ett mineral som heter baryt kunde förvandlas till guld (eller till en filosofs sten, vilket skulle hjälpa till att lösa samma problem, och samtidigt lösa problem med hälsan och evig ungdom). Efter att ha bränt baryt med kol och olja fick han den så kallade "Bolognese-fosforen", som glödde i mörkret under en tid.
I Sachsen tog Balduin, en rättstjänsteman av låg rang (som vår volost-förman), av någon anledning upp experiment med krita och salpetersyra (det är dock tydligt varför: han var alkemist). Efter att ha kalcinerat produkten av växelverkan mellan ingredienserna upptäckte han en glöd i retorten - det var vattenfritt kalciumnitrat, som kallades "Baldwins fosfor".
Men inspelningen av den ljusaste sidan i denna berättelse startades av Honnig Brand, vilket är värt att tala om mer i detalj, eftersom även den store Lavoisier lämnade kort information om honom efter att de träffades 1678. I sin ungdom var han soldat, sedan utnämnde han sig själv till läkare, inte belastad med medicinsk utbildning. Att gifta sig med en rik kvinna gjorde det möjligt att börja leva stort och ägna sig åt handel. Alkemi lockade H. Brand med hemligheten att få guld.
Åh, vad han rycktes med av idén, vilka ansträngningar han gjorde för att genomföra den! Genom att tro att produkterna av en persons vitala aktivitet, "naturens kung", kan innehålla den så kallade primära energin, började den outtröttliga experimentatorn destillera mänsklig urin, kan man säga, i industriell skala: i soldaternas baracker , han samlade en hel ton av det totalt! Och han avdunstade till ett sirapsliknande tillstånd (inte på en gång, naturligtvis!), Och efter destillering destillerade han igen den resulterande "urinoljan" och kalcinerade den under lång tid. Som ett resultat dök det upp vitt damm i retorten, som lade sig till botten och glödde, varför den kallades "kall eld" (kaltes Feuer) av Brand. Brands samtida kallade detta ämne för fosfor på grund av dess förmåga att lysa i mörker (annan grekisk jwsjoroV).
År 1682 publicerade Brand resultaten av sin forskning, och han anses nu med rätta vara upptäckaren av grundämnet nr 15. Fosfor var det första grundämnet vars upptäckt dokumenterades, och dess upptäckare är känd.
Intresset för det nya ämnet var enormt, och Brand utnyttjade detta - han demonstrerade fosfor endast för pengar eller bytte ut små mängder av det mot guld. Trots många ansträngningar kunde inte hamburgaren förverkliga sin omhuldade dröm - att få guld från bly med hjälp av "kall eld", och därför sålde han snart receptet på att skaffa ett nytt ämne till en viss kraft från Dresden för tvåhundra thaler. Den nya ägaren lyckades tjäna en mycket större förmögenhet på fosfor - han reste över hela Europa med "kall eld" och demonstrerade det för vetenskapsmän, högt uppsatta och till och med kungliga människor, till exempel Robert Boyle, Gottfried Leibniz, Charles II. Även om metoden för framställning av fosfor hölls i största förtroende, lyckades Robert Boyle 1682 få den, men han avslöjade också sin metod endast vid ett stängt möte i Royal Society of London. Boyles metod offentliggjordes efter hans död, 1692.
Våren 1676 arrangerade Kraft en session med experiment med fosfor vid kurfursten Friedrich Wilhelm av Brandenburgs hov. Klockan 21.00 den 24 april släcktes alla ljusen i rummet och Kraft visade de närvarande experiment med "evig eld", utan att dock avslöja med vilken metod denna magiska substans framställdes.
Våren följande år kom Kraft till hertig Johann Friedrichs hov i Hannover3, där den tyske filosofen och matematikern G.W. Leibniz (1646-1716) vid den tiden tjänstgjorde som bibliotekarie. Kraft arrangerade också en session med experiment med fosfor här, som visade i synnerhet två flaskor som glödde som eldflugor. Leibniz, liksom Kunkel, var extremt intresserad av det nya ämnet. Vid den första sessionen frågade han Kraft om en stor bit av detta ämne inte skulle kunna lysa upp hela rummet. Kraft höll med om att det var fullt möjligt, men skulle vara opraktiskt, eftersom processen för att framställa ämnet är mycket komplicerad.
Leibniz försök att övertala Kraft att sälja hemligheten till hertigen misslyckades. Sedan reste Leibniz till Hamburg för att Brand själv. Här lyckades han sluta ett kontrakt mellan hertig Johann Friedrich och Brand, enligt vilket den förre var skyldig att betala Brand 60 thalers för att han avslöjade hemligheten. Från och med den tiden ingick Leibniz regelbunden korrespondens med Brand.
Ungefär samtidigt anlände I.I. Becher (1635-1682) till Hamburg i syfte att locka Brand till hertigen av Mecklenburg. Brand blev dock återigen uppfångad av Leibniz och fördes till Hannover till hertig Johann Friedrich. Leibniz var helt övertygad om att Brand var mycket nära att upptäcka "de vises sten", och rådde därför hertigen att inte släppa honom förrän han hade slutfört denna uppgift. Brand stannade dock i Hannover i fem veckor, förberedde färska förråd av fosfor utanför staden, visade enligt kontraktet produktionens hemlighet och gick.
Sedan beredde Brand en betydande mängd fosfor åt fysikern Christian Huygens, som studerade ljusets natur och skickade en förråd av fosfor till Paris.
Brand var dock mycket missnöjd med priset Leibniz och hertig Johann Friedrich gav honom för att de avslöjade hemligheten med fosforproduktion. Han skickade ett argt brev till Leibniz och klagade på att det mottagna beloppet inte ens räckte till för att försörja hans familj i Hamburg och betala resekostnader. Liknande brev skickades till Leibniz och Brands hustru Margarita.
Brand var också missnöjd med Kraft, till vilken han uttryckte förbittring i brev och förebråade honom för att ha sålt hemligheten vidare för 1000 thalers till England. Kraft vidarebefordrade detta brev till Leibniz, som rådde hertig Johann Friedrich att inte irritera Brand, att betala honom mer generöst för att han avslöjade hemligheten, av rädsla för att författaren till upptäckten, i form av en hämndakt, skulle dela receptet för att göra fosfor med någon annan. Leibniz skickade ett lugnande brev till Brand själv.
Tydligen fick Brand en belöning, tk. 1679 kom han åter till Hannover och arbetade där i två månader och fick en veckolön av 10 thaler med tilläggsbetalning för bord och resekostnader. Korrespondensen mellan Leibniz och Brand, att döma av breven som förvarades i Hannoverbiblioteket, fortsatte till 1684.
Låt oss nu återvända till Kunkel. Enligt Leibniz lärde Kunkel sig genom Kraft receptet för att göra fosfor och satte igång. Men hans första experiment misslyckades. Han skrev brev efter brev till Brand och klagade på att han fått ett recept som var mycket obegripligt för en annan person. I ett brev skrivet 1676 från Wittenberg, där Kunkel då bodde, frågade han Brand om detaljerna i processen.
Till slut nådde Kunkel framgång i sina experiment, något som modifierade Brands metod. Genom att tillsätta lite sand till torr urin innan han destillerade den fick han fosfor och ... gjorde anspråk på upptäcktens oberoende. Samma år, i juli, talade Kunkel om sina framgångar för sin vän, professor vid Wittenbergs universitet Kaspar Kirchmeyer, som publicerade ett arbete om detta nummer under titeln "Permanent nattlampa, ibland gnistrande, som man länge sökt efter, nu hittats. " I den här artikeln talar Kirchmeyer om fosfor som en sedan länge känd lysande sten, men använder inte själva termen "fosfor", uppenbarligen ännu inte van vid den tiden.
I England, oberoende av Brand, Kunkel och Kirchmeier 1680, erhölls fosfor av R. Boyle (1627-1691). Boyle kände till fosfor från samma Kraft. Redan i maj 1677 demonstrerades fosfor på Royal Society of London. Sommaren samma år kom Kraft själv med fosfor till England. Boyle, enligt egen berättelse, besökte Kraft och såg fosfor i sin fasta och flytande form. Som tack för det varma välkomnandet antydde Kraft, när han sa hejdå till Boyle, för honom att huvudämnet i hans fosfor var något inneboende i människokroppen. Uppenbarligen var denna antydan tillräckligt för att ge en impuls till Boyles arbete. Efter Krafts avgång började han testa blod, ben, hår, urin, och 1680 kröntes hans ansträngningar att få ett lysande element med framgång.
Boyle började utnyttja sin upptäckt i sällskap med en assistent, tysken Gaukwitz. Efter Boyles död 1691 startade Gaukwitz produktionen av fosfor och förbättrade den i kommersiell skala. Genom att sälja fosfor för tre pund sterling ett uns och förse de vetenskapliga institutionerna och enskilda vetenskapsmän i Europa med det, samlade Gaukwitz en enorm förmögenhet. För att etablera kommersiella förbindelser reste han till Holland, Frankrike, Italien och Tyskland. I själva London grundade Gaukwitz ett läkemedelsföretag som blev känt under hans livstid. Det är märkligt att Gaukwitz, trots alla hans experiment med fosfor, ibland mycket farligt, levde till 80 år och överlevde sina tre söner och alla människor som deltog i arbetet med fosforns tidiga historia.
Sedan upptäckten av fosfor av Kunkel och Boyle har den snabbt fallit i pris som ett resultat av uppfinnarnas konkurrens. Till slut började uppfinnarnas arvingar bekanta alla med hemligheten bakom dess produktion för 10 thalers, samtidigt som priset sänktes. År 1743 hittade A.S. Marggraf ett ännu bättre sätt att producera fosfor från urin och publicerade det omedelbart, eftersom. fisket har upphört att vara lönsamt.
För närvarande produceras inte fosfor någonstans med Brand-Kunkel-Boyle-metoden, eftersom det är helt olönsamt. För historiskt intresses skull kommer vi ändå att ge en beskrivning av deras metod.
Rutnande urin avdunstas till ett sirapsliknande tillstånd. Den resulterande tjocka massan blandas med tre gånger mängden vit sand, placeras i en retort utrustad med en mottagare och upphettas i 8 timmar på en jämn eld tills de flyktiga ämnena avlägsnas, varefter uppvärmningen ökas. Mottagaren är fylld med vit ånga, som sedan förvandlas till blåaktig fast och lysande fosfor.
Fosfor har fått sitt namn på grund av egenskapen att lysa i mörker (från grekiska - lysande). Bland några ryska kemister fanns en önskan att ge elementet ett rent ryskt namn: "pärla", "lättare", men dessa namn slog inte rot.
Lavoisier, som ett resultat av en detaljerad studie av förbränning av fosfor, var den första som kände igen det som ett kemiskt element.
Närvaron av fosfor i urinen gav kemister en anledning att leta efter det i andra delar av djurkroppen. 1715 hittades fosfor i hjärnan. Den betydande närvaron av fosfor i den tjänade som grund för påståendet att "utan fosfor finns det ingen tanke." År 1769 hittade Yu.G Gan fosfor i benen, och två år senare bevisade K.V. Scheele att benen huvudsakligen består av kalciumfosfat, och föreslog en metod för att få fram fosfor från askan som finns kvar efter att benen bränts. Slutligen, 1788, visade M.G. Klaproth och J.L. Proust att kalciumfosfat är ett extremt utbrett mineral i naturen.
Den allotropa modifieringen av fosfor - röd fosfor - upptäcktes 1847 av A. Schretter. I ett verk med titeln "A New Allotropic State of Phosphorus" skriver Schretter att solljus ändrar vit fosfor till rött, och faktorer som fukt, atmosfärisk luft har ingen effekt. Schretter separerade den röda fosforn genom behandling med koldisulfid. Han beredde också röd fosfor genom att värma vit fosfor till en temperatur av cirka 250 ° C i en inert gas. Samtidigt fann man att en ytterligare ökning av temperaturen återigen leder till bildandet av en vit modifiering.
Det är mycket intressant att Schroetter var först med att förutspå användningen av röd fosfor i tändsticksindustrin. På världsutställningen i Paris 1855 demonstrerades röd fosfor, som redan erhållits av fabriken.
Den ryska vetenskapsmannen A.A. Musin-Pushkin fick 1797 en ny modifiering av fosfor - violett fosfor. Denna upptäckt tillskrivs felaktigt I.V. Gittorf, som, efter att ha upprepat Musin-Pushkin-metoden nästan fullständigt, fick violett fosfor först 1853.
1934 gjorde professor P.W. Bridgman, som utsatte vit fosfor för ett tryck på upp till 1100 atm, den till svart och fick på så sätt en ny allotrop modifiering av elementet. Tillsammans med färgen har de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos fosfor förändrats: vit fosfor antänds till exempel spontant i luften, och svart, som rött, har inte denna egenskap.
Fosfor (från grekiska fosfor - luminiferous; lat. Fosfor) - ett element i det periodiska systemet för kemiska element i det periodiska systemet, ett av de vanligaste elementen i jordskorpan, dess innehåll är 0,08-0,09% av dess massa. Koncentrationen i havsvatten är 0,07 mg/l. Det finns inte i fritt tillstånd på grund av dess höga kemiska aktivitet. Den bildar cirka 190 mineraler, av vilka de viktigaste är apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl, OH), fosforit Ca 3 (PO 4) 2 och andra. Fosfor finns i alla delar av gröna växter, och ännu mer i frukter och frön (se fosfolipider). Ingår i animaliska vävnader, är en del av proteiner och andra viktiga organiska föreningar (ATP, DNA), är en del av livet.
Berättelse
Fosfor upptäcktes av Hamburg-alkemisten Hennig Brand 1669. Precis som andra alkemister försökte Brand hitta de vises sten, men fick en lysande substans. Brand fokuserade på experiment med mänsklig urin, eftersom han trodde att den, med en gyllene färg, kan innehålla guld eller något nödvändigt för gruvdrift. Ursprungligen bestod hans metod i det faktum att urinen först sattes i flera dagar tills den obehagliga lukten försvann och sedan kokade till ett klibbigt tillstånd. Genom att värma denna pasta till höga temperaturer och få upp den till bubblor, hoppades han att de skulle innehålla guld när de kondenserades. Efter flera timmars intensiv kokning erhölls korn av en vit vaxliknande substans, som brann mycket starkt och dessutom flimrade i mörkret. Varumärket heter detta ämne fosfor mirabilis (lat. "mirakulösa ljusbärare"). Brands upptäckt av fosfor var den första upptäckten av ett nytt grundämne sedan antiken.
Något senare erhölls fosfor av en annan tysk kemist, Johann Kunkel.
Oavsett märke och Kunkel erhölls fosfor av R. Boyle, som beskrev det i artikeln "Method of preparing phosphorus from human urine", daterad 14 oktober 1680 och publicerad 1693.
En förbättrad metod för att få fram fosfor publicerades 1743 av Andreas Marggraf.
Det finns bevis för att arabiska alkemister kunde få fram fosfor på 1100-talet.
Att fosfor är ett enkelt ämne bevisades av Lavoisier.
namnets ursprung
År 1669 fick Henning Brand genom att värma upp en blandning av vit sand och förångad urin ett ämne som glödde i mörkret, först kallat "kall eld". Sekundärnamnet "fosfor" kommer från de grekiska orden "φῶς" - ljus och "φέρω" - jag bär. I den antika grekiska mytologin bars namnet Fosfor (eller Eosphorus, annan grekisk Φωσφόρος) av Morgonstjärnans väktare.
Mottagande
Fosfor erhålls från apatiter eller fosforiter som ett resultat av interaktion med koks och kiseldioxid vid en temperatur av 1600 ° C:
2Ca3 (PO4)2 + 10C + 6SiO2 → P4 + 10CO + 6CaSiO3.
Den resulterande vita fosforångan kondenseras i behållaren under vatten. Istället för fosforiter kan andra föreningar reduceras, till exempel metafosforsyra:
4HPO3 + 12C → 4P + 2H2 + 12CO.
Fysikaliska egenskaper
Elementär fosfor under normala förhållanden representerar flera stabila allotropa modifieringar; Problemet med fosforallotropi är komplext och inte helt löst. Vanligtvis finns det fyra modifieringar av ett enkelt ämne - vit, röd, svart och metallisk fosfor. Ibland kallas de också för de viktigaste allotropa modifieringarna, vilket antyder att alla andra är en variation av dessa fyra. Under normala förhållanden finns det bara tre allotropa modifieringar av fosfor, och under förhållanden med ultrahöga tryck finns det också en metallisk form. Alla modifieringar skiljer sig i färg, densitet och andra fysiska egenskaper; det finns en märkbar tendens till en kraftig minskning av kemisk aktivitet under övergången från vit till metallisk fosfor och en ökning av metalliska egenskaper.
Kemiska egenskaper
Den kemiska aktiviteten hos fosfor är mycket högre än för kväve. De kemiska egenskaperna hos fosfor bestäms till stor del av dess allotropa modifiering. Vit fosfor är mycket aktiv, i övergångsprocessen till röd och svart fosfor minskar den kemiska aktiviteten kraftigt. Vit fosfor lyser i mörker i luft, glöden beror på oxidation av fosforånga till lägre oxider.
I flytande och löst tillstånd, såväl som i ångor upp till 800 ° C, består fosfor av P4-molekyler. När de värms över 800 ° C dissocierar molekylerna: P 4 \u003d 2P 2. Vid temperaturer över 2000 °C bryts molekyler upp till atomer.
