Създаване

Как е открит химичният елемент фосфор. Забогатяване от урина (за историята на откриването на фосфора). Как изглежда апатитът?

Структура на черния фосфор

Повече от триста години ни делят от момента, в който хамбургският алхимик Генинг Бранд открива нов елемент - . Подобно на други алхимици, Бранд се опита да намери еликсира на живота или философския камък, с помощта на който старите хора стават по-млади, болните оздравяват, а неблагородните се превръщат в... Бранд не беше загриженост за благосъстоянието на хората, а личен интерес. Това се доказва от факти от историята на единственото истинско откритие, направено от този алхимик.

По време на един от експериментите той изпарил урината, смесил остатъка с въглища и пясък и продължил изпарението. Скоро в ретортата се образува вещество, което свети в тъмното. Вярно, kaltes Feuer (студен огън) или „моят огън“, както го нарече Бранд, не се трансформира или променя външния вид на стари хора, но фактът, че получената субстанция свети без нагряване, беше необичаен и нов.

Бранд бързо се възползва от този нов имот. Започва да показва различни привилегировани лица, като получава подаръци и пари от тях. Не беше лесно да се запази тайната за получаване на фосфор и Бранд скоро го продаде на дрезденския химик И. Крафт. Броят на демонстраторите на фосфор се увеличи, когато рецептата за производството му стана известна на И. Кункел и К. Кирхмайер. През 1680 г., независимо от своите предшественици, нов елемент е получен от известния английски физик и химик Робърт Бойл. Но Бойл скоро почина и неговият ученик А. Ганквиц предаде чистата наука и отново възроди „спекулациите с фосфора“. Едва през 1743 г. А. Маркграф намира по-усъвършенстван метод за производство на фосфор и публикува данните си за публична информация. Това събитие сложи край на бизнеса на Бранд и послужи като начало на сериозно изследване на фосфора и неговите съединения.

На първия, петдесетгодишен етап от историята на фосфора, освен откритието на Бойл, само едно събитие беше белязано от историята на науката: през 1715 г. Генсинг установи наличието на фосфор в мозъчната тъкан. След експериментите на Маркгрейв, историята на елемента, който много години по-късно придобива номер 15, се превръща в история на много велики открития.

Всичко за фосфора

През 1769 г. Ю. Ган доказва, че костите съдържат много фосфор. същото беше потвърдено две години по-късно от известния шведски химик К. Шееле, който предложи метод за получаване на фосфор от пепелта, образувана при печенето на костите.

Няколко години по-късно Дж. Л. Пруст и М. Клапрот, изучавайки различни природни съединения, доказват, че той е широко разпространен в земната кора, главно под формата на калциев фосфат.

Той постигна голям успех в изучаването на свойствата на фосфора в началото на 70-те години на 18 век. великият френски химик Антоан Лоран. Изгаряйки фосфора с други вещества в затворен обем въздух, той доказва, че фосфорът е самостоятелен елемент, а въздухът има сложен състав и се състои от най-малко два компонента - кислород и азот. „По този начин той за първи път изправи на крака цялата химия, която във флогистичната си форма стоеше на главата си.“ Така пише за произведението Ф. Енгелс в предговора към втория том на Ка-питала.”

През 1709 г. Дондоналд доказва, че фосфорните съединения са необходими за нормалното развитие на растенията.

През 1839 г. друг англичанин, Лоус, е първият, който получава суперфосфат - фосфорен тор, който е лесно смилаемрастения.

През 1847 г. немският химик Шрьотер, нагрявайки без достъп на въздух, разработи нова разновидност (алотропна модификация) на елемент № 15 -, а още през 20 век, през 1934 г., американският физик П. Браджен, изучаващ ефекта на високо натиск върху различен, освободен подобен черен фосфор. Това са основните етапи в историята на елемент № 15. Сега нека проследим какво последва всяко от тези открития.

„През 1715 г. Гензинг установява наличието на фосфор в мозъчната тъкан... През 1769 г. Хан доказва, че костите съдържат много фосфор“

Фосфорът е аналог на азота

Въпреки че физичните и химичните свойства на тези елементи варират значително, те имат. и общото, по-специално, е, че и двата елемента са абсолютно необходими за животните и растенията. Академик А. Е. Ферсман нарече фосфора „елемент на живота и мисълта“, но това определение едва ли може да се класифицира като литературно преувеличение. Фосфорът се съдържа буквално във всички органи на зелените растения: стъбла, корени, листа, но най-вече в плодовете и семената. Растенията натрупват фосфор и го доставят на животните.

При животните фосфорът е концентриран главно в скелета, мускулите и нервната тъкан.

Сред човешките хранителни продукти жълтъкът на кокошите яйца е особено богат на фосфор.

Човешкото тяло съдържа средно около 1,5 кг елемент No 15. От това количество 1,4 кг са в костите, около 130 г в мускулите и 12 г в нервите и мозъка. Почти всички най-важни физиологични процеси, протичащи в нашето тяло, са свързани с трансформациите на органофосфорни вещества. Фосфорът се намира в костите главно под формата на калциев фосфат. Зъбният емайл също е фосфорно съединение, което по състав и кристална структура отговаря на най-важния фосфорен минерал апатит Ca5(P04)3(F, Cl).

Естествено, както всеки жизненоважен елемент, фосфорът претърпява цикъл в природата. Растенията го приемат от почвата, а от растенията този елемент попада в телата на хората и животните. Фосфорът се връща в почвата с екскременти и при гниене на труповете. Фосфоробактериите превръщат органичния фосфор в неорганични съединения.

Въпреки това, за единица време значително повече фосфор се отстранява от почвата, отколкото влиза в почвата. Световната реколта сега премахва повече от 3 милиона тона фосфор от полетата годишно.

Естествено, за да се получат устойчиви добиви, този фосфор трябва да се върне в почвата и затова не е изненадващо, че световното производство на фосфатни скали сега е значително повече от 100 милиона тона годишно.

„... Пруст и Клапрот доказаха, че фосфорът е широко разпространен в земната кора, главно под формата на калциев фосфат“

В земната кора фосфорът се среща изключително под формата на съединения. Това са предимно слабо разтворими соли на ортофосфорната киселина; Катионът най-често е калциев йон.

Фосфорът представлява 0,08% от теглото на земната кора. По отношение на разпространението той се нарежда на 13-то място сред всички елементи. Фосфорът се съдържа в най-малко 190 минерала, най-важните от които са: флуорапатит Ca5(P04)3F, хидроксилапатит Ca5(P04)3OH, фосфорит Cae(P04)2 с примеси.

Фосфорът се разделя на първичен и вторичен. Сред първичните апатитите са особено разпространени, често срещани сред скали с магматичен произход. Те са се образували по време на формирането на земната кора.

За разлика от апатитите, фосфоритите се срещат сред скали от седиментен произход, образувани в резултат на смъртта на живи същества. Това са второстепенни.

Фосфорът се намира в метеоритите под формата на железни, кобалтови и никелови фосфиди. Разбира се, този общ елемент се намира и в морската вода (6 10-6%).

„Лавоазие доказа, че фосфорът е независим химичен елемент...“

Фосфорът е неметал (това, което преди се наричаше металоид) със средна активност. Външната орбита на фосфорния атом съдържа пет електрона, три от които са несдвоени. Следователно, той може да проявява валенции от 3-, 3+ и 5+.

За да може фосфорът да проявява 5+, е необходимо някакво въздействие върху атома, което би превърнало двата сдвоени електрона от последната орбита в несдвоени.

Фосфорът често се нарича многостранен елемент. Наистина, при различни условия той се държи различно, проявявайки или окислителни, или редуциращи свойства. Универсалността на фосфора включва и способността му да съществува в няколко алотропни модификации.

Може би най-известната модификация на елемент № 15 е мекият, восъчен, бял или жълт фосфор. Бранд го открива и благодарение на свойствата си елементът получава името си: на гръцки „фосфор“ означава светещ, светещ. Молекулата на белия фосфор се състои от четири атома, подредени във формата на тетраедър. Плътност 1,83, точка на топене 44,1° С. Отровен, лесно се окислява. Разтворим в въглероден дисулфид, течен амоняк и SO2, бензен, етер. Почти неразтворим във вода.

При нагряване без достъп на въздух над 250° C става червен. Това вече е полимер, но не много подредена структура. Реактивността на червения фосфор е значително по-малка от тази на белия фосфор. Не свети на тъмно, не се разтваря във въглероден дисулфид и не е отровен. Плътността му е много по-голяма, структурата му е дребнокристална.

Структура на черния фосфор

Всичко за фосфора

През 1709 г. Дондоналд доказва, че фосфорните съединения са необходими за нормалното развитие на растенията.

Фосфорът е аналог на азота

При животните фосфорът е концентриран главно в скелета, мускулите и нервната тъкан.

Сред човешките хранителни продукти жълтъкът на кокошите яйца е особено богат на фосфор.

„Лавоазие доказа, че фосфорът е независим химичен елемент...“

Датата на откриване на фосфора обикновено се счита за 1669 г., но има някои признаци, че е било известно по-рано. Гефер, например, съобщава, че алхимичен ръкопис от колекция, съхранявана в Парижката библиотека, гласи, че около 12 век. известен Алхид Бехил получил чрез дестилиране на урина с глина и вар вещество, което нарекъл „ескарбукул“. Може би това беше фосфорът, който беше голямата тайна на алхимиците. Във всеки случай е известно, че в търсене на философския камък алхимиците са подлагали на дестилация и други операции всякакви материали, включително урина, екскременти, кости и т.н. От древни времена веществата, които могат да светят в тъмното, се наричат луминофори. През 17 век Известен бил болонският фосфор – камък, открит в планините близо до Болоня; След изпичане на въглища камъкът придобива способността да свети. Описан е и „фосфорът на Болдуин“, приготвен от бригадира на волостта Алдуин от калцинирана смес от креда и азотна киселина. Светенето на такива вещества предизвикваше изключителна изненада и се смяташе за чудо.

През 1669 г. хамбургският аматьор алхимик Бранд, фалирал търговец, който мечтаел да подобри делата си с помощта на алхимията, обработва голямо разнообразие от продукти. Теоретизирайки, че физиологичните продукти може да съдържат „първичната материя“, за която се смята, че е в основата на философския камък, Бранд се интересува от човешката урина.

Той събра около един тон урина от казармите на войниците и я изпари, за да образува сиропообразна течност. Той отново дестилира тази течност и получава тежко червено „масло от урина“. След като отново дестилира това масло, той открива на дъното на ретортата останките от „мъртва глава“ (Caput mortuum), изглежда безполезна за нищо. Въпреки това, след като калцинира този остатък за дълго време, той забеляза, че в ретортата се появява бял прах, който бавно се утаява на дъното на ретортата и свети ясно. Бранд реши, че е успял да извлече стихиен огън от „мазната глава на смъртта“ и продължи експериментите си с още по-голямо усърдие. Той, разбира се, не успя да превърне този „огън“ в злато, но все пак пази в строга тайна откритието си за фосфора (от гръцки - светлина и „носещ“, т.е. светлоносител). Въпреки това, известен Кункел, който по това време служи като алхимик и таен камериер на саксонския избирател, научи за тайната на Бранд. Кункел помоли колегата си Крафт, който отиваше в Хамбург, да разбере от Бранд някаква информация за фосфора. Крафт обаче сам решава да използва тайната на Бранд. Той купи тайната от него за 200 талера и след като произведе достатъчно количество фосфор, отиде на пътуване до Европа, където демонстрира сиянието на фосфора пред знатни хора с голям успех. По-специално, в Англия той показа фосфор на крал Чарлз II и учения Бойл. Междувременно Кункел успява сам да приготви фосфора по начин, близък до метода на Бранд, и за разлика от последния, той широко рекламира фосфора, но премълчава тайната на неговото производство. През 1680 г., независимо от своите предшественици, е получен нов елемент от известния английски физик и химик Робърт Бойл, който, подобно на Кункел, публикува данни за свойствата на фосфора, но съобщава метода на получаването му в затворена опаковка само на Лондонското кралско общество (това съобщение е публикувано само 12 години по-късно, след смъртта на Бойл), а ученикът на Бойс А. Ганквиц предаде чистата наука и отново възроди „фосфорните спекулации“ под формата на обширни производствени дейности за производството на това вещество: за 50 години той широко търгува с фосфор на много висока цена. В Холандия например една унция (31,1 г) фосфор тогава струваше 16 дуката. По отношение на природата на фосфора са направени най-фантастични предположения. През 18 век Много видни учени изучават фосфора, сред които Маргграф, който подобрява метода за получаване на фосфор от урината чрез добавяне на оловен хлорид към последната (1743 г.).

През 1777 г. Шееле установява наличието на фосфор в костите и рогата на животните под формата на фосфорна киселина, свързана с вар. Някои автори обаче приписват това откритие на друг шведски химик Хан, но Шееле е този, който разработва метод за получаване на фосфор от костите. Фосфорът е признат за елементарно вещество от Лавоазие въз основа на неговите известни експерименти върху изгарянето на фосфор в кислород. В таблицата на простите тела Лавоазие поставя фосфора във втората група прости тела, неметални, окисляващи и произвеждащи киселини. От 19 век Фосфорът се използва широко главно под формата на соли, използвани за наторяване на почвите.

И така, повече от триста години ни делят от момента, в който хамбургският алхимик Генинг Бранд откри нов елемент - фосфор. Подобно на други алхимици, Бранд се опита да намери еликсира на живота или философския камък, с помощта на който старите хора изглеждат по-млади, болните оздравяват, а неблагородните метали се превръщат в злато. Бранд не беше загриженост за благосъстоянието на хората, а личен интерес. За това свидетелстват факти от историята на единственото истинско откритие, направено от него. На първия, петдесетгодишен етап от историята на фосфора, в допълнение към откритието на Бойл, само едно събитие беше белязано от историята на науката: през 1715 г. Генсинг установи наличието на фосфор в мозъчната тъкан. След експериментите на Маркгрейв, историята на елемента, който много години по-късно придобива номер 15, се превръща в история на много велики открития.

Хронология на откритията, свързани с фосфора

През 1715г Gensing установи наличието на фосфор в мозъчната тъкан...

През 1743гНемски химик, почетен член на Академията на науките в Санкт Петербург A.S. Marggraf разработи нов метод за производство на фосфор.

През 1769гЮ. Ган доказа, че костите съдържат много фосфор. Същото беше потвърдено две години по-късно от шведския химик К. Шееле, който предложи метод за получаване на фосфор от пепелта, образувана при печенето на костите. Няколко години по-късно Дж. Л. Пруст и М. Клапрот, изучавайки различни природни съединения, доказват, че фосфорът е широко разпространен в земната кора, главно под формата на калциев фосфат.

1797 гВ Русия А. А. Мусин-Пушкин получава алотропна разновидност на фосфора - виолетов фосфор. В литературата обаче откриването на фосфора погрешно се приписва на И. Хиторф, който, използвайки метода на А. А. Мусин-Пушкин, го получава едва през 1853 г.

През 1799гДондоналд доказа, че фосфорните съединения са необходими за нормалното развитие на растенията.

През 1839гДруг англичанин, Закони, е първият, който получи суперфосфат - фосфорен тор, който лесно се усвоява от растенията.

През 1842гАнглия организира първото промишлено производство на суперфосфат в света. В Русия такова производство се появява през 1868 и 1871 г.

През 1848гАвстрийският химик А. Шрьотер открива алотропна модификация на фосфора - червен фосфор. Той получава този фосфор чрез нагряване на бял фосфор до температура от 250 градуса в атмосфера на CO (въглероден оксид два). Интересно е да се отбележи, че А. Шрьотер пръв посочва

възможността за използване на червен фосфор при производството на кибрит.

През 1926гА. Е. Ферсман и колегите му откриха огромни запаси от апатит на полуостров Кола.

През 1934г, американският физик П. Бриджман, изучавайки ефекта на високото налягане върху различни вещества, изолира черен фосфор, подобен на графита.

Фосфорът е важен компонент на живата и неживата природа. Намира се в дълбините на Земята, водата и в нашето тяло, а академик Ферсман дори го нарече „елементът на живота и мисълта“. Въпреки полезността си, белият фосфор може да бъде изключително опасен и отровен. Нека поговорим по-подробно за неговите характеристики.

Отваряне на елемент

Историята на откриването на фосфора започва с алхимията. От 15-ти век европейските учени са нетърпеливи да намерят философския камък или „великия еликсир“, с който могат да превърнат всякакви метали в злато.

През 17 век алхимикът Хениг Бранд решава, че пътят до „вълшебния реактив“ минава през урината. Той е жълт, което означава, че съдържа злато или е свързан по някакъв начин с него. Ученият внимателно събира материал, защитава го и след това го дестилира. Вместо злато той получил бяло вещество, което светело в тъмното и горело добре.

Бранд нарече откритието „студен огън“. По-късно ирландският алхимик Робърт Бойл и германецът Андреас Магграф излязоха с идеята да получат фосфор по подобен начин. Последният също добавя въглища, пясък и минерала фосгенит към урината. Впоследствие веществото е наречено phosphorus mirabilis, което се превежда като „чудодеен носител на светлина“.

Светлинен елемент

Откриването на фосфора се превърна в истинска сензация сред алхимиците. Някои се опитваха от време на време да купят тайната за получаване на веществото от Бранд, други се опитваха да стигнат до там сами. През 18 век е доказано, че елементът се съдържа в костните останки на организми и скоро отварят врати няколко фабрики за неговото производство.

Френският физик Лавоазие доказва, че фосфорът е просто вещество. В периодичната система е под номер 15. Заедно с азота, антимона, арсена и бисмута принадлежи към групата на пниктидите и се характеризира като неметал.

Елементът е доста разпространен в природата. В процентно отношение той се нарежда на 13-то място в масата на земната кора. Фосфорът активно взаимодейства с кислорода и не се намира в свободна форма. Съществува в множество минерали (повече от 190), като фосфорити, апатити и др.

Бял фосфор

Фосфорът съществува в няколко форми или алотропи. Те се различават един от друг по плътност, цвят и химични свойства. Обикновено има четири основни форми: бял, черен, червен и метален фосфор. Другите модификации са само смес от горните.

Белият фосфор е много нестабилен. При нормални условия на светлина той бързо става червен, но високото налягане го превръща в черно. Атомите му са подредени под формата на тетраедър. Той има кристална молекулна решетка с молекулна формула P4.

Подчертавам и жълтия фосфор. Това не е друга модификация на веществото, а името на нерафиниран бял фосфор. Може да има светъл или тъмнокафяв оттенък и се характеризира със силна токсичност.

Свойства на белия фосфор

Консистенцията и външният вид на веществото прилича на восък. Има миризма на чесън и е мазна на пипане. Фосфорът е мек (може да се реже с нож без много усилия) и се деформира. След почистване става безцветен. Неговите прозрачни кристали блестят преливащо на слънце и приличат на диаманти.

Топи се при 44 градуса. Активността на веществото се проявява дори при стайна температура. Основната характеристика на фосфора е способността му да хемилуминисцентно или свети. Окислявайки се във въздуха, той излъчва бяло-зелена светлина и след време се запалва спонтанно.

Веществото е практически неразтворимо във вода, но може да изгори в него при продължителен контакт с кислород. Разтваря се добре в органични разтворители, като въглероден дисулфид, течен парафин и бензол.

Приложение на фосфор

Човекът е „опитомил“ фосфора както за мирни, така и за военни цели. Веществото се използва за производство на фосфорна киселина, която се използва за торове. Преди това се използва широко за боядисване на вълна и направа на фоточувствителни емулсии.

Белият фосфор не се използва широко. Основната му стойност е запалимостта. Така веществото се използва за запалителни боеприпаси. Този тип оръжие е актуален и по време на двете световни войни. Използван е във войната в Газа през 2009 г., както и в Ирак през 2016 г.

Червеният фосфор се използва по-широко. Използва се за производство на гориво, смазочни материали, експлозиви и кибритени глави. Различни фосфорни съединения се използват в промишлеността в омекотители за вода и се добавят към пасивиращи агенти за защита на метала от корозия.

Съдържание в организма и ефект върху човека

Фосфорът е един от жизненоважните елементи за нас. Под формата на съединения с калций присъства в зъбите и скелета, придавайки на костите твърдост и здравина. Елементът присъства в АТФ и ДНК съединения. Той е от съществено значение за мозъчната функция. Намирайки се в нервните клетки, той насърчава предаването на нервните импулси.

Фосфорът се намира в мускулната тъкан. Той участва в процеса на преобразуване на енергия от протеини, мазнини и въглехидрати, постъпващи в тялото. Елементът поддържа киселинно-алкалния баланс в клетките и се извършва тяхното делене. Той насърчава метаболизма и е от съществено значение по време на растежа и възстановяването на тялото.

Фосфорът обаче може да бъде опасен. Самият бял фосфор е много токсичен. Дози над 50 милиграма са фатални. Отравянето с фосфор е придружено от повръщане, главоболие и болки в стомаха. Контактът на веществото с кожата причинява изгаряния, които зарастват много бавно и болезнено.

Излишъкът на фосфор в организма води до чупливост на костите, сърдечно-съдови заболявания, кървене и анемия. Черният дроб и храносмилателната система също страдат от пренасищане с фосфор.

„...Да! Беше куче, огромно, катранено черно. Но никой от нас, смъртните, не е виждал такова куче. От отворената й уста изригнаха пламъци, очите й хвърляха искри, а по муцуната и тила й проблясваше трептящ огън. В ничий трескав мозък не можеше да възникне видение, по-страшно, по-отвратително от това адско същество, което изскочи към нас от мъглата... Страшно куче, с размерите на млада лъвица. Огромната му уста все още светеше със синкав пламък, дълбоко хлътналите диви очи бяха заобиколени от огнени кръгове.

Докоснах тази светеща глава и като махнах ръката си, видях, че и пръстите ми светят в тъмното. Фосфор, казах.

Научени? Артър Конан Дойл. "Баскервилското куче."

Ето в каква неприятна история е замесен Елемент №15.

Още една лоша история

Повече от триста години ни делят от момента, в който хамбургският алхимик Генинг Бранд открива нов елемент – фосфора. Подобно на други алхимици, Бранд се опита да намери еликсира на живота или философския камък, с помощта на който старите хора изглеждат по-млади, болните оздравяват, а неблагородните метали се превръщат в злато. Бранд не беше загриженост за благосъстоянието на хората, а личен интерес. За това свидетелстват факти от историята на единственото истинско откритие, направено от него.

По време на един от експериментите той изпарил урината, смесил остатъка с въглища и пясък и продължил изпарението. Скоро в ретортата се образува вещество, което свети в тъмното. Вярно, kaltes Feuer (студен огън) или „моят огън“, както го нарече Бранд, не превърна оловото в злато и не промени външния вид на старите хора, но фактът, че полученото вещество свети без нагряване, беше необичаен и нов .

Бранд не закъсня да се възползва от това свойство на новото вещество. Започва да показва фосфор на различни привилегировани лица, като получава подаръци и пари от тях. Не беше лесно да се запази тайната за получаване на фосфор и Бранд скоро го продаде на дрезденския химик И. Краф. Броят на демонстраторите на фосфор се увеличи, когато рецептата за производството му стана известна на И. Кункел и К. Кирхмайер. През 1680 г., независимо от своите предшественици, нов елемент е получен от известния английски физик и химик Робърт Бойл. Но Бойл скоро почина и неговият ученик А. Ганквиц предаде чистата наука и отново възроди „спекулациите с фосфора“. Едва през 1743 г. А. Маркграф намира по-усъвършенстван метод за производство на фосфор и публикува данните си за публична информация. Това събитие сложи край на бизнеса на Бранд и послужи като начало на сериозно изследване на фосфора и неговите съединения.

На първия, петдесетгодишен етап от историята на фосфора, в допълнение към откритието на Бойл, само едно събитие беше белязано от историята на науката: през 1715 г. Генсинг установи наличието на фосфор в мозъчната тъкан. След експериментите на Маркгрейв, историята на елемента, който много години по-късно придобива номер 15, се превръща в история на много велики открития.

Хронология на тези открития

През 1769 г. Ю. Ган доказва, че костите съдържат много фосфор. Същото беше потвърдено две години по-късно от известния шведски химик К. Шееле, който предложи метод за получаване на фосфор от пепелта, образувана при печенето на костите.

Няколко години по-късно J.L. Пруст и М. Клапрот, изучавайки различни природни съединения, доказват, че фосфорът е широко разпространен в земната кора, главно под формата на калциев фосфат.

Той постигна голям успех в изучаването на свойствата на фосфора в началото на 70-те години на 18 век. великият френски химик Антоан Лоран Лавоазие. Изгаряйки фосфор с други вещества в затворен обем въздух, Лавоазие доказва, че фосфорът е самостоятелен елемент, а въздухът има сложен състав и се състои от най-малко два компонента - кислород и азот. „По този начин той за първи път изправи на крака цялата химия, която във флогистичната си форма стоеше на главата си.“ Така пише Ф. Енгелс за произведенията на Лавоазие в предговора към втория том на „Капиталът“.

През 1799 г. Дондоналд доказва, че фосфорните съединения са необходими за нормалното развитие на растенията.

През 1839 г. друг англичанин, Лоус, пръв получава суперфосфат - фосфорен тор, който лесно се усвоява от растенията.

През 1847 г. немският химик Шрьотер, нагрявайки бял фосфор без достъп на въздух, получава нова разновидност (алотропна модификация) на елемент № 15 - червен фосфор, а още през 20 век, през 1934 г., американският физик П. Бриджман, изучавайки влиянието на високо налягане върху различни вещества, изолиран черен фосфор, подобен на графит. Това са основните етапи в историята на елемент №15. Сега нека видим какво последва всяко от тези открития.

„През 1715 г. Гензинг установява наличието на фосфор в мозъчната тъкан... През 1769 г. Хан доказва, че костите съдържат много фосфор.“

Фосфорът е аналог на азота. Въпреки че физичните и химичните свойства на тези елементи са много различни, те също имат нещо общо, по-специално факта, че и двата елемента са абсолютно необходими за животните и растенията. Академик А.Е. Ферсман нарича фосфора „елементът на живота и мисълта“ и това определение едва ли може да се класифицира като литературно преувеличение. Фосфорът се съдържа буквално във всички органи на зелените растения: стъбла, корени, листа, но най-вече в плодовете и семената. Растенията натрупват фосфор и го доставят на животните.

При животните фосфорът е концентриран главно в скелета, мускулите и нервната тъкан.

Сред човешките хранителни продукти жълтъкът на кокошите яйца е особено богат на фосфор.

Човешкото тяло съдържа средно около 1,5 кг елемент No15. От това количество 1,4 кг са в костите, около 130 г са в мускулите и 12 г са в нервите и мозъка. Почти всички най-важни физиологични процеси, протичащи в нашето тяло, са свързани с трансформациите на органофосфорни вещества. Фосфорът се намира в костите главно под формата на калциев фосфат. Зъбният емайл също е фосфорно съединение, което по състав и кристална структура съответства на най-важния фосфорен минерал, апатит Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl).

Естествено, за да се получат устойчиви добиви, този фосфор трябва да се върне обратно в почвата и затова не е изненадващо, че световното производство на фосфатни скали сега възлиза на повече от 100 милиона тона годишно.

„...Пруст и Клапрот доказаха, че фосфорът е широко разпространен в земната кора, главно под формата на калциев фосфат.“

В земната кора фосфорът се среща изключително под формата на съединения. Това са предимно слабо разтворими соли на ортофосфорната киселина; Катионът най-често не е калциев.

Фосфорът представлява 0,08% от теглото на земната кора. По отношение на разпространението той се нарежда на 13-то място сред всички елементи. Фосфорът се съдържа в най-малко 190 минерала, най-важните от които са: флуорапатит - Ca 5 (PO 4) 3 F, хидроксиапатит Ca 5 (PO 4) 3 OH, фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 с примеси.

По-рядко се срещат вивианит Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, монацит (Ce, La)PO 4, амблигонит LaAl(PO 4)F, трифилит Li(Fe, Mn)PO 4 и още по-рядко ксенотим YPO 4 и торбернит Cu (UO 2) 2 [PO 4 ] 2 12H 2 O.

Фосфорните минерали се делят на първични и вторични. Сред първичните апатитите са особено разпространени, често срещани сред скали с магматичен произход. Тези минерали са се образували по време на образуването на земната кора.

За разлика от апатитите, фосфоритите се срещат сред скали от седиментен произход, образувани в резултат на смъртта на живи същества. Това са вторични минерали.

Фосфорът се намира в метеоритите под формата на железни, кобалтови и никелови фосфиди. Разбира се, този общ елемент се намира и в морската вода (6·10–6%).

„Лавоазие доказа, че фосфорът е независим химичен елемент...“

За да може фосфорът да прояви валентност 5+, е необходимо някакво въздействие върху атома, което би превърнало двата сдвоени електрона от последната орбита в несдвоени.

Може би най-известната модификация на елемент № 15 е мекият, восъчен, бял или жълт фосфор. Бранд го открива и благодарение на свойствата си елементът получава името си: на гръцки „фосфор“ означава светещ, светещ. Молекулата на белия фосфор се състои от четири атома, подредени във формата на тетраедър. Плътност 1,83, точка на топене 44,1°C. Белият фосфор е отровен и лесно се окислява. Разтворим в въглероден дисулфид, течен амоняк и SO 2, бензен, етер. Почти неразтворим във вода.

При нагряване без достъп на въздух над 250°C белият фосфор се превръща в червен. Това вече е полимер, но не много подредена структура. Реактивността на червения фосфор е значително по-малка от тази на белия фосфор. Не свети на тъмно, не се разтваря в въглероден дисулфид и не е отровен (Винаги съдържа малки количества бял фосфор, в резултат на което може да бъде отровен.). Плътността му е много по-голяма, структурата му е дребнокристална.

По-малко известни са други, още по-високомолекулни модификации на фосфора - виолетови, кафяви и черни, които се различават една от друга по молекулно тегло и степен на подреденост на макромолекулите. Черният фосфор, получен за първи път от P. Bridgman при условия на високо налягане (200 хиляди atm при температура 200 ° C), напомня повече на графит, отколкото на бял или червен фосфор. Тези модификации са лабораторна екзотика и за разлика от белия и червения фосфор все още не са намерили практическо приложение.

Между другото, относно приложенията на елементарния фосфор; Основните му потребители са производството на кибрит, металургията и химическото производство. В близкото минало част от получения елементарен фосфор се изразходва във военни предприятия, използва се за приготвяне на димни и запалителни състави.

Металурзите обикновено се стремят да се отърват от фосфорните примеси в метала - това влошава механичните свойства, но понякога фосфорът се въвежда в сплавите съзнателно. Това се прави, когато е необходимо металът леко да се разшири при втвърдяване и точно да приеме очертанията на формата. Фосфорът се използва широко и в химията. Част от него се използва за получаване на фосфорни хлориди, необходими при синтеза на някои органични препарати; Етапът на производство на елементарен фосфор присъства и в някои технологични схеми за производство на концентрирани фосфорни торове.

Сега за връзките му.

Фосфорният анхидрид P 2 O 5 е отличен десикант, който лакомо абсорбира вода от въздуха и други вещества. Съдържанието на P 2 O 5 е основният критерий за стойността на всички фосфатни торове.

Фосфорните киселини, предимно ортофосфорната киселина H3PO4, се използват в основната химическа промишленост. Солите на фосфорните киселини са предимно фосфорни торове (специална дискусия за тях) и фосфати на алкални метали, необходими за производството на детергенти.

Фосфорните халиди (главно хлоридите PCl 3 и PCl 5) се използват в промишлеността за органичен синтез.

От съединенията на фосфора с водорода най-известен е фосфинът PH 3 - силно отровен безцветен газ с мирис на чесън.

Сред фосфорните съединения специално място принадлежи на органофосфорните съединения. Повечето от тях имат биологична активност. Ето защо някои органофосфорни съединения се използват като лекарства, други като средства за борба с вредителите.

Независим клас вещества се състоеше от фосфонитрилхлориди - съединения на фосфор с азот и хлор. Мономерът фосфонитрил хлорид е способен на полимеризация. С увеличаване на молекулното тегло свойствата на веществата от този клас се променят, по-специално тяхната разтворимост в органични течности значително намалява. Когато молекулното тегло на полимера достигне няколко хиляди, се получава вещество, подобно на каучук - единственият каучук досега, който изобщо не съдържа въглерод. По-нататъшното увеличаване на молекулното тегло води до образуването на твърди пластични вещества. „Безвъглеродната гума“ има значителна устойчивост на топлина: тя започва да се разпада едва при 350°C.

„През 1839 г. англичанинът Лоус е първият, който получава суперфосфат - фосфорен тор, който лесно се усвоява от растенията.“

За да могат растенията да абсорбират фосфора, той трябва да бъде в разтворимо съединение. За да се получат тези съединения, калциевият фосфат и сярната киселина се смесват в такива пропорции, че има два грама молекули киселина на грам молекула фосфат. В резултат на взаимодействието се образуват сулфат и разтворим калциев дихидрогенфосфат: Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 → 2CaSO 4 + Ca (H 2 PO 4) 2. Смес от тези две соли е известна като суперфосфат. В тази смес калциевият сулфат от гледна точка на агрохимията е баласт, но обикновено не се отделя, тъй като тази операция е скъпа и значително увеличава цената на тора. Простият суперфосфат съдържа само 14...20% P 2 O 5.

По-концентриран фосфорен тор е двойният суперфосфат. Получава се чрез взаимодействие на калциев фосфат с фосфорна киселина:

Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 → 3Ca (H 2 PO 4) 2.

Двойният суперфосфат съдържа 40...50% P 2 O 5. Всъщност би било по-правилно да го наречем троен: той е три пъти по-богат на фосфор от обикновения суперфосфат.

Понякога CaHPO 4 2H 2 O се използва като фосфорен тор, който се получава чрез взаимодействие на фосфорна киселина с хидроксид или калциев карбонат:

Ca(OH) 2 + H 3 PO 4 → CaHPO 4 2H 2 O.

2CaCO 3 + 2H 3 PO 4 → 2CaHPO 4 2H 2 O + 2CO 2.

Този тор съдържа 30...35% P 2 O 5.

При проучените запаси от фосфорни суровини у нас, както и в света, ситуацията не е съвсем благоприятна. Академик С.И. Волфкович от трибуната на IX Менделеев конгрес по обща и приложна химия заяви:

„Ако суровинната база на азотната промишленост - въздушният океан, водата и природният газ - не ограничават мащаба на новото строителство, а проучените досега находища на калиеви соли осигуряват развитието на производството на калиеви торове за повече от хилядолетие, тогава проучените до момента запаси от местни фосфорни суровини при планираните големи обеми производство на торове ще стигнат само за няколко десетилетия.

Това изобщо не означава, че човечеството е заплашено от глад и реколтите ще намаляват от година на година. Има резерви. Много допълнителен фосфор може да се получи чрез комплексна обработка на минерални суровини, дънни морски седименти и по-детайлно геоложко проучване. Следователно нямаме особени основания за песимизъм, особено след като СССР е на първо място в света по регистрирани запаси от фосфорни руди. Имаме най-големите находища на апатит на Колския полуостров и на фосфорити в Южен Казахстан и на редица други места.

Но сега е необходимо да се търсят нови находища и да се разработват методи за производство на фосфатни торове от по-бедни руди. Това е необходимо за бъдещето, защото фосфорът - "елементът на живота и мисълта" - винаги ще бъде необходим на човечеството.

Изотопи на фосфора

Естественият фосфор, за разлика от по-голямата част от елементите, се състои само от един изотоп 31 P. Няколко краткотрайни радиоактивни изотопа на елемент № 15 са синтезирани в ядрени реакции. Един от тях, фосфор-30, се оказа първият изотоп, получен изкуствено. Това е получено през 1934 г. от Фредерик и Ирен Жолио-Кюри чрез облъчване на алуминий с алфа частици. Фосфор-30 има полуживот от 2,55 минути и докато се разпада, излъчва позитрони ("положителни електрони"). Сега са известни шест радиоактивни изотопа на фосфора. Най-дълготрайният от тях, 33 P, има полуживот от 25 дни. Изотопите на фосфора се използват главно в биологичните изследвания.

Началото на производството на суперфосфат

Първото промишлено производство на суперфосфат в света е организирано през 1842 г. в Англия. В Русия подобни предприятия се появяват през 1868 и 1871 г. Преди революцията в нашата страна са построени само шест суперфосфатни завода, чиято обща производителност не надвишава 50 хиляди тона годишно. По време на Първата световна война, чуждата интервенция и гражданската война четири от шест завода излизат от строя, а през 1918 г. у нас са произведени едва 2,8 хиляди тона суперфосфат. И само 20 години по-късно, през 1938 г., Съветският съюз заема първо място в Европа и второ в света по производство на фосфорни торове. Сега делът на страната ни в световното производство на фосфатни скали и фосфорни торове е приблизително една четвърт.

Свидетелските показания Д.Н. Прянишников

“...Колкото и правилно да се съхранява и използва оборският тор, той не може да върне в почвата това, което самият той не съдържа, т.е. голям дял отчужден от стопанството фосфор в продадено зърно, животински кости, мляко и др.; Така почвата постепенно, но неотклонно губи своя фосфор (или поне неговата усвоима част) и след определена граница фосфорът попада в позицията на онзи „минимален фактор“, който най-недостига за добра реколта, както беше съвсем правилно отбеляза Либих." (От статията „За значението на фосфатите за нашето селско стопанство и за разширяване на възможността за директно използване на фосфорити“, 1924 г.).

Апатитите на Арктика

През 1926 г. A.E. Ферсман и неговите сътрудници откриха огромни запаси от апатит на полуостров Кола. Много години по-късно академик A.E. Ферсман пише за това находище: „...искрящият апатит със сив нефелин образува непрекъсната стена от 100 м. Този прекрасен пояс от хибински тундри се простира на 25 км, огъвайки се около тях в пръстен. Изследванията показват, че апатитната руда достига дълбоко дори под повърхността на океана и около два милиарда тона от тези ценни минерали са натрупани тук в планините Хибини, несравними никъде по света.“ („Забавна минералогия“, 1937 г.) На базата на това находище е построен минно-химическият завод „Апатит“. СМ. Киров. Малко преди войната е открито още едно много голямо находище на фосфорни суровини - Кара-Тау фосфорити в Казахстан. Фосфоритите се намират и в други региони на страната ни, по-специално в района на Москва. Но най-добрата суровина за производството на фосфорни торове все още идва от апатитовия „пояс на Хибинските тундри“.

Как изглежда апатитът?

Нека отново се обърнем към „Занимателната минералогия“. „Апатитът е калциев фосфат, но външният му вид е толкова разнообразен и странен, че не напразно старите минералози са го наричали апатит, което на гръцки означава „измамник“: или това са прозрачни кристали, напомнящи за миг берил или дори кварц, или те са плътни маси, неразличими от обикновения варовик, тогава това са радиални сфери, тогава скалата е гранулирана и лъскава, като едрозърнест мрамор.

Кой е първи?

Френският историк Ф. Гефер твърди, че общоприетото мнение, че фосфорът е получен за първи път от алхимика Г. Бранд през 1669 г., е неправилно. Според него те са успели да получат фосфор още през 12 век. Арабски алхимици и тяхната технология за получаване на фосфор е същата като тази на Бранд: изпаряване на урината и нагряване на сухия остатък с въглища и пясък. Ако е така, то човечеството е запознато с елемент No15 от почти 800 години.

Червено и лилаво

Най-известните модификации на фосфора са бял и червен, като и двете се използват в промишлеността. Други разновидности на елемент No15 - виолетов, кафяв, черен фосфор - могат да бъдат намерени само в лаборатории. Но виолетовият фосфор стана известен на хората много по-рано от червения фосфор. Руският учен А.А. Мусин-Пушкин го получава за първи път през 1797 г. В някои книги можете да намерите твърдението, че червеният и виолетовият фосфор са едно и също. Но тези сортове се различават не само по цвят. Виолетовите кристали на фосфора са по-големи. Червеният фосфор се получава чрез нагряване на белия фосфор в затворен обем вече при 250°C, а виолетовият едва при 500°C.

"Сияещият монах"

От спомените на академик S.I. Волфкович: „Фосфорът е произведен в електрическа пещ, инсталирана в Московския университет на улица Моховая. Тъй като тогава за първи път у нас се извършваха тези опити, не взех предпазните мерки, които са необходими при работа с газообразен фосфор - отровен, самозапалващ се и светещ синкав елемент. По време на много часове работа в електрическата пещ, част от освободения фосфорен газ толкова насити дрехите ми и дори обувките ми, че когато вървях от университета през нощта по тъмните, тогава неосветени улици на Москва, дрехите ми излъчваха синкав блясък, и изпод обувките ми (при търкането им) на тротоара) хвърчаха искри.

Всеки път зад мен се събираше тълпа, сред която, въпреки моите обяснения, имаше много хора, които виждаха в мен „новопоявил се“ представител на другия свят. Скоро сред жителите на квартал Моховая и в цяла Москва започнаха да се предават от уста на уста фантастични истории за „светлия монах“...

Чудеса без чудеса

Църквата многократно е използвала бял фосфор, за да заблуди вярващите. Известни са поне два вида „чудеса“, в които участва това вещество. Чудо първо: свещ, която свети сама. Това се прави по следния начин: върху фитила се нанася разтвор на фосфор във въглероден дисулфид, разтворителят се изпарява доста бързо и фосфорните зърна, останали върху фитила, се окисляват от атмосферния кислород и спонтанно се запалват. Второто чудо: „божествени“ надписи, мигащи по стените. Същото решение, същите реакции. Ако разтворът е достатъчно наситен, надписите първо светят, след това мигат и изчезват.

Органофосфорът и животът

Много томове са написани за ролята на органофосфорните съединения в най-важните биохимични реакции на тялото. Във всеки учебник по биохимия тези вещества не само се споменават многократно, но и се описват подробно. Без органофосфорни съединения процесът на въглехидратния метаболизъм в мозъчната тъкан не би могъл да се осъществи. Фосфор-съдържащият ензим фосфорилаза насърчава не само разграждането, но и синтеза на полизахариди в мозъка. В процеса на окисляване на въглехидратите в мозъчната тъкан дифосфо-пиридин нуклеотидът и неорганичният фосфат играят важна роля. Друг важен процес - мускулната контракция се поддържа от енергията, освободена по време на реакции, включващи аденозин фосфати. Когато мускулът се свие, молекулата на аденозин трифосфата (АТФ) се разпада на аденозин дифосфат и неорганична фосфорна киселина. Това освобождава много енергия (8...11 kcal/mol). Най-важната роля на тези вещества се доказва от факта, че в мускулната тъкан винаги се поддържа постоянно ниво на АТФ.