Skapande

Hur det kemiska grundämnet fosfor upptäcktes. Att bli rik av urin (om historien om upptäckten av fosfor). Hur ser apatit ut?

Struktur av svart fosfor

Mer än trehundra år skiljer oss från det ögonblick då Hamburg-alkemisten Genning Brand upptäckte ett nytt grundämne - . Precis som andra alkemister försökte Brand hitta livselixiret eller de vises sten, med vars hjälp gamla människor blir yngre, de sjuka blir friska och de ovärdiga förvandlas till... Det var inte omsorgen om människors välfärd, utan egenintresset som styrde Brand. Detta bevisas av fakta från historien om den enda verkliga upptäckten som denna alkemist gjorde.

Under ett av experimenten indunstade han urinen, blandade återstoden med kol och sand och fortsatte avdunstning. Snart bildades ett ämne i repliken som glödde i mörkret. Det är sant att kaltes Feuer (kall eld), eller "min eld", som Brand kallade det, inte förvandlades till eller förändrade gamla människors utseende, men det faktum att det resulterande ämnet glödde utan uppvärmning var ovanligt och nytt.

Brand var snabb med att dra nytta av denna nya fastighet. Han började visa olika privilegierade personer och fick gåvor och pengar från dem. Det var inte lätt att hålla hemligheten med att skaffa fosfor, och Brand sålde det snart till Dresden-kemisten I. Kraft. Antalet fosfordemonstranter ökade när receptet för dess tillverkning blev känt för I. Kunkel och K. Kirchmeyer. År 1680, oavsett dess föregångare, erhölls ett nytt element av den berömda engelske fysikern och kemisten Robert Boyle. Men Boyle dog snart, och hans student A. Gankwitz förrådde ren vetenskap och återupplivade "fosforspekulation". Först 1743 hittade A. Markgraf en mer avancerad metod för att framställa fosfor och publicerade sina uppgifter för offentlig information. Denna händelse satte stopp för Brands verksamhet och fungerade som början på en seriös studie av fosfor och dess föreningar.

Vid det första femtioåriga skedet av fosforns historia, förutom Boyles upptäckt, var bara en händelse märkt av vetenskapens historia: 1715 etablerade Gensing närvaron av fosfor i hjärnvävnaden. Efter experimenten med Markgrave blev grundämnets historia, som många år senare fick nummer 15, historien om många stora upptäckter.

Allt om fosfor

År 1769 bevisade Yu Gan att ben innehåller mycket fosfor. samma sak bekräftades två år senare av den berömde svenske kemisten K. Scheele, som föreslog en metod för att erhålla fosfor ur den aska som bildas vid rostning av ben.

Några år senare bevisade J. L. Proust och M. Klaproth, som studerade olika naturliga föreningar, att den är utbredd i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat.

Han nådde stora framgångar med att studera fosfors egenskaper i början av 70-talet av 1700-talet. den store franske kemisten Antoine Laurent. Genom att bränna fosfor med andra ämnen i en sluten luftvolym, bevisade han att fosfor är ett oberoende element, och luft har en komplex sammansättning och består av minst två komponenter - syre och kväve. "På detta sätt satte han för första gången på fötterna all kemi, som i sin flogistiska form stod på huvudet." Så här skrev F. Engels om verket i förordet till andra volymen av Ka-pitala.”

År 1709 bevisade Dondonald att fosforföreningar är nödvändiga för växternas normala utveckling.

År 1839 var en annan engelsman, Laws, den första som fick superfosfat – ett fosforgödselmedel som är lättsmält växter.

År 1847 utvecklade den tyske kemisten Schrötter, uppvärmning utan lufttillgång, en ny variant (allotropisk modifiering) av element nr 15 - och redan på 1900-talet, 1934, studerade den amerikanske fysikern P. Bradjen effekten av hög tryck på olika, frigjorda liknande svarta fosfor. Dessa är de viktigaste milstolparna i historien om element nr 15. Låt oss nu spåra vad som följde på var och en av dessa upptäckter.

"År 1715 etablerade Gensing närvaron av fosfor i hjärnvävnad... 1769 bevisade Hahn att ben innehåller mycket fosfor"

Fosfor är en analog av kväve

Även om fysiska och Kemiska egenskaper Dessa element är väldigt olika, det har de. och det generella i synnerhet är att båda dessa element är absolut nödvändiga för djur och växter. Akademikern A.E. Fersman kallade fosfor "ett element av liv och tanke", men denna definition kan knappast klassificeras som litterär överdrift. Fosfor finns i bokstavligen alla organ hos gröna växter: stjälkar, rötter, löv, men mest av allt i frukter och frön. Växter ackumulerar fosfor och levererar det till djur.

Hos djur koncentreras fosfor främst i skelettet, musklerna och nervvävnaden.

Bland mänskliga livsmedelsprodukter är äggulan från kycklingägg särskilt rik på fosfor.

Människokroppen innehåller i genomsnitt cirka 1,5 kg av grundämne nr 15. Av denna mängd finns 1,4 kg i ben, cirka 130 g i muskler och 12 g i nerver och hjärna. Nästan alla de viktigaste fysiologiska processerna som förekommer i vår kropp är förknippade med omvandlingar av organofosforämnen. Fosfor finns i ben huvudsakligen i form av kalciumfosfat. Tandemaljen är också en fosforförening, som i sammansättning och kristallstruktur motsvarar det viktigaste fosformineralet, apatit Ca5(P04)3(F, Cl).

Naturligtvis, som alla viktiga element, genomgår fosfor en cykel i naturen. Växter tar det från jorden, och från växter kommer detta element in i människors och djurs kroppar. Fosfor återgår till jorden med avföring och när lik ruttnar. Fosforbakterier omvandlar organisk fosfor till oorganiska föreningar.

Men per tidsenhet tas betydligt mer fosfor bort från marken än vad som kommer in i marken. Världsskörden tar nu årligen bort mer än 3 miljoner ton fosfor från åkrarna.

Naturligtvis, för att få hållbara skördar, måste denna fosfor återföras till marken, och därför är det inte förvånande att världsproduktionen av fosfatberg nu är betydligt mer än 100 miljoner ton per år.

"...Proust och Klaproth bevisade att fosfor är brett fördelat i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat"

I jordskorpan förekommer fosfor uteslutande i form av föreningar. Dessa är huvudsakligen svårlösliga salter av ortofosforsyra; Katjonen är oftast kalciumjon.

Fosfor står för 0,08 % av vikten jordskorpan. När det gäller prevalens är den 13:e bland alla element. Fosfor finns i minst 190 mineraler, varav de viktigaste är: fluorapatit Ca5(P04)3F, hydroxylapatit Ca5(P04)3OH, fosforit Cae(P04)2 med föroreningar.

Fosfor delas in i primär och sekundär. Bland de primära är apatiter särskilt vanliga, som ofta finns bland bergarter av magmatiskt ursprung. Dessa bildades vid tidpunkten för bildandet av jordskorpan.

Till skillnad från apatiter förekommer fosforer bland bergarter av sedimentärt ursprung, bildade som ett resultat av levande varelsers död. Dessa är sekundära.

Fosfor finns i meteoriter i form av järn, kobolt och nickelfosfider. Naturligtvis finns detta vanliga element också i havsvatten (6 10-6%).

"Lavoisier bevisade att fosfor är en oberoende kemiskt element…»

Fosfor är en icke-metall (vad som tidigare kallades en metalloid) med medelhög aktivitet. Fosforatomens yttre omloppsbana innehåller fem elektroner, varav tre är oparade. Därför kan den uppvisa valenser av 3-, 3+ och 5+.

För att fosfor ska uppvisa 5+ krävs viss effekt på atomen, vilket skulle förvandla de två parade elektronerna i den sista omloppsbanan till oparade.

Fosfor kallas ofta ett mångfacetterat grundämne. Under olika förhållanden beter den sig faktiskt annorlunda och uppvisar antingen oxidativa eller reducerande egenskaper. Mångsidigheten hos fosfor inkluderar också dess förmåga att existera i flera allotropa modifieringar.

Den kanske mest kända modifieringen av element nr 15 är mjuk, vaxartad, vit eller gul fosfor. Det var Brand som upptäckte det, och tack vare dess egenskaper fick elementet sitt namn: på grekiska betyder "fosfor" självlysande, självlysande. Den vita fosformolekylen består av fyra atomer arrangerade i form av en tetraeder. Densitet 1,83, smältpunkt 44,1° C. giftig, lätt oxiderad. Löslig i koldisulfid, flytande ammoniak och SO2, bensen, eter. Nästan olösligt i vatten.

Vid uppvärmning utan tillgång till luft över 250°C blir den röd. Detta är redan en polymer, men inte en mycket ordnad struktur. Reaktiviteten för röd fosfor är betydligt mindre än den för vit fosfor. Den lyser inte i mörker, löser sig inte i koldisulfid och är inte giftig. Dess densitet är mycket större, dess struktur är finkristallin.

Struktur av svart fosfor

Allt om fosfor

Några år senare bevisade J. L. Proust och M. Klaproth, som studerade olika naturliga föreningar, att den är utbredd i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat.

År 1709 bevisade Dondonald att fosforföreningar är nödvändiga för växternas normala utveckling.

År 1839 var en annan engelsman, Laws, den första som fick superfosfat – ett fosforgödselmedel som är lättsmält växter.

"År 1715 etablerade Gensing närvaron av fosfor i hjärnvävnad... 1769 bevisade Hahn att ben innehåller mycket fosfor"

Fosfor är en analog av kväve

Även om de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos dessa element varierar mycket, har de det. och det generella i synnerhet är att båda dessa element är absolut nödvändiga för djur och växter. Akademikern A.E. Fersman kallade fosfor "ett element av liv och tanke", men denna definition kan knappast klassificeras som litterär överdrift. Fosfor finns i bokstavligen alla organ hos gröna växter: stjälkar, rötter, löv, men mest av allt i frukter och frön. Växter ackumulerar fosfor och levererar det till djur.

Hos djur koncentreras fosfor främst i skelettet, musklerna och nervvävnaden.

Bland mänskliga livsmedelsprodukter är äggulan från kycklingägg särskilt rik på fosfor.

Men per tidsenhet tas betydligt mer fosfor bort från marken än vad som kommer in i marken. Världsskörden tar nu årligen bort mer än 3 miljoner ton fosfor från åkrarna.

"...Proust och Klaproth bevisade att fosfor är brett fördelat i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat"

I jordskorpan förekommer fosfor uteslutande i form av föreningar. Dessa är huvudsakligen svårlösliga salter av ortofosforsyra; Katjonen är oftast kalciumjon.

Fosfor står för 0,08 % av vikten av jordskorpan. När det gäller prevalens är den 13:e bland alla element. Fosfor finns i minst 190 mineraler, varav de viktigaste är: fluorapatit Ca5(P04)3F, hydroxylapatit Ca5(P04)3OH, fosforit Cae(P04)2 med föroreningar.

Till skillnad från apatiter förekommer fosforer bland bergarter av sedimentärt ursprung, bildade som ett resultat av levande varelsers död. Dessa är sekundära.

Fosfor finns i meteoriter i form av järn, kobolt och nickelfosfider. Naturligtvis finns detta vanliga element också i havsvatten (6 10-6%).

"Lavoisier bevisade att fosfor är ett oberoende kemiskt element..."

För att fosfor ska uppvisa 5+ krävs viss effekt på atomen, vilket skulle förvandla de två parade elektronerna i den sista omloppsbanan till oparade.

Upptäcktsdatumet för fosfor brukar anses vara 1669, men det finns vissa indikationer på att det var känt tidigare. Gepher, till exempel, rapporterar att ett alkemiskt manuskript från en samling som lagrats i Parisbiblioteket anger det runt 1100-talet. en viss Alchid Bekhil erhöll, genom att destillera urin med lera och kalk, ett ämne som han kallade "escarbucle". Kanske var detta fosfor, som var alkemisternas stora hemlighet. I vilket fall som helst är det känt att i jakten på de vises sten, utsatte alkemister alla möjliga material för destillation och andra operationer, inklusive urin, exkrementer, ben etc. Sedan urminnes tider har ämnen som kan lysa i mörker kallats fosforer. På 1600-talet Bolognesisk fosfor var känd - en sten som hittades i bergen nära Bologna; Efter att ha eldat på kol fick stenen förmågan att glöda. "Baldwins fosfor" beskrivs också, framställd av volost-förmannen Alduin av en bränd blandning av krita och salpetersyra. Glöden från sådana ämnen orsakade extrem överraskning och ansågs vara ett mirakel.

År 1669 bearbetade amatöralkemisten från Hamburg, en konkurshandlare som drömde om att förbättra sina affärer med hjälp av alkemin, en mängd olika produkter. Teoretiseringen om att fysiologiska produkter kan innehålla den "urmateria" som tros vara grunden för de vises sten, blev Brand intresserad av mänsklig urin.

Han samlade upp ungefär ett ton urin från soldatkaserner och indunstade det för att bilda en sirapsliknande vätska. Han destillerade denna vätska igen och fick en tung röd "urinolja". Efter att ha destillerat denna olja igen upptäckte han i botten av retorten resterna av ett "dött huvud" (Caput mortuum), till synes värdelöst för någonting. Emellertid kalcinering av denna återstod länge sedan, märkte han att vitt damm dök upp i repliken, som sakta lade sig ner på replikens botten och lyste klart. Brand bestämde sig för att han hade lyckats utvinna elementär eld från den "oljiga dödens huvud", och han fortsatte sina experiment med ännu större iver. Han misslyckades naturligtvis med att förvandla denna "eld" till guld, men han höll ändå sin upptäckt av fosfor (från grekiskan - lätt och "bärande", d.v.s. ljusbringare) strikt hemlig. Men en viss Kunkel, som vid den tiden tjänstgjorde som alkemist och hemlig betjänt för den sachsiske kurfursten, fick reda på Brands hemlighet. Kunkel bad sin kollega Kraft, som skulle till Hamburg, att få reda på all information om fosfor från Brand. Kraft bestämde sig dock själv för att använda Brands hemlighet. Han köpte hemligheten av honom för 200 thaler och, efter att ha producerat en tillräcklig mängd fosfor, åkte han på en resa till Europa, där han stor framgång demonstrerade fosforns sken inför ädla människor. I synnerhet i England visade han fosfor till kung Charles II och vetenskapsmannen Boyle. Under tiden lyckades Kunkel själv framställa fosfor på ett sätt som låg nära Brands metod, och till skillnad från den senare annonserade han flitigt om fosfor, men höll tyst om hemligheten bakom dess produktion. År 1680, oavsett dess föregångare, erhölls ett nytt element av den berömda engelske fysikern och kemisten Robert Boyle, som, liksom Kunkel, publicerade data om fosfors egenskaper, men rapporterade metoden för dess framställning i en sluten förpackning endast till Royal Society of London (detta meddelande publicerades bara 12 år senare, efter Boyles död), och Boises student A. Gankwitz förrådde ren vetenskap och återupplivade "fosforspekulation" i form av omfattande produktionsaktiviteter för framställning av detta ämne: för I 50 år handlade han mycket fosfor till ett mycket högt pris. I Holland, till exempel, kostade ett uns (31,1 g) fosfor 16 dukater vid den tiden. De mest fantastiska antaganden har gjorts om fosfors natur. På 1700-talet Många framstående vetenskapsmän studerade fosfor, och bland dem Marggraf, som förbättrade metoden att erhålla fosfor från urin genom att tillsätta blyklorid till den senare (1743).

1777 fastställde Scheele förekomsten av fosfor i djurens ben och horn i form av fosforsyra associerad med kalk. Vissa författare tillskriver dock denna upptäckt en annan svensk kemist, Hahn, men det var Scheele som utvecklade en metod för att få fram fosfor från ben. Fosfor erkändes som ett elementärt ämne av Lavoisier på grundval av hans berömda experiment om förbränning av fosfor i syre. I tabellen över enkla kroppar placerade Lavoisier fosfor i den andra gruppen av enkla kroppar, icke-metalliska, oxiderande och producerande syror. Sedan 1800-talet Fosfor används i stor utsträckning främst i form av salter som används för att gödsla jordar.

Så, mer än trehundra år skiljer oss från ögonblicket när Hamburg-alkemisten Genning Brand upptäckte ett nytt grundämne - fosfor. Precis som andra alkemister försökte Brand hitta livselixiret eller de vises sten, med hjälp av vilken gamla människor ser yngre ut, de sjuka blir friska och oädla metaller förvandlas till guld. Det var inte omsorgen om människors välfärd, utan egenintresset som styrde Brand. Detta bevisas av fakta från historien om den enda verkliga upptäckt som gjorts av honom. Vid det första femtioåriga skedet av fosforns historia, förutom Boyles upptäckt, var endast en händelse märkt av vetenskapens historia: 1715 etablerade Gensing närvaron av fosfor i hjärnvävnad. Efter experimenten med Markgrave blev grundämnets historia, som många år senare fick nummer 15, historien om många stora upptäckter.

Kronologi för upptäckter relaterade till fosfor

År 1715 Gensing fastställde närvaron av fosfor i hjärnvävnaden...

År 1743 Tysk kemist, hedersledamot i Sankt Petersburgs vetenskapsakademi A.S. Marggraf utvecklades nytt sätt få fram fosfor.

År 1769 Yu.Gan bevisade att ben innehåller mycket fosfor. Samma sak bekräftades två år senare av den svenske kemisten K. Scheele, som föreslog en metod för att erhålla fosfor ur den aska som bildas vid rostning av ben. Några år senare bevisade J.L. Proust och M. Klaproth, som studerade olika naturliga föreningar, att fosfor är utbrett i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat.

1797 I Ryssland fick A.A. Musin-Pushkin en allotrop variant av fosfor - violett fosfor. Men i litteraturen tillskrivs upptäckten av fosfor felaktigt I. Hittorf, som med A. A. Musin-Pushkins metod erhöll den först 1853.

År 1799 Donald bevisade att fosforföreningar är nödvändiga för växternas normala utveckling.

År 1839 en annan engelsman, Laws, var den första som fick superfosfat – ett fosforgödselmedel som lätt absorberas av växter.

År 1842 England organiserade världens första industriella produktion av superfosfat. I Ryssland uppträdde sådan produktion 1868 och 1871.

År 1848 Den österrikiska kemisten A. Schrötter upptäckte en allotrop modifiering av fosfor - röd fosfor. Han erhöll denna fosfor genom att värma vit fosfor till en temperatur av 250 grader i en atmosfär av CO (kolmonoxid två). Det är intressant att notera att A. Schrötter var den första att påpeka

möjligheten att använda röd fosfor vid tillverkning av tändstickor.

År 1926 A.E. Fersman och hans kollegor upptäckte enorma reserver av apatit på Kolahalvön.

År 1934, amerikansk fysiker P. Bridgman, studerar effekten av högt tryck på olika ämnen, isolerad grafitliknande svart fosfor.

Fosfor är en viktig komponent i att leva och livlös natur. Det finns i djupet av jorden, vattnet och i våra kroppar, och akademikern Fersman gav det till och med smeknamnet "elementet av liv och tanke." Trots dess användbarhet kan vit fosfor vara extremt farlig och giftig. Låt oss prata mer i detalj om dess egenskaper.

Öppna ett element

Historien om upptäckten av fosfor började med alkemi. Sedan 1400-talet har europeiska forskare varit ivriga att hitta de vises sten eller det "stora elixiret" med vilket de kan förvandla alla metaller till guld.

På 1600-talet beslutade alkemisten Hennig Brand att vägen till det "magiska reagenset" gick genom urin. Det är gult, vilket betyder att det innehåller guld eller på något sätt är kopplat till det. Forskaren samlade noggrant in material, försvarade det och destillerade det sedan. Istället för guld fick han en vit substans som glödde i mörkret och brann bra.

Brand kallade upptäckten "kall eld". Senare kom den irländska alkemisten Robert Boyle och tysken Andreas Maggraf på idén att skaffa fosfor på liknande sätt. Den senare tillsatte också kol, sand och mineralet fosgenit till urinen. Därefter fick ämnet namnet fosfor mirabilis, vilket översattes som "mirakulös bärare av ljus."

Ljusande element

Upptäckten av fosfor blev en riktig sensation bland alkemister. Vissa försökte då och då köpa hemligheten med att få tag i ämnet från Brand, andra försökte ta sig dit på egen hand. På 1700-talet bevisades det att grundämnet fanns i benrester från organismer, och flera fabriker för dess produktion öppnade snart.

Den franske fysikern Lavoisier bevisade att fosfor är enkel substans. I det periodiska systemet är det nummer 15. Tillsammans med kväve, antimon, arsenik och vismut tillhör den gruppen pnictider och karakteriseras som en icke-metall.

Elementet är ganska vanligt i naturen. Procentuellt sett hamnar den på 13:e plats i massan av jordskorpan. Fosfor interagerar aktivt med syre och finns inte i fri form. Det finns i många mineraler (mer än 190), såsom fosforiter, apatiter, etc.

Vit fosfor

Fosfor finns i flera former eller allotroper. De skiljer sig från varandra i densitet, färg och kemiska egenskaper. Det finns vanligtvis fyra huvudformer: vit, svart, röd och metallisk fosfor. Andra modifieringar är endast en blandning av ovanstående.

Vit fosfor är mycket instabil. Under normala ljusförhållanden blir den snabbt röd, men högtryck gör den svart. Dess atomer är ordnade i form av en tetraeder. Den har ett kristallint molekylgitter, med molekylformeln P4.

Jag lyfter också fram gul fosfor. Detta är inte ytterligare en modifiering av ämnet, utan namnet på oraffinerad vit fosfor. Den kan ha antingen en ljus eller mörkbrun nyans och kännetecknas av stark toxicitet.

Egenskaper av vit fosfor

Ämnets konsistens och utseende liknar vax. Den luktar vitlök och är fet vid beröring. Fosfor är mjukt (det kan skäras med en kniv utan större ansträngning) och är deformerbart. Efter rengöring blir den färglös. Dess genomskinliga kristaller skimrar iriserande i solen och ser ut som diamanter.

Det smälter vid 44 grader. Ämnets aktivitet manifesterar sig även vid rumstemperatur. Det huvudsakliga kännetecknet för fosfor är dess förmåga att kemiluminiscenta eller glöda. Oxiderande i luften avger det ett vitgrönt ljus och med tiden antänds det spontant.

Ämnet är praktiskt taget olösligt i vatten, men kan brinna i det vid långvarig kontakt med syre. Det löser sig bra i organiska lösningsmedel, såsom koldisulfid, flytande paraffin och bensen.

Applicering av fosfor

Människan har "tämjat" fosfor för både fredliga och militära syften. Ämnet används för att framställa fosforsyra, som används till gödningsmedel. Tidigare användes det flitigt för att färga ull och göra ljuskänsliga emulsioner.

Vit fosfor används inte i stor utsträckning. Dess huvudsakliga värde är brandfarlighet. Således används ämnet för brandfarlig ammunition. Denna typ av vapen var aktuellt under båda världskrigen. Den användes i Gazakriget 2009, såväl som i Irak 2016.

Röd fosfor används mer allmänt. Det används för att tillverka bränsle, smörjmedel, sprängämnen och tändstickshuvuden. Olika fosforföreningar används inom industrin i vattenavhärdare och tillsätts till passiveringsmedel för att skydda metall från korrosion.

Innehåll i kroppen och effekt på människor

Fosfor är en av de livsviktiga beståndsdelarna för oss. I form av föreningar med kalcium finns det i tänderna och skelettet, vilket ger benhårdhet och styrka. Grundämnet finns i ATP- och DNA-föreningar. Det är viktigt för hjärnans funktion. Att vara i nervceller främjar överföringen av nervimpulser.

Fosfor finns i muskelvävnad. Det är involverat i processen att omvandla energi från proteiner, fetter och kolhydrater som kommer in i kroppen. Grundämnet upprätthåller syra-basbalansen i cellerna och deras delning sker. Det främjar ämnesomsättningen och är viktigt under kroppstillväxt och återhämtning.

Fosfor kan dock vara farligt. Vit fosfor i sig är mycket giftig. Doser över 50 milligram är dödliga. Fosforförgiftning åtföljs av kräkningar, huvudvärk och magsmärtor. Kontakt av ämnet med huden orsakar brännskador som läker mycket långsamt och smärtsamt.

Överskott av fosfor i kroppen leder till benskörhet, hjärt-kärlsjukdomar, blödningar och anemi. Levern och matsmältningssystemet lider också av fosforövermättnad.

"...Ja! Det var en hund, enorm, kolsvart. Men ingen av oss dödliga har någonsin sett en sådan hund. Lågor slog ut från hennes öppna mun, hennes ögon kastade gnistor och flimrande eld skimrade över hennes nosparti och nacke. I ingens febriga hjärna kunde en syn uppstå som var mer fruktansvärd, äckligare än denna helvetes varelse som hoppade ut mot oss från dimman... En fruktansvärd hund, storleken på en ung lejoninna. Dess väldiga mun glödde fortfarande av en blåaktig låga, dess djupt liggande vilda ögon var omgivna av eldiga cirklar.

Jag rörde vid detta lysande huvud och tog min hand bort och såg att mina fingrar också glödde i mörkret. Fosfor, sa jag."

Lärt mig? Arthur Conan Doyle. "Baskervilles hund."

Det här är den otäcka historien Element nr 15 var inblandad i.

Ännu en dålig historia

Mer än trehundra år skiljer oss från det ögonblick då Hamburg-alkemisten Genning Brand upptäckte ett nytt grundämne - fosfor. Precis som andra alkemister försökte Brand hitta livselixiret eller de vises sten, med hjälp av vilken gamla människor ser yngre ut, de sjuka blir friska och oädla metaller förvandlas till guld. Det var inte omsorgen om människors välfärd, utan egenintresset som styrde Brand. Detta bevisas av fakta från historien om den enda verkliga upptäckt som gjorts av honom.

Under ett av experimenten indunstade han urinen, blandade återstoden med kol och sand och fortsatte avdunstning. Snart bildades ett ämne i repliken som glödde i mörkret. Det är sant att kaltes Feuer (kall eld), eller "min eld", som Brand kallade det, inte förvandlade bly till guld och förändrade inte utseendet på gamla människor, men det faktum att det resulterande ämnet glödde utan uppvärmning var ovanligt och nytt .

Brand var snabb med att dra nytta av denna egenskap hos det nya ämnet. Han började visa fosfor till olika privilegierade personer och fick gåvor och pengar från dem. Det var inte lätt att hålla hemligheten med att skaffa fosfor, och Brand sålde det snart till Dresdens kemist I. Kraff. Antalet fosfordemonstranter ökade när receptet för dess tillverkning blev känt för I. Kunkel och K. Kirchmeyer. År 1680, oavsett dess föregångare, erhölls ett nytt element av den berömda engelske fysikern och kemisten Robert Boyle. Men Boyle dog snart, och hans student A. Gankwitz förrådde ren vetenskap och återupplivade "fosforspekulation". Först 1743 hittade A. Markgraf en mer avancerad metod för att framställa fosfor och publicerade sina uppgifter för offentlig information. Denna händelse satte stopp för Brands verksamhet och fungerade som början på en seriös studie av fosfor och dess föreningar.

Vid det första femtioåriga skedet av fosforns historia, förutom Boyles upptäckt, var endast en händelse märkt av vetenskapens historia: 1715 etablerade Gensing närvaron av fosfor i hjärnvävnad. Efter experimenten med Markgrave blev grundämnets historia, som många år senare fick nummer 15, historien om många stora upptäckter.

Kronologi för dessa upptäckter

År 1769 bevisade Yu Gan att ben innehåller mycket fosfor. Samma sak bekräftades två år senare av den berömde svenske kemisten K. Scheele, som föreslog en metod för att framställa fosfor ur den aska som bildas vid rostning av ben.

Några år senare började J.L. Proust och M. Klaproth, som studerade olika naturliga föreningar, visade att fosfor är utbrett i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat.

Han nådde stora framgångar med att studera fosfors egenskaper i början av 70-talet av 1700-talet. den store franske kemisten Antoine Laurent Lavoisier. Genom att bränna fosfor med andra ämnen i en sluten luftvolym, bevisade Lavoisier att fosfor är ett oberoende element, och luft har en komplex sammansättning och består av minst två komponenter - syre och kväve. "På detta sätt satte han för första gången på fötterna all kemi, som i sin flogistiska form stod på huvudet." Så här skrev F. Engels om Lavoisiers verk i förordet till andra volymen av Kapitalet.

År 1799 bevisade Dondonald att fosforföreningar är nödvändiga för växternas normala utveckling.

År 1839 var en annan engelsman, Laws, den första som fick superfosfat – ett fosforgödselmedel som lätt tas upp av växter.

1847 fick den tyske kemisten Schrötter, som värmde upp vit fosfor utan lufttillgång, en ny variant (allotropisk modifiering) av grundämne nr 15 - röd fosfor, och redan på 1900-talet, 1934, studerade den amerikanske fysikern P. Bridgman, som studerade påverkan av högt tryck på olika ämnen, isolerad svart fosfor, liknande grafit. Dessa är de viktigaste milstolparna i historien om element nr 15. Låt oss nu se vad som följde på var och en av dessa upptäckter.

"År 1715 etablerade Gensing närvaron av fosfor i hjärnvävnad... År 1769 bevisade Hahn att ben innehåller mycket fosfor."

Fosfor är en analog av kväve. Även om de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos dessa grundämnen är mycket olika, har de också något gemensamt, särskilt det faktum att båda dessa grundämnen är absolut nödvändiga för djur och växter. Akademiker A.E. Fersman kallade fosfor "elementet i livet och tanken", och denna definition kan knappast klassificeras som litterär överdrift. Fosfor finns i bokstavligen alla organ hos gröna växter: stjälkar, rötter, löv, men mest av allt i frukter och frön. Växter ackumulerar fosfor och levererar det till djur.

Hos djur koncentreras fosfor främst i skelettet, musklerna och nervvävnaden.

Bland mänskliga livsmedelsprodukter är äggulan från kycklingägg särskilt rik på fosfor.

Människokroppen innehåller i genomsnitt cirka 1,5 kg grundämne nr 15. Av denna mängd finns 1,4 kg i ben, cirka 130 g i muskler och 12 g i nerver och hjärna. Nästan alla de viktigaste fysiologiska processerna som förekommer i vår kropp är förknippade med omvandlingar av organofosforämnen. Fosfor finns i ben huvudsakligen i form av kalciumfosfat. Tandemaljen är också en fosforförening, som i sammansättning och kristallstruktur motsvarar det viktigaste fosformineralet, apatit Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl).

Men per tidsenhet tas betydligt mer fosfor bort från marken än vad som kommer in i marken. Världsskörden tar nu årligen bort mer än 3 miljoner ton fosfor från åkrarna.

För att få hållbara skördar måste naturligtvis denna fosfor återföras till marken, och därför är det inte förvånande att världsproduktionen av fosfatberg nu uppgår till mer än 100 miljoner ton per år.

"...Proust och Klaproth bevisade att fosfor är utbrett i jordskorpan, främst i form av kalciumfosfat."

I jordskorpan förekommer fosfor uteslutande i form av föreningar. Dessa är huvudsakligen svårlösliga salter av ortofosforsyra; Katjonen är oftast icke-kalcium.

Fosfor står för 0,08 % av vikten av jordskorpan. När det gäller prevalens är den 13:e bland alla element. Fosfor finns i minst 190 mineraler, varav de viktigaste är: fluorapatit - Ca 5 (PO 4) 3 F, hydroxyapatit Ca 5 (PO 4) 3 OH, fosforit Ca 3 (PO 4) 2 med föroreningar.

Mindre vanliga är vivianit Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, monazit (Ce, La)PO 4, amblygonit LaAl(PO 4)F, trifylit Li(Fe, Mn)PO 4 och ännu mer sällan xenotim YPO 4 och torbernit Cu (UO2)2[PO4]212H2O.

Fosformineraler delas in i primära och sekundära. Bland de primära är apatiter särskilt vanliga, som ofta finns bland bergarter av magmatiskt ursprung. Dessa mineraler bildades under bildandet av jordskorpan.

Till skillnad från apatiter förekommer fosforer bland bergarter av sedimentärt ursprung, bildade som ett resultat av levande varelsers död. Dessa är sekundära mineraler.

Fosfor finns i meteoriter i form av järn, kobolt och nickelfosfider. Naturligtvis finns detta vanliga element även i havsvatten (6·10–6%).

"Lavoisier bevisade att fosfor är ett oberoende kemiskt element..."

För att fosfor ska uppvisa en valens på 5+ krävs viss effekt på atomen, vilket skulle förvandla de två parade elektronerna i den sista omloppsbanan till oparade.

Den kanske mest kända modifieringen av element nr 15 är mjuk, vaxartad, vit eller gul fosfor. Det var Brand som upptäckte det, och tack vare dess egenskaper fick elementet sitt namn: på grekiska betyder "fosfor" självlysande, självlysande. Den vita fosformolekylen består av fyra atomer arrangerade i form av en tetraeder. Densitet 1,83, smältpunkt 44,1°C. Vit fosfor är giftig och oxiderar lätt. Löslig i koldisulfid, flytande ammoniak och SO 2, bensen, eter. Nästan olösligt i vatten.

Vid uppvärmning utan tillgång till luft över 250°C blir vit fosfor röd. Detta är redan en polymer, men inte en mycket ordnad struktur. Reaktiviteten för röd fosfor är betydligt mindre än den för vit fosfor. Det lyser inte i mörker, löser sig inte i koldisulfid och är inte giftigt (Innehåller alltid små mängder vit fosfor, som ett resultat av vilket det kan vara giftigt.). Dess densitet är mycket större, dess struktur är finkristallin.

Mindre kända är andra, ännu mer högmolekylära modifikationer av fosfor - violett, brun och svart, som skiljer sig från varandra i molekylvikt och ordningsgrad för makromolekyler. Svart fosfor, som först erhölls av P. Bridgman under högtrycksförhållanden (200 tusen atm vid en temperatur av 200°C), påminner mer om grafit än vit eller röd fosfor. Dessa modifieringar är laboratorieexotiska och till skillnad från vit och röd fosfor praktisk applikation har inte hittat den än.

Förresten, om tillämpningarna av elementärt fosfor; Dess huvudsakliga konsumenter är tillverkning av tändstickor, metallurgi och kemisk produktion. På senare tid användes en del av den resulterande elementära fosforn på militära företag, den användes för att förbereda rök- och brandkompositioner.

Metallurger strävar vanligtvis efter att bli av med fosforföroreningar i metallen - det försämrar de mekaniska egenskaperna, men ibland tillförs fosfor i legeringar medvetet. Detta görs när det är nödvändigt för metallen att expandera något när den stelnar och exakt anta konturerna av formen. Fosfor används också mycket inom kemi. En del av det används för framställning av fosforklorider som behövs vid syntesen av vissa organiska preparat; Steget för produktion av elementärt fosfor är också närvarande i vissa tekniska system för produktion av koncentrerade fosforgödselmedel.

Nu om dess kopplingar.

Fosforsyraanhydrid P 2 O 5 är ett utmärkt torkmedel som girigt absorberar vatten från luften och andra ämnen. P 2 O 5-halten är huvudkriteriet för värdet av alla fosfatgödselmedel.

Fosforsyror, främst fosforsyra H 3 PO 4 , används i den grundläggande kemiska industrin. Salter av fosforsyror är i första hand fosforgödselmedel (en speciell diskussion om dem) och alkalimetallfosfater som är nödvändiga för tillverkning av tvättmedel.

Fosforhalogenider (främst kloriderna PCl 3 och PCl 5) används i den organiska syntesindustrin.

Av föreningarna av fosfor med väte är den mest kända fosfin PH 3 - en mycket giftig färglös gas med en vitlökslukt.

Bland fosforföreningar hör en speciell plats till organofosforföreningar. De flesta av dem har biologisk aktivitet. Därför används vissa organiska fosforföreningar som läkemedel, andra som skadedjursbekämpningsmedel.

En oberoende klass av ämnen bestod av fosfonitrilklorider - föreningar av fosfor med kväve och klor. Fosfonitrilkloridmonomeren kan polymeriseras. Med tillväxt molekylvikt egenskaperna hos ämnen i denna klass förändras, särskilt deras löslighet i organiska vätskor minskar märkbart. När polymerens molekylvikt når flera tusen erhålls ett gummiliknande ämne - det enda gummit hittills som inte innehåller något kol alls. Ytterligare ökning av molekylvikten leder till bildning av hårdplastliknande ämnen. "Kolfritt gummi" har betydande värmebeständighet: det börjar brytas ner först vid 350°C.

"År 1839 var Englishman Laws den första som fick superfosfat - ett fosforgödselmedel som lätt absorberas av växter."

För att växter ska ta upp fosfor måste det finnas i en löslig förening. För att erhålla dessa föreningar blandas kalciumfosfat och svavelsyra i sådana proportioner att det finns två grammolekyler syra per gram fosfatmolekyl. Som ett resultat av interaktionen bildas sulfat och lösligt kalciumdivätefosfat: Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 → 2CaSO 4 + Ca (H 2 PO 4) 2. En blandning av dessa två salter kallas superfosfat. I denna blandning är kalciumsulfat ur jordbrukskemins synvinkel ballast, men det separeras vanligtvis inte, eftersom denna operation är kostsam och avsevärt ökar kostnaden för gödningsmedel. Enkelt superfosfat innehåller endast 14...20% P 2 O 5.

Ett mer koncentrerat fosforgödselmedel är dubbelt superfosfat. Det erhålls genom att reagera kalciumfosfat med fosforsyra:

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

Dubbel superfosfat innehåller 40...50% P 2 O 5. I själva verket skulle det vara mer korrekt att kalla det trippel: det är tre gånger rikare på fosfor än enkelt superfosfat.

Ibland används CaHPO 4 2H 2 O-fällning som ett fosforgödselmedel, som erhålls genom att omsätta fosforsyra med hydroxid eller kalciumkarbonat:

Ca(OH)2 + H3PO4 → CaHPO4 2H2O.

2CaCO3 + 2H3PO4 → 2CaHPO4 2H2O + 2CO2.

Detta gödselmedel innehåller 30...35 % P 2 O 5.

Med de utforskade reserverna av fosforråvaror i vårt land, såväl som i hela världen, är situationen inte helt gynnsam. Akademiker S.I. Volfkovich från talarstolen för IX Mendeleev-kongressen om general och tillämpad kemi sade:

"Om kväveindustrins råvarubas - lufthav, vatten och naturgas - inte begränsar omfattningen av nybyggnation, och de avlagringar av kaliumsalter som hittills undersökts säkerställer utvecklingen av produktionen av kaliumgödselmedel för mer än ett årtusende, då kommer de reserver av inhemska fosforråvaror som hittills studerats vid de planerade stora volymerna gödselproduktion bara att räcka i några decennier.”

Det betyder inte alls att mänskligheten hotas av svält och skördarna kommer att minska från år till år. Det finns reserver. Mycket ytterligare fosfor kan erhållas genom komplex bearbetning av mineralråvaror, bottenhavssediment och mer detaljerad geologisk utforskning. Följaktligen har vi inga speciella skäl för pessimism, särskilt eftersom Sovjetunionen rankas först i världen när det gäller registrerade reserver av fosformalmer. Vi har de största fyndigheterna av apatit på Kolahalvön och fosforiter i södra Kazakstan och en rad andra platser.

Men det är nödvändigt att leta efter nya fyndigheter och utveckla metoder för att producera fosfatgödsel från fattigare malmer nu. Detta är nödvändigt för framtiden, eftersom fosfor - "elementet i livet och tanken" - kommer alltid att vara nödvändigt för mänskligheten.

Isotoper av fosfor

Naturlig fosfor, till skillnad från de allra flesta grundämnen, består av endast en isotop 31 P. Flera kortlivade radioaktiva isotoper av grundämne nr 15 har syntetiserats i kärnreaktioner. En av dem, fosfor-30, visade sig vara den första isotopen som erhölls på konstgjord väg. Detta erhölls 1934 av Frederic och Irene Joliot-Curie genom att bestråla aluminium med alfapartiklar. Fosfor-30 har en halveringstid på 2,55 minuter och avger positroner ("positiva elektroner") när det sönderfaller. Sex radioaktiva isotoper av fosfor är nu kända. Den längsta livslängden av dem, 33 P, har en halveringstid på 25 dagar. Fosforisotoper används främst inom biologisk forskning.

Början av superfosfatindustrin

Världens första industriella produktion av superfosfat organiserades 1842 i England. I Ryssland dök liknande företag upp 1868 och 1871. Före revolutionen byggdes endast sex superfosfatanläggningar i vårt land, deras totala produktivitet översteg inte 50 tusen ton per år. Under första världskriget, utländsk intervention och inbördeskrig fyra av de sex anläggningarna misslyckades, och 1918 producerades endast 2,8 tusen ton superfosfat i vårt land. Och bara 20 år senare, 1938, för produktion av fosfatgödselmedel Sovjetunionen rankad etta i Europa och tvåa i världen. Nu är vårt lands andel av världsproduktionen av fosfatsten och fosfatgödselmedel ungefär en fjärdedel.

Vittnesmål D.N. Prjanishnikov

”...Oavsett hur korrekt gödsel lagras och används kan den inte återföra till jorden det den själv inte innehåller, d.v.s. en stor del av fosfor som alienerats från gården i sålt spannmål, djurben, mjölk etc.; Således förlorar jorden gradvis men stadigt sin fosfor (eller åtminstone sin assimilerbara del), och bortom en viss gräns hamnar fosfor i positionen för den "minimifaktor" som saknas mest för att få en bra skörd, vilket var helt korrekt noterade Liebig." (Ur artikeln ”Om fosfaternas betydelse för vårt jordbruk och om att utöka möjligheten till direkt användning av fosforiter”, 1924).

Arktis apati

År 1926 A.E. Fersman och hans medarbetare upptäckte enorma reserver av apatit på Kolahalvön. Många år senare började akademiker A.E. Fersman skrev om denna fyndighet: "...den gnistrande apatiten med grå nefelin bildar en sammanhängande vägg på 100 m. Detta underbara bälte av Khibiny-tundrar sträcker sig 25 km och böjer sig runt dem i en ring. Forskning har visat att apatitmalm går djupt även under havets yta, och cirka två miljarder ton av dessa värdefulla mineraler har samlats här i Khibinybergen, oöverträffade någonstans i världen.” (“Entertaining Mineralogy”, 1937.) På grundval av denna fyndighet byggdes Apatitgruv- och kemiska anläggningen. CENTIMETER. Kirov. Strax före kriget upptäcktes ytterligare en mycket stor fyndighet av fosforråvaror - Kara-Tau-fosforiter i Kazakstan. Fosforiter finns också i andra regioner i vårt land, särskilt i Moskva-regionen. Men det bästa råmaterialet för produktion av fosfatgödselmedel kommer fortfarande från apatit "bältet av Khibiny-tundran".

Hur ser apatit ut?

Låt oss återgå till "Underhållande mineralogi." "Apatit är kalciumfosfat, men dess utseende är så varierat och konstigt att det inte är för inte som gamla mineraloger kallade det apatit, vilket betyder "bedragare" på grekiska: antingen är det genomskinliga kristaller, som påminner mycket om beryl eller till och med kvarts, eller de är täta massor, omöjliga att skilja från enkel kalksten, sedan är de radiella sfärer, eller så är stenen granulär och glänsande, som grovkornig marmor."

Vem är först?

Den franske historikern F. Gefer hävdar att den allmänt accepterade åsikten att fosfor först erhölls av alkemisten G. Brand 1669 är felaktig. Enligt honom kunde de få fram fosfor redan på 1100-talet. Arabiska alkemister, och deras teknik för att erhålla fosfor var densamma som Brands: förångning av urin och uppvärmning av den torra återstoden med kol och sand. Om så är fallet, så har mänskligheten varit bekant med element nr 15 i nästan 800 år.

Rött och lila

De mest kända modifieringarna av fosfor är vita och röda, som båda används inom industrin. Andra varianter av grundämne nr 15 - violett, brun, svart fosfor - kan endast hittas i laboratorier. Men violett fosfor blev känd för människor mycket tidigare än röd fosfor. Den ryska vetenskapsmannen A.A. Musin-Pushkin fick den först 1797. I vissa böcker kan du hitta påståendet att röd och violett fosfor är en och samma. Men dessa sorter skiljer sig inte bara i färg. Violett fosforkristaller är större. Röd fosfor erhålls genom att värma upp vit fosfor i en sluten volym redan vid 250°C, och violett endast vid 500°C.

"Den glödande munken"

Från memoarerna från akademiker S.I. Volfkovich: "Fosfor producerades i en elektrisk ugn installerad vid Moskvas universitet på Mokhovaya Street. Eftersom dessa experiment utfördes för första gången i vårt land vid den tiden, tog jag inte de försiktighetsåtgärder som är nödvändiga när jag arbetar med gasformig fosfor - ett giftigt, självantändande och glödande blåaktigt element. Under många timmars arbete vid den elektriska ugnen, mättade en del av den frigjorda fosforgasen mina kläder och till och med mina skor så att när jag gick från universitetet på natten längs Moskvas mörka, då obelysta gator, avgav mina kläder ett blåaktigt sken, och från under mina skor (när jag gnuggade dem) på trottoaren) slog gnistor.

Varje gång samlades en folkmassa bakom mig, bland vilka, trots mina förklaringar, fanns det många människor som såg i mig en "nyuppkommen" representant för den andra världen. Snart, bland invånarna i Mokhovaya-distriktet och i hela Moskva, började fantastiska berättelser om den "lysande munken" föras vidare från mun till mun...

Mirakel utan mirakel

Kyrkan har upprepade gånger använt vit fosfor för att lura troende. Minst två typer av "mirakel" är kända där detta ämne är inblandat. Mirakel ett: ett ljus som tänds av sig själv. Detta görs så här: en lösning av fosfor i koldisulfid appliceras på veken, lösningsmedlet avdunstar ganska snabbt, och fosforkornen som finns kvar på veken oxideras av atmosfäriskt syre och antänds spontant. Det andra miraklet: "gudomliga" inskriptioner som blinkar på väggarna. Samma lösning, samma reaktioner. Om lösningen är tillräckligt mättad lyser inskriptionerna först, blinkar sedan och försvinner.

Organofosfor och liv

Många volymer har skrivits om rollen av organofosforföreningar i de viktigaste biokemiska reaktionerna i kroppen. I vilken biokemi som helst nämns dessa ämnen inte bara många gånger, utan beskrivs också i detalj. Utan organofosforföreningar kunde processen med kolhydratmetabolism i hjärnvävnad inte äga rum. Det fosforhaltiga enzymet fosforylas främjar inte bara nedbrytningen utan också syntesen av polysackarider i hjärnan. I processen för kolhydratoxidation i hjärnvävnad spelar difosfo-pyridin-nukleotid och oorganiskt fosfat en viktig roll. En annan viktig process - muskelkontraktion stöds av energi som frigörs under reaktioner som involverar adenosinfosfater. När en muskel drar ihop sig bryts adenosintrifosfat (ATP) molekylen ner till adenosindifosfat och oorganisk fosforsyra. Detta frigör mycket energi (8...11 kcal/mol). Den viktigaste rollen för dessa ämnen bevisas av det faktum att en konstant nivå av ATP alltid upprätthålls i muskelvävnad.