Možno je, da so fosfor v svoji elementarni obliki pridobivali že v 12. stoletju. Arabski alkimist Alchid Behil pri destilaciji urina z glino in apnom, to dokazuje starodavni alkimistični rokopis, shranjen v pariški knjižnici. Vendar pa odkritje fosforja običajno pripisujejo propadlemu hamburškemu trgovcu Hennigu Brandu. Podjetnik se je ukvarjal z alkimijo, da bi dobil filozofski kamen in eliksir mladosti, s pomočjo katerega bi zlahka izboljšali svoje finančno stanje.
Toda na splošno so že od antičnih časov snovi, ki se lahko svetijo v temi, z lahkoto roko starih Grkov imenovali fosforji, saj je zanje ta beseda pomenila "nosilec svetlobe". Mimogrede, imenovali so planet Venero Fosfor ali Lucifer, vendar je imel samo zjutraj drugo ime;
V zgodovini objave skrivnosti pridobivanja fosforja pomemben mejnik postal 17. stoletje. Na primer, čevljar V. Kagaorolo, ki se je ukvarjal z alkimijo, se je odločil, da se mineral, imenovan "barit", lahko spremeni v zlato (ali v filozofski kamen, ki bi pomagal rešiti isti problem in hkrati rešiti težave z zdravje in večna mladost). S kalciniranjem barita s premogom in oljem je dobil tako imenovani »bolonjski fosfor«, ki se nekaj časa sveti v temi.
Na Saškem je Baldwin, sodni uradnik nižjega ranga (kot naš županski delovodja), iz nekega razloga začel eksperimentirati s kredo in dušikova kislina(vendar je jasno zakaj: bil je alkimist). Po kalciniranju produkta medsebojnega delovanja sestavin je odkril sijaj v retorti - bil je brezvodni kalcijev nitrat, ki so ga imenovali "Baldwinov fosfor".
Toda snemanje najsvetlejše strani v tej zgodovini je začel Honnig Brand, o katerem je vredno spregovoriti podrobneje, saj je o njem pisal celo veliki Lavoisier. kratke informacije po srečanju 1678. V mladosti je bil vojak, nato se je samooklical za zdravnika, neobremenjen. medicinsko izobraževanje. Poroka z bogato žensko mu je omogočila, da je začel živeti veliko in se ukvarjati s trgovino. Alkimija je pritegnila H. Branda s skrivnostjo pridobivanja zlata.
Oh, kako vnet je bil za to idejo, koliko truda je vložil, da bi jo uresničil! V prepričanju, da lahko odpadki človeka, »kralja narave«, vsebujejo tako imenovano primarno energijo, je neumorni eksperimentator začel destilirati človeški urin, lahko bi rekli, v industrijskem obsegu: v vojašnici ga je zbiral v skupaj cela tona! In ga je izparil do sirupastega stanja (seveda ne naenkrat!), po destilaciji pa je nastalo "urinsko olje" ponovno destiliral in dolgo žgal. Posledično se je v retorti pojavil bel prah, ki se je usedel na dno in žarel, zato ga je Brand imenoval »hladen ogenj« (kaltes Feuer). Brandovi sodobniki so to snov imenovali fosfor zaradi njene sposobnosti, da se sveti v temi (starogrško: jwsjoroV).
Leta 1682 je Brand objavil rezultate svojih raziskav in danes upravičeno velja za odkritelja elementa št. 15. Fosfor je bil prvi element, katerega odkritje je bilo dokumentirano, njegov odkritelj pa znan.
Zanimanje za novo snov je bilo ogromno in Brand je to izkoristil – fosfor je demonstriral le za denar ali pa ga je manjše količine zamenjal za zlato. Kljub številnim prizadevanjem za uresničitev svojega cenjene sanje- hamburški trgovec ni mogel pridobiti zlata iz svinca s "hladnim ognjem", zato je kmalu prodal recept za pridobivanje nove snovi nekemu Kraftu iz Dresdna za dvesto talerjev. Novemu lastniku je na fosforju uspelo nabrati veliko večje bogastvo - s »hladnim ognjem« je potoval po Evropi in ga demonstriral znanstvenikom, visokim ljudem in celo kraljevim osebam, na primer Robertu Boylu, Gottfriedu Leibnizu, Karlu II. Čeprav je način priprave fosforja ostal v strogo skrivnost, leta 1682 jo je uspel pridobiti Robert Boyle, ki pa je tudi poročal o svoji metodi šele na zaprtem sestanku Kraljeve družbe v Londonu. Boylova metoda je bila objavljena po njegovi smrti leta 1692.
Spomladi 1676 je Kraft organiziral sejo poskusov s fosforjem na dvoru volilnega kneza Friderika Viljema Brandenburškega. 24. aprila ob 21. uri so ugasnile vse sveče v sobi in Kraft je prisotnim pokazal poskuse z »večnim ognjem«, ne da bi razkril način priprave te magične snovi.
spomladi naslednje leto Kraft je prispel na dvor vojvode Johanna Friedricha v Hannovru3, kjer je takrat kot knjižničar služboval nemški filozof in matematik G. W. Leibniz (1646-1716). Tudi tukaj je Kraft uprizoril eksperimente s fosforjem, pri čemer je pokazal predvsem dve steklenici, ki sta žareli kot kresničke. Leibniz se je tako kot Kunkel izjemno zanimal za novo snov. Na prvi seansi je vprašal Krafta, ali bi velik kos te snovi lahko osvetlil celotno sobo. Kraft se je strinjal, da je to povsem mogoče, vendar bi bilo neizvedljivo, saj je postopek priprave snovi zelo zapleten.
Leibnizovi poskusi, da bi prepričal Krafta, da vojvodi proda skrivnost, so bili neuspešni. Nato je Leibniz odšel v Hamburg, da bi sam videl Branda. Tu mu je uspelo skleniti pogodbo med vojvodo Johannom Friedrichom in Brandom, po kateri je bil prvi dolžan plačati Brandu 60 talerjev za razkritje skrivnosti. Od takrat naprej je Leibniz začel redno dopisovati z Brandom.
Približno v istem času je I.I. Becher (1635-1682) prispel v Hamburg z namenom, da bi Branda zvabil k vojvodi Mecklenburškemu. Leibniz pa je Branda spet prestregel in ga odpeljal v Hannover k vojvodi Johannu Friedrichu. Leibniz je bil popolnoma prepričan, da je Brand zelo blizu odkritja »kamena modrosti«, zato je vojvodi svetoval, naj ga ne izpusti, dokler ne opravi te naloge. Brand pa je ostal v Hannovru pet tednov, pripravil sveže zaloge fosforja zunaj mesta, po dogovoru pokazal skrivnost proizvodnje in odšel.
Potem je Brand pripravljen pomemben znesek fosforja za fizika Christiaana Huygensa, ki je proučeval naravo svetlobe, in poslal zalogo fosforja v Pariz.
Brand pa je bil zelo nezadovoljen s ceno, ki sta mu jo dala Leibniz in vojvoda Johann Friedrich za razkritje skrivnosti proizvodnje fosforja. Leibnizu je poslal jezno pismo, v katerem se je pritoževal, da prejeti znesek ne zadošča niti za preživljanje družine v Hamburgu in plačilo potnih stroškov. Podobna pisma Leibniza je poslala tudi Brandova žena Margarita.
Brand je bil nezadovoljen tudi s Kraftom, ki mu je v pismih izražal zamero in mu očital, da je skrivnost za 1000 talerjev preprodal v Anglijo. Kraft je to pismo posredoval Leibnizu, ki je vojvodi Johannu Friedrichu svetoval, naj ne draži Branda, ampak naj mu izdatneje plača za razkritje skrivnosti, ker se je bal, da bi avtor odkritja iz maščevanja povedal recept za izdelavo fosforja nekdo drug. Leibniz je Brandu poslal pomirjujoče pismo.
Očitno je Brand prejel nagrado, saj. leta 1679 je spet prišel v Hannover in tam delal dva meseca ter prejemal tedensko plačo 10 talerjev z dodatkom za hrano in potne stroške. Leibnizevo dopisovanje z Brandom se je, sodeč po pismih, shranjenih v hannoverski knjižnici, nadaljevalo do leta 1684.
Vrnimo se zdaj h Kunkelu. Če verjamete Leibnizu, potem je Kunkel prek Krafta izvedel recept za izdelavo fosforja in se lotil dela. Toda njegovi prvi poskusi so bili neuspešni. Brandu je pošiljal pismo za pismom, v katerem se je pritoževal, da so mu poslali recept, ki je drugi osebi zelo nerazumljiv. V pismu, napisanem leta 1676 iz Wittenberga, kjer je Kunkel takrat živel, je spraševal Branda o podrobnostih postopka.
Na koncu je Kunkel dosegel uspeh v svojih poskusih in nekoliko spremenil Brandovo metodo. Z dodajanjem malo peska suhemu urinu pred destilacijo je pridobil fosfor in ... zahteval neodvisno odkritje. Istega leta, julija, je Kunkel o svojih uspehih povedal svojemu prijatelju, profesorju na Univerzi v Wittenbergu Casparju Kirchmeyerju, ki je o tem izdal delo z naslovom Stalna nočna svetilka, včasih lesketajoča, ki so jo dolgo iskali. , zdaj najden.” V tem članku Kirchmeyer govori o fosforju kot že dolgo znanem svetlečem kamnu, vendar ne uporablja samega izraza fosfor, ki očitno takrat še ni bil sprejet.
V Angliji je neodvisno od Branda, Kunkela in Kirchmeyerja leta 1680 fosfor pridobil R. Boyle (1627-1691). Boyle je vedel za fosfor od istega Krafta. Že maja 1677 so v Londonu demonstrirali fosfor kraljeva družba. Poleti istega leta je sam Kraft prišel v Anglijo s fosforjem. Boyle je po lastni zgodbi obiskal Crafta in v svoji posesti videl fosfor v trdni in tekoči obliki. V zahvalo za toplo dobrodošlico mu je Kraft, ko se je poslovil od Boyla, namignil, da je glavna snov njegovega fosforja nekaj neločljivega človeško telo. Očitno je bil ta namig dovolj, da je Boyle začel z delom. Ko je Kraft odšel, je začel testirati kri, kosti, lase, urin in leta 1680 so bila njegova prizadevanja za pridobitev svetlečega elementa okronana z uspehom.
Boyle je svoje odkritje začel izkoriščati v družbi pomočnika, Nemca Gaukwitza. Po Boylovi smrti leta 1691 je Gaukwitz razvil proizvodnjo fosforja in jo izboljšal v komercialnem obsegu. Prodaja fosforja po treh funtih sterlingov za unčo in njegova dobava znanstvene ustanove in posameznih znanstvenikov v Evropi je Gaukwitz zaslužil ogromno bogastvo. Da bi vzpostavil komercialne povezave, je prepotoval Nizozemsko, Francijo, Italijo in Nemčijo. V samem Londonu je Gaukwitz ustanovil farmacevtsko podjetje, ki je zaslovelo v času njegovega življenja. Zanimivo je, da je kljub vsem svojim poskusom s fosforjem, včasih zelo nevarnim, Gaukwitz dočakal 80 let in tako preživel svoje tri sinove ter vse ljudi, ki so sodelovali pri delu, povezanem z zgodnja zgodovina fosfor.
Odkar sta Kunkel in Boyle odkrila fosfor, je njegova cena hitro začela padati zaradi konkurence med izumitelji. Na koncu so dediči izumiteljev začeli vsakomur predstavljati skrivnost njegove proizvodnje za 10 talerjev, pri čemer so ves čas zniževali ceno. Leta 1743 je A.S. Marggraff našel več najboljši način proizvodnja fosforja iz urina ter ga nemudoma objavila, saj. ribolov ni več donosen.
Trenutno se fosfor nikjer ne proizvaja po metodi Brand-Kunkel-Boyle, saj je popolnoma nedonosna. Zaradi zgodovinske zanimivosti bomo vseeno podali opis njihove metode.
Gnili urin se izhlapi do sirupastega stanja. Dobljeno gosto maso zmešamo s trikratno količino belega peska, damo v retorto s sprejemnikom in segrevamo 8 ur na enakomernem ognju, dokler hlapne snovi, nato povečajte ogrevanje. Sprejemnik je napolnjen z belimi hlapi, ki se nato spremenijo v modrikasto trden in svetleč fosfor.
Fosfor je dobil ime zaradi svoje lastnosti, da sveti v temi (iz grščine - luminiferous). Med nekaterimi ruskimi kemiki je bila želja dati element čist rusko ime: "dragulj", "vžigalnik", vendar se ta imena niso prijela.
Lavoisier kot rezultat podrobna študija izgorevanje fosforja je prvi prepoznal kot kemični element.
Prisotnost fosforja v urinu je kemikom dala razlog, da so ga iskali v drugih delih živalskega telesa. Leta 1715 so v možganih našli fosfor. Pomembna prisotnost fosforja v njem je služila kot podlaga za izjavo, da "brez fosforja ni misli". Leta 1769 je Yu.G.Gan našel fosfor v kosteh, dve leti kasneje pa je K.V.Scheele dokazal, da so kosti sestavljene predvsem iz kalcijevega fosfata, in predlagal metodo za pridobivanje fosforja iz pepela, ki ostane po sežigu kosti. Končno sta leta 1788 M. G. Klaproth in J. L. Proust dokazala, da je kalcijev fosfat izjemno razširjen mineral v naravi.
Alotropno modifikacijo fosforja - rdeči fosfor - je leta 1847 odkril A. Schrötter. V članku z naslovom "Novo alotropno stanje fosforja" Schrötter piše, da sončna svetloba spremeni beli fosfor v rdečega in dejavniki, kot so vlaga, atmosferski zrak, nimajo učinka. Schrötter je ločil rdeči fosfor tako, da ga je obdelal z ogljikovim disulfidom. Rdeči fosfor je pripravil tudi s segrevanjem belega fosforja na temperaturo okoli 250 °C v inertni plin. Hkrati je bilo ugotovljeno, da nadaljnje zvišanje temperature ponovno povzroči nastanek bele modifikacije.
Zelo zanimivo je, da je Schrötter prvi napovedal uporabo rdečega fosforja v industriji vžigalic. Na pariški svetovni razstavi leta 1855 je bil prikazan rdeči fosfor, ki je bil že proizveden v tovarni.
Ruski znanstvenik A.A. Musin-Puškin je leta 1797 dobil novo modifikacijo fosforja - vijolični fosfor. To odkritje je napačno pripisano I.V. Hittorfu, ki je skoraj v celoti ponovil metodo Musin-Pushkin in šele leta 1853 pridobil vijolični fosfor.
Leta 1934 je profesor P. W. Bridgeman, ki je beli fosfor izpostavil tlaku do 1100 atm, ga spremenil v črnega in tako dobil novo alotropska modifikacija element. Poleg barve so fizični in kemijske lastnosti fosfor: beli fosfor se na primer na zraku spontano vžge, črni pa tako kot rdeči nima te lastnosti.
Preberite več o lastnostih fosforja, njegovi uporabi itd. lahko preberete npr.
Fosfor je pomembna sestavina življenja in nežive narave. Najdemo ga v globinah Zemlje, vode in v našem telesu, akademik Fersman pa ga je celo poimenoval »element življenja in mišljenja«. Kljub svoji uporabnosti pa je beli fosfor lahko izjemno nevaren in strupen. Pogovorimo se podrobneje o njegovih značilnostih.
Odpiranje elementa
Zgodovina odkritja fosforja se je začela z alkimijo. Evropski znanstveniki že od 15. stoletja hrepenijo po iskanju filozofskega kamna ali »velikega eliksirja«, s katerim lahko katero koli kovino spremenijo v zlato.
V 17. stoletju je alkimist Hennig Brand odločil, da pot do "čarobnega reagenta" leži skozi urin. Je rumene barve, kar pomeni, da vsebuje zlato ali je nekako povezano z njim. Znanstvenik je skrbno zbiral material, ga branil in nato destiliral. Namesto zlata je prejel belo snov, ki se je svetila v temi in dobro gorela.
Brand je odkritje poimenoval "hladen ogenj". Pozneje sta irski alkimist Robert Boyle in Nemec Andreas Maggraf prišla na idejo pridobivanja fosforja na podoben način. Slednji je urinu dodal tudi premog, pesek in mineral fosgenit. Kasneje so snov poimenovali phosphorus mirabilis, kar je v prevodu pomenilo "čudežni nosilec svetlobe".
Svetlobni element
Odkritje fosforja je med alkimisti postalo prava senzacija. Nekateri so tu in tam skušali od Branda kupiti skrivnost pridobivanja snovi, drugi so do nje poskušali priti sami. V 18. stoletju so dokazali, da element vsebujejo kostni ostanki organizmov in kmalu so odprli več tovarn za njegovo proizvodnjo.
Francoski fizik Lavoisier je dokazal, da je fosfor preprosta snov. V periodnem sistemu je številka 15. Skupaj z dušikom, antimonom, arzenom in bizmutom spada v skupino pniktidov in je označena kot nekovina.
Element je v naravi precej pogost. Odstotek teže zemeljska skorja zaseda 13. mesto. Fosfor aktivno sodeluje s kisikom in ga ne najdemo v prosti obliki. Prisoten je v številnih mineralih (več kot 190), kot so fosforiti, apatiti itd.
Beli fosfor
Fosfor obstaja v več oblikah ali alotropih. Med seboj se razlikujejo po gostoti, barvi in kemijskih lastnostih. Običajno obstajajo štiri glavne oblike: beli, črni, rdeči in kovinski fosfor. Druge modifikacije so le mešanica zgoraj naštetega.
Beli fosfor je zelo nestabilen. pri normalne razmere na svetlobi hitro pordeči, visok pritisk pa počrni. Njegovi atomi so razporejeni v obliki tetraedra. Ima kristalno molekularna mreža, z molekulsko formulo P4.
Izpostavljam tudi rumeni fosfor. To ni še ena modifikacija snovi, ampak ime nerafiniranega beli fosfor. Lahko ima svetlo ali temno rjav odtenek in je značilna močna strupenost.
Lastnosti belega fosforja
Snov po konsistenci in videzu spominja na vosek. Ima vonj po česnu in je masten na dotik. Mehki fosfor (brez poseben napor lahko ga režemo z nožem) in se deformira. Po čiščenju postane brezbarven. Njegovo prozorni kristali mavrično lesketajo na soncu in izgledajo kot diamanti.
Topi se pri 44 stopinjah. Aktivnost snovi se kaže tudi pri sobni temperaturi. Glavna značilnost fosforja je njegova sposobnost kemiluminiscence ali žarenja. Na zraku oksidira, oddaja belo-zeleno svetlobo in se čez čas spontano vname.
Snov je praktično netopna v vodi, vendar lahko v njej gori ob dolgotrajnem stiku s kisikom. Dobro se topi v organskih topilih, kot so ogljikov disulfid, tekoči parafin in benzen.
Uporaba fosforja
Človek je fosfor "ukrotil" tako za miroljubne kot vojaške namene. Snov se uporablja za proizvodnjo fosforne kisline, ki se uporablja za gnojila. Pred tem so ga pogosto uporabljali za barvanje volne in izdelavo fotosenzitivnih emulzij.
Beli fosfor se ne uporablja široko. Njegova glavna vrednost je vnetljivost. Tako se snov uporablja za zažigalno strelivo. Ta vrsta orožja je bila pomembna med obema svetovnima vojnama. Uporabljen je bil v vojni v Gazi leta 2009, pa tudi v Iraku leta 2016.
Rdeči fosfor se uporablja širše. Uporablja se za izdelavo goriva maziva, eksplozivi in glave vžigalic. Različne fosforjeve spojine se v industriji uporabljajo v mehčalcih vode in dodajajo pasivnim sredstvom za zaščito kovin pred korozijo.
Vsebnost v telesu in učinek na človeka
Fosfor je eden od vitalnih elementov za nas. V obliki spojin s kalcijem je prisoten v zobeh in okostju ter daje kostem trdoto in moč. Element je prisoten v ATP spojine in DNK. Ima vitalnega pomena za možgansko aktivnost. Medtem ko je v živčne celice, spodbuja prenos živčnih impulzov.
Fosfor se nahaja v mišično tkivo. Vključen je v proces pretvorbe energije iz beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov, ki vstopajo v telo. Element ohranja kislinsko-bazično ravnovesje v celicah in pride do njihove delitve. Spodbuja metabolizem in je bistvenega pomena med rastjo in okrevanjem telesa.
Vendar pa je fosfor lahko nevaren. Sam beli fosfor je zelo strupen. Odmerki nad 50 miligramov povzročijo smrtni izid. Zastrupitev s fosforjem spremljajo bruhanje, glavobol in bolečine v trebuhu. Stik snovi s kožo povzroči opekline, ki se celijo zelo počasi in boleče.
Presežek fosforja v telesu vodi do krhkih kosti, pojava bolezni srca in ožilja, pojav krvavitve, anemija. Zaradi prenasičenosti s fosforjem trpijo tudi jetra in prebavni sistem.
Fosfor kot dušik
Prejeti organski kemiki ogromno spojine, ki vsebujejo vodik in elemente druge dobe Periodni sistem- ogljik, dušik, kisik. Za njimi ne zaostajajo niti strokovnjaki s področja elementarne kemije. organske spojine, ki v sestavo klasične organske spojine praviloma vnesejo substituente, ki vsebujejo elemente starejših obdobij, kot sta silicij ali fosfor. Organoelementni substituenti nedvomno dajejo spojinam širok spekter praktične uporabe uporabne lastnosti Vendar je danes malo znanih primerov heteroatomov, ki delujejo kot težji analogi klasičnih C, N, O v heterocikličnih aromatskih sistemih. Raziskovalci z ETH Zürich so dodali ta seznam s sintezo analoga cianurne kisline, ki vsebuje fosfor (Angewandte Chemie Int. Ed., 2017, 56, 5, 1356-1360, doi: 10.1002/anie.201610156).
Šestčlenski heterocikel, cianurna kislina - C 3 N 3 (OH) 3 in njeni derivati se pogosto uporabljajo kot zamreževalna sredstva za polimere, pa tudi za proizvodnjo herbicidov, barvil in drugih uporabnih kemikalij. Raziskovalci iz skupine Hansjörga Grützmacherja so prepričani, da lahko analog cianurne kisline C 3 P 3 (OH) 3 (aka trifosfabenzen ali 2,4,6-tri(hidroksi)-1,3,5-trifosfinin), ki vsebuje fosfor, najde uporabo na istih področjih in postane osnova za sintezo polimerov, ki vsebujejo fosfor, in morda ligand za komplekse prehodnih kovin.
Cianurna kislina je ena prvih organskih spojin, sintetiziranih v laboratoriju. Leta 1829 ga je s trimerizacijo izocianske kisline HNCO pridobil Friedrich Wöhler. To se je zgodilo le leto dni po tem, ko je isti Wöhler sintetiziral sečnino iz anorganske snovi. Danes industrijska metoda Proizvodnja cianurne kisline temelji na pirolizi sečnine in je tako preprosta, njena vloga pa tako velika, da se kemiki že dolgo zanimajo za njen težji analog, v katerem bi bili vsi atomi dušika nadomeščeni z atomi fosforja. Vendar pred Grützmacherjem in njegovimi soavtorji to ni uspelo nikomur.
Raziskovalci iz Švice (morda tako kot že mnogi pred njimi) so sprva verjeli, da je analog cianurne kisline, ki vsebuje fosfor, mogoče dobiti s trimerizacijo matične spojine HPCO, vendar so se vsi poskusi končali neuspešno. Nato so spremenili taktiko in s poskusi in napakami ugotovili, da interakcija natrijeve soli Na(OCP) in organoborove spojine vodi do z borom substituiranega fosfaalkina, katerega trimerizacija proizvede večgramske količine spojine s C 3 P 3 prstan. Nadaljnja obdelava intermediata, ki vsebuje bor, s terc-butanolom je omogočila pridobitev ciljne spojine C 3 P 3 (OH) 3 .
Jose Goicoechea z Univerze v Oxfordu, v čigar skupini so leta 2013 prvi pridobili fosfor vsebujoč analog sečnine H 2 PC(O)NH 2 (»Journal of the American Chemical Society«, 2013, 135, 51, 19131- 19134, doi: 10.1021/ ja4115693), izjavlja, da so njegovi kolegi iz Züricha naredili preboj in bodo zagotovo imeli veliko privržencev.
Grützmacher in njegovi sodelavci še nimajo načrtov za komercializacijo analoga cianurne kisline, ki vsebuje fosfor. Raziskovalci želijo predvsem preučiti možnost uporabe aromatskega C 3 P 3 (OH) 3 in njegovih borovih in silicij vsebujočih derivatov kot π-akceptorskih ligandov ter poskušati pridobiti komplekse prehodnih kovin.
Za razliko od velike večine elementov je sestavljen le iz enega izotopa 31 P. B jedrske reakcije sintetiziranih je bilo več kratkotrajnih radioaktivni izotopi element št. 15. Eden od njih, fosfor-30, se je izkazal za prvega pridobljenega izotopa umetno. To sta leta 1934 pridobila Frederic in Irene Joliot-Curie z obsevanjem aluminija z alfa delci. Fosfor-30 ima razpolovno dobo 2,55 minute in med razpadom oddaja pozitrone ("pozitivne elektrone"). Zdaj je znanih šest radioaktivnih izotopov fosforja. Najdlje živi med njimi, 33 P, ima razpolovno dobo 25 dni. Izotopi fosforja se uporabljajo predvsem v bioloških raziskavah.
ZAČETEK SUPERFOSFATNE INDUSTRIJE. Prvi na svetu industrijske proizvodnje superfosfat je bil organiziran leta 1842 v Angliji. V Rusiji so se podobna podjetja pojavila leta 1868 in 1871. Pred revolucijo je bilo v naši državi zgrajenih le šest superfosfatnih obratov, njihova skupna produktivnost ni presegla 50 tisoč ton na leto. Med prvo svetovno vojno, tuja intervencija in državljanska vojnaštirje od šestih obratov so propadli in leta 1918 so pri nas proizvedli le 2,8 tisoč ton superfosfata. In le 20 let kasneje, leta 1938, za proizvodnjo fosfatnih gnojil Sovjetska zveza prvo mesto v Evropi in drugo mesto na svetu. Zdaj je delež naše države v svetovni proizvodnji fosfata in fosfatnih gnojil približno četrtina.
D. N. PRJANIŠNIKOVA PRIČEVANJA. »...Ne glede na to, kako pravilno je gnoj shranjen in uporabljen, ne more vrniti v zemljo tisto, česar sam ne vsebuje, to je velikega deleža fosforja, odtujenega s kmetije v prodanem žitu, živalskih kosteh, mleku itd.; Tako tla postopoma, a vztrajno izgubljajo fosfor (ali vsaj njegov asimilacijski del) in za znana meja fosfor spada v položaj tistega "minimalnega dejavnika", ki najbolj manjka za dobro letino, kot je povsem pravilno ugotovil Liebig. (Iz članka "O pomenu fosfatov za naše poljedelstvo in o razširitvi možnosti neposredne uporabe fosforitov", 1924).
APATITI POLARNEGA OBMOČJA. Leta 1926 so A.E. Fersman in njegovi zaposleni odkrili ogromne zaloge apatita pri polotok Kola. Mnogo let kasneje je akademik A.E. Fersman zapisal o tem nahajališču: »... zeleni peneči apatit s sivim nefelinom tvori neprekinjeno steno 100 m. Ta čudovit pas Khibiny tundre se razteza 25 km in se upogiba okoli njih v obroču. Raziskave so pokazale, da apatitna ruda seže globoko celo pod gladino oceana in okoli dve milijardi ton teh najdragocenejših mineralov je bilo nakopičenih tukaj v gorovju Khibiny, ki jim ni para nikjer na svetu« (»Entertaining Mineralogy«, 1937 ). Na podlagi tega nahajališča je bila ustanovljena rudarsko-kemijska tovarna "Apatit", imenovana po. S. M. Kirov. Malo pred vojno še en zelo velik depozit fosforne surovine - fosforiti Kapa-Tay v Kazahstanu. Fosforite najdemo tudi v drugih regijah naše države, zlasti v moskovski regiji. Toda najboljša surovina za proizvodnjo fosfatnih gnojil še vedno prihaja iz apatitnega "pasu Khibiny tundra".
KAKO IZGLEDA APATIT. Ponovno se obrnemo na "Zabavno mineralogijo". "Apatit je kalcijev fosfat, vendar videz je tako raznolik in nenavaden, da ga stari mineralogi niso zaman imenovali apatit, kar v grščini pomeni »prevarant«: včasih so to prozorni kristali, ki na drobno spominjajo na beril ali celo kremen, včasih so to goste mase, ki jih ni mogoče razlikovati od preprostega apnenca , včasih so žarkasto žareče krogle, takrat je kamnina zrnata in sijoča, kot grobozrnati marmor.«
KDO JE PRVI? Francoski zgodovinar F. Gefer trdi, da je splošno sprejeto mnenje, da je fosfor prvi pridobil alkimist G. Brand leta 1669, napačno. Po njegovih besedah so fosfor lahko pridobivali že v 12. stoletju. arabski alkimisti, njihova tehnologija pridobivanja fosforja pa je bila enaka Brandovi: izhlapevanje urina in segrevanje suhega ostanka s premogom in peskom. Če je tako, potem človeštvo element št. 15 pozna že skoraj 800 let.
RDEČA IN VIJOLIČNA. Najbolj znani modifikaciji fosforja sta beli in rdeči, obe pa se uporabljata v industriji. Druge različice elementa št. 15 - vijolični, rjavi, črni fosfor - je mogoče najti le v laboratorijih. Toda vijolični fosfor je postal znan ljudem veliko prej kot rdeči fosfor. Ruski znanstvenik A. A. Musin-Puškin ga je prvič pridobil leta 1797. V nekaterih knjigah lahko najdete izjavo, da sta rdeči in vijolični fosfor eno in isto. Toda te sorte se razlikujejo ne le po barvi. Kristali vijoličnega fosforja so večji. Rdeči fosfor dobimo s segrevanjem belega fosforja v zaprtem prostoru že pri 250°C, vijoličnega pa šele pri 500°C.
"SVETEČI MENIH." Iz spominov akademika S. I. Volfkoviča: »Fosfor so proizvajali v električni peči, nameščeni na moskovski univerzi na ulici Mokhovaya. Ker so bili ti poskusi takrat prvič izvedeni pri nas, nisem upošteval previdnosti, ki je potrebna pri delu s plinastim fosforjem - strupenim, samovžigljivim in modrikasto žarečim elementom. Med večurnim delom pri električni peči je del sproščenega fosforjevega plina tako nasičil moja oblačila in celo čevlje, da ko sem ponoči šel s fakultete po temnih, takrat neosvetljenih ulicah Moskve, so moja oblačila oddajala modrikast sijaj, in izpod mojih čevljev (pri drgnjenju) na pločniku) so se iskrile.
Vsakič se je za mano zbrala množica, med katero je bilo kljub mojim razlagam veliko takšnih, ki so v meni videli »novoprijavljenega« predstavnika drugega sveta. Kmalu so se med prebivalci okrožja Mokhovaya in po vsej Moskvi začeli širiti od ust do ust fantazijske zgodbe o "svetlečem menihu" ...
ČUDEŽI BREZ ČUDEŽEV. Cerkev je že večkrat uporabila beli fosfor, da bi preslepila vernike. Znani sta vsaj dve vrsti »čudežev«, pri katerih sodeluje ta snov. Čudež prvi: sveča, ki se prižge sama. To se naredi takole: na stenj se nanese raztopina fosforja v ogljikovem disulfidu, topilo precej hitro izhlapi, fosforjeva zrna, ki ostanejo na stenju, pa oksidirajo s kisikom v atmosferi in se spontano vžgejo. Drugi čudež: na stenah utripajo »božanski« napisi. Ista rešitev, enake reakcije. Če je raztopina dovolj nasičena, napisi najprej zasvetijo, nato utripajo in izginejo.
ORGANOFOSFOR IN ŽIVLJENJE. O vlogi organofosfornih spojin v najpomembnejših biokemičnih reakcijah telesa je bilo napisanih veliko knjig. V katerem koli učbeniku biokemije so te snovi ne le večkrat omenjene, ampak tudi podrobno opisane. Brez organofosfornih spojin proces presnove ogljikovih hidratov v možganskem tkivu ne bi mogel potekati. Encim fosforilaza, ki vsebuje fosfor, spodbuja ne le razgradnjo, ampak tudi sintezo polisaharidov v možganih. V procesu oksidacije ogljikovih hidratov v možganskem tkivu imata pomembno vlogo difosfopiridin nukleotid in anorganski fosfat. Še ena najpomembnejši proces- mišična kontrakcija je podprta z energijo, ki se sprosti med reakcijami, ki vključujejo adenozin fosfate. Ko se mišica skrči, molekula adenozin trifosfata (ATP) razpade na adenozin difosfat in anorgansko fosforno kislino. Pri tem se sprosti veliko energije (8-11 kcal/mol). O življenjsko pomembno vlogo Te snovi dokazuje tudi dejstvo, da se v mišičnem tkivu vedno vzdržuje stalna raven ATP.
Več kot tristo let nas loči od trenutka, ko je hamburški alkimist Genning Brand odkril nov element - . Tako kot drugi alkimisti je tudi Brand poskušal najti eliksir življenja oziroma filozofski kamen, s pomočjo katerega stari ljudje postajajo mlajši, bolni ozdravijo, neplemeniti pa se spreminjajo v... Branda ni vodila skrb za dobrobit ljudi, temveč lastni interes. To dokazujejo dejstva iz zgodovine edinega pravega odkritja tega alkimista.
Med enim od poskusov je uparil urin, preostanek zmešal s premogom in peskom ter nadaljeval z izhlapevanjem. Kmalu je v retorti nastala snov, ki se je svetila v temi. Resda se kaltes Feuer (hladen ogenj) ali »moj ogenj«, kot ga je poimenoval Brand, ni preoblikoval v ali spremenil videza starih ljudi, a dejstvo, da je nastala snov žarela brez segrevanja, je bilo nenavadno in novo.
Brand je hitro izkoristil to novo lastnino. Začel je prikazovati različne privilegirane osebe, od njih prejemati darila in denar. Skrivnosti pridobivanja fosforja ni bilo lahko ohraniti in Brand jo je kmalu prodal dresdenskemu kemiku I. Kraftu. Število demonstratorjev fosforja se je povečalo, ko sta I. Kunkel in K. Kirchmeyer spoznala recept za njegovo proizvodnjo. Leta 1680 je nov element, ne glede na predhodnike, dobil slavni angleški fizik in kemik Robert Boyle. Toda Boyle je kmalu umrl, njegov učenec A. Gankwitz pa je izdal čisto znanost in znova oživil »fosforne špekulacije«. Šele leta 1743 je A. mejni grof našel več popoln način pridobivanje fosforja in svoje podatke objavil za obveščanje javnosti. Ta dogodek je končal Brandovo poslovanje in je služil kot začetek resne študije fosforja in njegovih spojin.
V prvi, petdesetletni fazi zgodovine fosforja je poleg Boylovega odkritja zgodovino znanosti zaznamoval le en dogodek: leta 1715 je Gensing ugotovil prisotnost fosforja v možganskem tkivu. Po poskusih Markgravea je zgodovina elementa, ki je mnogo let kasneje pridobil številko 15, postala zgodovina mnogih velikih odkritij.
Kronologija teh odkritij
Leta 1769 je Yu Gan dokazal, da kosti vsebujejo veliko fosforja. isto je dve leti pozneje potrdil slavni švedski kemik K. Scheele, ki je predlagal metodo pridobivanja fosforja iz pepela, ki nastane pri praženju kosti.
Nekaj let pozneje sta J. L. Proust in M. Klaproth s proučevanjem različnih naravnih spojin dokazala, da je razširjen v zemeljski skorji, predvsem v obliki kalcijevega fosfata.
Velik uspeh pri preučevanju lastnosti fosforja je dosegel v zgodnjih 70. letih 18. stoletja. odlično francoski kemik Antoine Laurent. S sežiganjem fosforja z drugimi snovmi v zaprti prostornini zraka je dokazal, da je fosfor samostojni element, in zrak ima kompleksna sestava in je sestavljen iz vsaj dveh komponent - kisika in dušika. "Tako je prvič postavil na noge vso kemijo, ki se je v svoji flogistični obliki postavila na glavo." Tako je o delu pisal F. Engels v predgovoru k drugemu zvezku Ka-pitala.«
Leta 1709 je Dondonald dokazal, da so fosforjeve spojine potrebne za normalen razvoj rastlin.
Leta 1839 je drugi Anglež, Laws, prvi pridobil superfosfat - fosforjevo gnojilo, ki je lahko prebavljivo. rastline.
Leta 1847 je nemški kemik Schrötter s segrevanjem brez dostopa zraka razvil novo različico (alotropsko modifikacijo) elementa št. 15 - in že v 20. stoletju, leta 1934, Ameriški fizik P. Brađen, proučuje vpliv visoki pritiski na različnih, izoliranih podobno kot črni fosfor. To so glavni mejniki v zgodovini elementa št. 15. Poglejmo zdaj, kaj je sledilo vsakemu od teh odkritij.
"Leta 1715 je Gensing ugotovil prisotnost fosforja v možganskem tkivu ... Leta 1769 je Hahn dokazal, da kosti vsebujejo veliko fosforja"
Fosfor je analog dušika
Čeprav se fizikalne in kemijske lastnosti teh elementov zelo razlikujejo, jih imajo. in še posebej splošno je, da sta oba elementa absolutno potrebna za živali in rastline. Akademik A. E. Fersman je fosfor imenoval "element življenja in misli", vendar to definicijo težko označimo za literarno pretiravanje. Fosfor se nahaja v dobesedno vseh organih zelenih rastlin: steblih, koreninah, listih, največ pa v plodovih in semenih. Rastline kopičijo fosfor in ga oskrbujejo z živalmi.
Pri živalih je fosfor koncentriran predvsem v okostju, mišicah in živčnem tkivu.
Med živili za ljudi je rumenjak kokošjih jajc še posebej bogat s fosforjem.
Človeško telo vsebuje v povprečju približno 1,5 kg elementa št. 15. Od tega je 1,4 kg v kosteh, približno 130 g v mišicah in 12 g. - na moje živce in možgani. Skoraj vse najpomembnejše fizioloških procesov, ki se pojavljajo v našem telesu, so povezani s transformacijami fosforjevih organskih snovi. Fosfor se v kosteh nahaja predvsem v obliki kalcijevega fosfata. Tudi zobna sklenina je fosforjeva spojina, ki po sestavi in kristalni zgradbi ustreza najpomembnejšemu fosforjevemu mineralu apatitu Ca5(P04)3(F, Cl).
Seveda, tako kot vsak vitalni element, je tudi fosfor v naravi podvržen ciklu. Rastline ga jemljejo iz prsti, iz rastlin pa ta element prehaja v telo ljudi in živali. Fosfor se vrne v tla z iztrebki in ob gnitju trupel. Fosforobakterije pretvarjajo organski fosfor v anorganske spojine.
Vendar pa se na časovno enoto iz tal odstrani bistveno več fosforja, kot ga vstopi v tla. Svetovna žetev zdaj letno s polj odstrani več kot 3 milijone ton fosforja.
Za doseganje trajnostnih donosov je treba ta fosfor seveda vrniti v tla, zato ni presenetljivo, da je svetovna proizvodnja fosfatne kamnine zdaj bistveno več kot 100 milijonov ton na leto.
"...Proust in Klaproth sta dokazala, da je fosfor široko razširjen v zemeljski skorji, predvsem v obliki kalcijevega fosfata"
V zemeljski skorji se fosfor pojavlja izključno v obliki spojin. To so predvsem slabo topne soli ortofosforne kisline; Kation je najpogosteje kalcijev ion.
Fosfor predstavlja 0,08% teže zemeljske skorje. Po razširjenosti se med vsemi elementi uvršča na 13. mesto. Fosfor vsebuje vsaj 190 mineralov, med katerimi so najpomembnejši: fluorapatit Ca5(P04)3F, hidroksilapatit Ca5(P04)3OH, fosforit Cae(P04)2 s primesmi.
Fosfor delimo na primarni in sekundarni. Med primarnimi so še posebej pogosti apatiti, ki jih pogosto najdemo med kamninami magmatskega izvora. Ti so nastali v času nastajanja zemeljske skorje.
Za razliko od apatitov se fosforiti pojavljajo med kamninami sedimentnega izvora, ki nastanejo kot posledica smrti živih bitij. Te so sekundarne.
Fosfor se v meteoritih nahaja v obliki železovih, kobaltovih in nikljevih fosfidov. Seveda je ta skupni element prisoten tudi v morska voda (6 10-6%).
"Lavoisier je dokazal, da je fosfor neodvisen kemični element ..."
Fosfor je nekovina (prej imenovan metaloid) povprečna aktivnost. Zunanja orbita atoma fosforja vsebuje pet elektronov, od katerih so trije nesparjeni. Zato lahko kaže valence 3-, 3+ in 5+.
Da bi fosfor pokazal 5+, je potreben določen učinek na atom, ki bi dva seznanjena elektrona zadnje orbite spremenila v neparne.
Fosfor se pogosto imenuje večplasten element. Dejansko v različni pogoji obnaša se drugače, izkazuje bodisi oksidativno oz obnovitvene lastnosti. Vsestranskost fosforja vključuje tudi njegovo sposobnost obstoja v več alotropskih modifikacijah.
Morda najbolj znana modifikacija elementa št. 15 je mehka, kot vosek, bela oz rumeni fosfor. Odkril ga je Brand in zaradi njegovih lastnosti je element dobil svoje ime: v grščini "fosfor" pomeni svetel, sijoč. Molekula belega fosforja je sestavljena iz štirih atomov, ki so razporejeni v obliki tetraedra. Gostota 1,83, tališče 44,1 ° C. strupeno, zlahka oksidira. Topen v ogljikovem disulfidu, tekočem amoniaku in SO2, benzenu, etru. Skoraj netopen v vodi.
Pri segrevanju brez dostopa zraka nad 250° C postane rdeče. To je že polimer, vendar ne zelo urejena struktura. Reaktivnost rdečega fosforja je bistveno manjša od reaktivnosti belega fosforja. Ne sveti v temi, se ne topi v ogljikovem disulfidu in ni strupen. Njegova gostota je veliko večja, njegova struktura je drobnokristalna.
