Фосфор был открыт немецким химиком г брандом. Бездепозитные бонусы казино: получай бонус только за регистрацию

12.10.2015

История открытия фосфора достаточно увлекательна и интересна. По основной версии это вещество было получено в результате поиска «философского камня». С помощью него один разорившийся купец Хеннинг Бранд хотел уладить свои финансовые трудности. Он считал, что первичная материя может находиться именно в физиологических продуктах человека. Так в его опыты, начиная с 1669 года, попала человеческая моча.

Собрав несколько тонн этого продукта в солдатских казармах, он долго ее выпаривал, вследствие чего получилась жидкость, похожая на сироп. Разбавив опять ее водой, он выявил так называемое «масло урины». Впоследствии очередной перегонки стал выпадать осадок. В ходе опыта он выяснил, что если подвергать его длительному прокаливанию, то осадок превращается в белую светящуюся пыль.

Купец решил, что он открыл элементарный огонь, который способен в дальнейшем превратиться в золото, поэтому решил держать свое открытие в строжайшем секрете. Порошок он показывал людям исключительно за деньги, продавая его в минимальных количествах по цене зачастую выше, чем золота. Изначально полученному веществу Бранд дал название холодный огонь или мой огонь , в дальнейшем название фосфор произошло от греческих слов - свет и несу .

Естественно многие пытались повторить его опыт. Алхимик Кункель подговорил своего друга Крафта, чтобы тот выкупил у купца секрет. Ему это удалось, только он оказался намного хитрее, и оставил рецепт изготовления фосфора у себя. В дальнейшем он так же разъезжал по городам, показывая опыты с порошком исключительно за деньги, сколачивая на этом немаленькое состояние.

В Англии, в это же время, вовсе независимо от всех, фосфор открыл алхимик Бойлем. На это изобретение его подтолкнул якобы сам Крафт, который приехал в Лондон в 1677 году с показательными выступлениями. Он был рад приему и после отъезда дал зацепку Бойлю, сказав, что первоначальное вещество, из которого он добыл свой фосфор, было то, чем обладает тело человека. Исследовав кровь, потом кости и прочее, опыты Бойля привели к успеху, им был получен светящийся элемент.

После его смерти получение фосфора стал продолжать его поклонник Ганквиц. Он несколько усовершенствовал метод и даже попытался изготовить подобие спичек. Его бурная деятельность позволила заключить самые выгодные договора с известными научными учреждениями всей Европы. Также, благодаря ему, была открыта фармацевтическая компания в Лондоне. Несмотря на свои опасные испытания фосфора, Ганквиц прожил до 80 лет, и благополучно пережил своих детей и многих работников.

Уже к XVIII веку производством этого элемента стали заниматься многие. Ученый Маргграф упростил метод путем добавления в мочу хлорида свинца, Шееле впервые получил фосфор из костей и рогов животных. С этих времен цена на фосфор падала с каждым годом все больше и больше, так как конкуренция постоянно росла, а впоследствии родственники изобретателей и вовсе стали продавать рецепт изготовления.

Хоть основной версией открытия и считается вышеизложенная, есть предположение, что фосфор был добыт еще в XII веке. Якобы некий ученый Бехиль, перегнав мочу с глиной получил некое вещество. Возможно, это и был уже тогда фосфор. Так же есть упоминания от XVII века о болонском камне, найденном около Болоньи, при обжиге которого он обретал способность к свечению.

«...Да! Это была собака, огромная, черная, как смоль. Но такой собаки еще никто из нас, смертных, не видывал. Из ее отверстой пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку переливался мерцающий огонь. Ни в чьем воспаленном мозгу не могло возникнуть видение более страшное, более омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана... Страшный пес, величиной с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами.

Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте. Фосфор, – сказал я».

Узнали? Артур Конан-Дойл. «Собака Баскервилей».

Вот в какой скверной истории оказался замешан элемент №15.

Еще одна скверная история

Более трехсот лет отделяют нас от того момента, когда гамбургский алхимик Геннинг Бранд открыл новый элемент – фосфор. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать эликсир жизни или философский камень, с помощью которых старики молодеют, больные выздоравливают, а неблагородные металлы превращаются в золото. Не забота о благе людском, а корысть руководила Брандом. Об этом свидетельствуют факты из истории единственного настоящего открытия, сделанного им.

В ходе одного из опытов он выпарил мочу, смешал остаток с углем, песком и продолжил выпаривание. Вскоре в реторте образовалось вещество, светившееся в темноте. Правда, kaltes Feuer (холодный огонь), или «мой огонь», как Бранд его называл, не превращал свинец в золото и не изменял облика старых людей, но то, что полученное вещество светилось без подогрева, было необычно и ново.

Этим свойством нового вещества Бранд не замедлил воспользоваться. Он стал показывать фосфор различным привилегированным лицам, получая от них подарки и деньги. Хранить тайну получения фосфора было нелегко, и вскоре Бранд продал ее дрезденскому химику И. Крафу. Число демонстраторов фосфора увеличилось, когда рецепт его изготовления стал известен И. Кункелю и К. Кирхмейеру. В 1680 г. независимо от предшественников новый элемент был получен знаменитым английским физиком и химиком Робертом Бойлем. Но вскоре Бойль умер, а его ученик А. Ганквиц изменил чистой науке и вновь возродил «фосфорную спекуляцию». Лишь в 1743 г. А. Маркграф отыскал более совершенный способ получения фосфора и опубликовал свои данные для всеобщего сведения. Это событие положило конец брандовскому бизнесу и послужило началом серьезного изучения фосфора и его соединений.

На первом, пятидесятилетнем этапе истории фосфора, кроме открытия Бойля, лишь одно событие отмечено историей науки: в 1715 г. Генсинг установил наличие фосфора в мозговой ткани. После опытов Маркграфа история элемента, приобретшего много лет спустя номер 15, стала историей многих больших открытий.

Хронология этих открытий

В 1769 г. Ю. Ган доказал, что в костях содержится много фосфора. То же самое подтвердил через два года знаменитый шведский химик К. Шееле, предложивший способ получения фосфора из золы, образующейся при обжиге костей.

Еще несколькими годами позже Ж.Л. Пруст и М. Клапрот, исследуя различные природные соединения, доказали, что фосфор широко распространен в земной коре, главным образом в виде фосфата кальция.

Больших успехов в изучении свойств фосфора достиг в начале 70-х годов XVIII в. великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье. Сжигая фосфор с другими веществами в замкнутом объеме воздуха, Лавуазье доказал, что фосфор – самостоятельный элемент, а воздух имеет сложный состав и слагается по крайней мере из двух компонентов – кислорода и азота. «Таким образом он впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистической форме стояла на голове». Так Ф. Энгельс писал о работах Лавуазье в предисловии ко второму тому «Капитала».

В 1799 г. Дондональд доказал, что соединения фосфора необходимы для нормального развития растений.

В 1839 г. другой англичанин, Лауз, впервые получил суперфосфат – фосфорное удобрение, легко усвояемое растениями.

В 1847 г. немецкий химик Шреттер, нагревая белый фосфор без доступа воздуха, получил новую разновидность (аллотропную модификацию) элемента №15 – красный фосфор, а уже в XX в., в 1934 г., американский физик П. Бриджмен, изучая влияние высоких давлений на разные вещества, выделил похожий на графит черный фосфор. Таковы основные вехи в истории элемента №15. Теперь проследим, что последовало за каждым из этих открытий.

«В 1715 году Генсинг установил наличие фосфора в мозговой ткани... В 1769 году Ган доказал, что в костях содержится много фосфора».

Фосфор – аналог азота. Хотя физические и химические свойства этих элементов очень сильно различаются, есть у них и общее, в частности то, что оба эти элемента совершенно необходимы животным и растениям. Академик А.Е. Ферсман называл фосфор «элементом жизни и мысли», и это определение вряд ли можно отнести к категории литературных преувеличений. Фосфор обнаружен буквально во всех органах зеленых растений: в стеблях, корнях, листьях, но больше всего его в плодах и семенах. Растения накапливают фосфор и снабжают им животных.

В организме животных фосфор сосредоточен главным образом в скелете, мышцах и нервной ткани.

Из продуктов человеческого питания особенно богат фосфором желток куриных яиц.

Тело человека содержит в среднем около 1,5 кг элемента №15. Из этого количества 1,4 кг приходится на кости, около 130 г – на мышцы и 12 г – на нервы и мозг. Почти все важнейшие физиологические процессы, происходящие в нашем организме, связаны с превращениями фосфорорганических веществ. В состав костей фосфор входит главным образом в виде фосфата кальция. Зубная эмаль – это тоже соединение фосфора, которое по составу и кристаллическому строению соответствует важнейшему минералу фосфора апатиту Са 5 (PO 4) 3 (F, Cl).

Естественно, что, как и всякий жизненно необходимый элемент, фосфор совершает в природе круговорот. Из почвы его берут растения, от растений этот элемент попадает в организмы человека и животных. В почву фосфор возвращается с экскрементами и при гниении трупов. Фосфоробактерии переводят органический фосфор в неорганические соединения.

Однако в единицу времени из почвы выводится значительно больше фосфора, чем поступает в почву. Мировой урожай сейчас ежегодно уносит с полей больше 3 млн т фосфора.

Естественно, что для получения устойчивых урожаев этот фосфор должен быть возвращен в почву, и потому нет ничего удивительного в том, что мировая добыча фосфоритной руды сейчас составляет более 100 млн т в год.

«...Пруст и Клапрот доказали, что фосфор широко распространен в земной коре, главным образом в виде фосфата кальция».

В земной коре фосфор встречается исключительно в виде соединений. Это главным образом малорастворимые соли ортофосфорной кислоты; катионом чаще всего служит нон кальция.

На долю фосфора приходится 0,08% веса земной коры. По распространенности он занимает 13-е место среди всех элементов. Фосфор содержится не менее чем в 190 минералах, из которых главнейшие: фторапатит – Са 5 (РO 4) 3 F, гидроксилапатит Са 5 (РO 4) 3 OH, фосфорит Са 3 (РO 4) 2 с примесями.

Реже встречаются вивианит Fе 3 (РO 4) 2 · 8Н 2 O, монацит (Се, La)PO 4 , амблигонит LaAl(PO 4)F, трифилит Li(Fe, Mn)PO 4 и еще реже ксенотим YPO 4 и торбернит Сu(UO 2) 2 [РO 4 ] 2 · 12Н 2 O.

Минералы фосфора делятся на первичные и вторичные. Из первичных особенно распространены апатиты, часто встречающиеся среди пород магматического происхождения. Эти минералы образовались в момент становления земной коры.

В отличие от апатитов фосфориты залегают среди пород осадочного происхождения, образовавшихся в результате отмирания живых существ. Это вторичные минералы.

В виде фосфидов железа, кобальта, никеля фосфор встречается в метеоритах. Разумеется, этот распространенный элемент есть и в морской воде (6·10 –6 %).

«Лавуазье доказал, что фосфор – самостоятельный химический элемент...»

Фосфор – неметалл (то, что раньше называли металлоид) средней активности. На наружной орбите атома фосфора находятся пять электронов, причем три из них не спарены. Поэтому он может проявлять валентности 3–, 3+ и 5+.

Для того чтобы фосфор проявлял валентность 5+, необходимо какое-либо воздействие на атом, которое бы превратило в не спаренные два спаренных электрона последней орбиты.

Фосфор часто называют многоликим элементом. Действительно, в разных условиях он ведет себя по-разному, проявляя то окислительные, то восстановительные свойства. Многоликость фосфора – это и его способность находиться в нескольких аллотропных модификациях.

Пожалуй, самая известная модификация элемента №15 – мягкий, как воск, белый или желтый фосфор. Это ее открыл Бранд, и благодаря ее свойствам элемент получил свое имя: по-гречески «фосфор» значит светящийся, светоносный. Молекула белого фосфора состоит из четырех атомов, построенных в форме тетраэдра. Плотность 1,83, температура плавления 44,1°C. Белый фосфор ядовит, легко окисляется. Растворим в сероуглероде, жидких аммиаке и SO 2 , бензоле, эфире. В воде почти не растворяется.

При нагревании без доступа воздуха выше 250°C белый фосфор превращается в красный. Это уже полимер, но не очень упорядоченной структуры. Реакционная способность у красного фосфора значительно меньше, чем у белого. Он не светится в темноте, не растворяется в сероуглероде, не ядовит (Всегда содержит небольшие количества белого фосфора, вслед­ствие чего может оказаться ядовитым.). Плотность его намного больше, структура мелкокристаллическая.

Менее известны другие, еще более высокомолекулярные модификации фосфора – фиолетовый, коричневый и черный, отличающиеся одна от другой молекулярным весом и степенью упорядоченности макромолекул. Черный фосфор, впервые полученный П. Бриджменом в условиях больших давлений (200 тыс. атм. при температуре 200°C), скорее напоминает графит, чем белый или красный фосфор. Эти модификации – лабораторная экзотика и в отличие от белого и красного фосфора практического применения пока не нашли.

Кстати, о применениях элементарного фосфора; главные его потребители – производство спичек, металлургия, химические производства. В недавнем прошлом часть получаемого элементарного фосфора расходовалась на военных предприятиях, его использовали для приготовления дымовых е зажигательных составов.

Металлурги обычно стремятся избавиться от примеси фосфора в металле – он ухудшает механические свойства, но иногда фосфор вводят в сплавы умышленно. Это делается, когда нужно, чтобы при затвердевании металл немного расширился и точно воспринял очертания формы. Широко используется фосфор и в химии. Часть его идет на приготовление хлоридов фосфора, нужных при синтезе некоторых органических препаратов; стадия производства элементарного фосфора есть и в некоторых технологических схемах производства концентрированных фосфорных удобрений.

Теперь о его соединениях.

Фосфорный ангидрид P 2 O 5 – превосходный осушитель, жадно поглощающий воду из воздуха и других веществ. Содержание P 2 O 5 – основной критерий ценности всех фосфорных удобрений.

Фосфорные кислоты, в первую очередь ортофосфорная H 3 PO 4 , используются в основной химической промышленности. Соли фосфорных кислот – это прежде всего фосфорные удобрения (о них разговор особый) и фосфаты щелочных металлов, необходимые для производства моющих средств.

Галогениды фосфора (главным образом хлориды PCl 3 и PCl 5) используются в промышленности органического синтеза.

Из соединений фосфора с водородом наиболее известен фосфин PH 3 – сильно ядовитый бесцветный газ с чесночным запахом.

Среди соединений фосфора особое место принадлежит фосфорорганическим соединениям. Большинство их обладает биологической активностью. Поэтому одни фосфорорганические соединения используются как лекарства, другие – как средства борьбы с сельскохозяйственными вредителями.

Самостоятельный класс веществ составили фосфонитрилхлориды – соединения фосфора с азотом и хлором. Мономер фосфонитрилхлорида способен к полимеризации. С ростом молекулярного веса меняются свойства веществ этого класса, в частности заметно уменьшается их растворимость в органических жидкостях. Когда молекулярный вес полимера достигает нескольких тысяч, получается каучукоподобное вещество – единственный пока каучук, в составе которого совсем нет углерода. Дальнейший рост молекулярного веса приводит к образованию твердых пластмассоподобных веществ. «Безуглеродный каучук» обладает значительной термостойкостью: он начинает разрушаться лишь при 350°C.

«В 1839 г. англичанин Лауз впервые получил суперфосфат – фосфорное удобрение, легко усвояемое растениями».

Чтобы растения могли усваивать фосфор, он должен находиться в составе растворимого соединения. Чтобы получить эти соединения, фосфат кальция и серную кислоту смешивают в таких соотношениях, чтобы на одну грамм-молекулу фосфата приходилось две грамм-молекулы кислоты. В результате взаимодействия образуются сульфат и растворимый дигидрофосфат кальция: Са 3 (РO 4) 2 + 2Н 2 SO 4 → 2СаSO 4 + Са(Н 2 PO 4) 2 . Смесь этих двух солей известна под названием суперфосфата. В этой смеси сульфат кальция с точки зрения агрохимии – балласт, однако его обычно не отделяют, так как эта операция требует больших затрат и сильно удорожает удобрение. В простом суперфосфате содержится всего 14...20% Р 2 О 5 .

Более концентрированное фосфорное удобрение – двойной суперфосфат. Его получают при взаимодействии фосфата кальция с фосфорной кислотой:

Са 3 (РO 4) 2 + 4Н 3 РO 4 → 3Са(H 2 PO 4) 2 .

В двойном суперфосфате содержится 40...50% Р 2 O 5 . По сути, его правильнее было бы называть тройным: он в три раза богаче фосфором, чем простой суперфосфат.

Иногда в качестве фосфорного удобрения используется преципитат CaHPO 4 · 2H 2 O, который получается при взаимодействии фосфорной кислоты с гидроокисью или с карбонатом кальция:

Са(OH) 2 + Н 3 РO 4 → СаHPO 4 · 2Н 2 О.

2СаCO 3 + 2Н 3 РO 4 → 2СаHPO 4 · 2Н 2 О + 2CO 2 .

В этом удобрении 30...35% Р 2 O 5 .

С разведанными запасами фосфорного сырья в нашей стране, как и во всем мире, дело обстоит не совсем благополучно. Академик С.И. Вольфкович с трибуны IX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии заявил:

«Если сырьевая база азотной промышленности – воздушный океан, вода и природный газ – не ограничивает масштабов нового строительства, а разведанные к настоящему времени залежи калийных солей обеспечивают развитие производства калийных удобрений более чем на тысячелетие, то изученных к настоящему времени запасов отечественного фосфорного сырья при намеченных больших объемах производства удобрений хватит всего на несколько десятилетий».

Это вовсе не значит, что человечеству грозит голод и урожаи год от года будут уменьшаться. Резервы есть. Много дополнительного фосфора можно будет получить при комплексной переработке минерального сырья, донных морских отложений и более детальной геологической разведке. Следовательно, особых оснований для пессимизма у нас пет, тем более что по учтенным запасам фосфорных руд СССР занимает первое место в мире. Мы располагаем крупнейшими месторождениями апатитов на Кольском полуострове и фосфоритов в Южном Казахстане и ряде других мест.

Но искать новые месторождения, разрабатывать способы получения фосфорных удобрений из более бедных руд необходимо уже сейчас. Это нужно для будущего, потому что фосфор – «элемент жизни и мысли» – будет необходим человечеству всегда.

Изотопы фосфора

Природный фосфор в отличие от подавляющего большинства элементов состоит только из одного изотопа 31 Р. В ядерных реакциях синтезировано несколько короткоживущих радиоактивных изотопов элемента №15. Один из них – фосфор-30 оказался вообще первым изотопом, полученным искусственным путем. Это его получили в 1934 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри при облучении алюминия альфа-частицами. Фосфор-30 имеет период полураспада 2,55 минуты и, распадаясь, излучает позитроны («положительные электроны»). Сейчас известны шесть радиоактивных изотопов фосфора. Наиболее долгоживущий из них 33 Р имеет период полураспада 25 дней. Изотопы фосфора применяются главным образом в биологических исследованиях.

Начало суперфосфатной промышленности

Первое в мире промышленное производство суперфосфата было организовано в 1842 г. в Англии. В России подобные предприятия появились в 1868 и 1871 гг. До революции в нашей стране было построено всего шесть суперфосфатных заводов, их общая производительность не превышала 50 тыс. т в год. В годы первой мировой войны, иностранной интервенции и гражданской войны четыре завода из шести вышли из строя, и в 1918 г. в нашей стране было выпущено всего 2,8 тыс. т суперфосфата. А всего через 20 лет, в 1938 г., по производству фосфорных удобрений Советский Союз занял первое место в Европе и второе место в мире. Сейчас доля нашей страны в мировом производстве фосфоритной руды и фосфорных удобрений составляет примерно четвертую часть.

Свидетельствует Д.Н. Прянишников

«...Как бы правильно ни хранился и применялся навоз, он не может вернуть почве того, чего он сам не содержит, т.е. крупной доли фосфора, отчужденного из хозяйства в проданном зерне, костях животных, в молоке и пр.; таким образом, почва постепенно, но неуклонно теряет свой фосфор (или по крайней мере его усвояемую часть), и за известным пределом фосфор попадает в положение того «минимального фактора», которого наиболее недостает для получения хорошего урожая, как это совершенно правильно было подмечено еще Либихом». (Из статьи «О значении фосфатов для нашего земледелия и о расширении возможности непосредственного применения фосфоритов», 1924).

Апатиты заполярья

В 1926 г. А.Е. Ферсманом и его сотрудниками были открыты огромные запасы апатита на Кольском полуострове. Спустя много лет академик А.Е. Ферсман писал об этом месторождении: «...велений искристый апатит с серым нефелином образует сплошную стену в 100 м. На 25 км протягивается этот замечательный пояс хибинских тундр, огибая их кольцом. Исследования показали, что апатитовая руда уходит в глубину даже ниже поверхности океана, и около двух миллиардов тонн этих ценнейших ископаемых накоплено здесь в Хибинах, не имея себе равных нигде в мире». («Занимательная минералогия», 1937.) На базе этого месторождения был построен горнохимический комбинат «Апатит» им. С.М. Кирова. Незадолго до войны было открыто еще одно очень крупное месторождение фосфорного сырья – фосфориты Кара-Тау в Казахстане. Фосфориты есть и в других районах нашей страны, в частности в Подмосковье. Но лучшее сырье для производства фосфорных удобрений до сих пор дает апатитовый «пояс хибинских тундр».

Как выглядит апатит

Вновь обратимся к «Занимательной минералогии». «Апатит – это фосфорнокислый кальций, но внешний вид его такой разнообразный и странный, что недаром старые минералоги назвали его апатитом, что значит по-гречески «обманщик»: то это прозрачные кристаллики, до мелочей напоминающие берилл или даже кварц, то это плотные массы, неотличимые от простого известняка, то это радиально-лучистые шары, то порода зернистая и блестящая, как крупнозернистый мрамор».

Кто же первый?

Французский историк Ф. Гефер утверждает, что общепринятое мнение, будто фосфор впервые получен алхимиком Г. Брандом в 1669 г., неверно. По его данным, фосфор умели получать еще в XII в. арабские алхимики, причем технология получения фосфора у них была такая же, как у Бранда: выпаривание мочи и нагревание сухого остатка с углем и песком. Если так, то человечество знакомо с элементом №15 почти 800 лет.

Красный и фиолетовый

Самые известные модификации фосфора – белая и красная, обе они используются в промышленности. Прочие разновидности элемента №15 – фиолетовый, коричневый, черный фосфор – можно встретить только в лабораториях. Но фиолетовый фосфор стал известен людям намного раньше, чем красный. Русский ученый А.А. Мусин-Пушкин впервые получил его еще в 1797 г. В некоторых книгах можно встретить утверждение, что красный и фиолетовый фосфор – одно и то же. Но эти разновидности отличаются не только цветом. Кристаллы фиолетового фосфора крупнее. Красный фосфор получается при нагревании белого в замкнутом объеме уже при 250°C, а фиолетовый – только при 500°C.

«Светящийся монах»

Из воспоминаний академика С.И. Вольфковича: «Фосфор получался в электрической печи, установленной в Московском университете на Моховой улице. Так как эти опыты проводились тогда в нашей стране впервые, я не предпринял тех предосторожностей, которые необходимы при работе с газообразным фосфором – ядовитым, самовоспламеняющимся и светящимся голубоватым цветом элементом. В течение многих часов работы у электропечи часть выделяющегося газообразного фосфора настолько пропитала мою одежду и даже ботинки, что когда ночью я шел из университета по темным, не освещенным тогда улицам Москвы, моя одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок (при трении их о тротуар) высекались искры.

За мной каждый раз собиралась толпа, среди которой, несмотря на мои объяснения, немало было лиц, видевших во мне «новоявленного» представителя потустороннего мира. Вскоре среди жителей района Моховой и по всей Москве из уст в уста стали передаваться фантастические рассказы о «светящемся монахе»...

Чудеса без чудес

Церковь не раз пользовалась белым фосфором для одурачивания верующих. Известны, как минимум, два вида «чудес», к которым причастно это вещество. Чудо первое: свеча, загорающаяся сама. Делается это так: на фитиль наносят раствор фосфора в сероуглероде, растворитель довольно быстро испаряется, а оставшиеся на фитиле крупинки фосфора окисляются кислородом воздуха и самовоспламеняются. Чудо второе: «божественные» надписи, вспыхивающие на стенах. Тот же раствор, те же реакции. Если раствор достаточно насыщен, то надписи сначала светятся, а затем вспыхивают и исчезают.

Фосфорорганика и жизнь

О роли фосфорорганических соединений в важнейших биохимических реакциях организма написаны многие тома. В любом учебнике биохимии эти вещества не только многократно упоминаются, но и подробно описываются. Без фосфорорганических соединений не мог бы идти процесс обмена углеводов в ткани мозга. Фосфорсодержащий фермент фосфорилаза способствует не только распаду, но и синтезу полисахаридов в мозгу. В процессе окисления углеводов в ткани мозга важную роль играют дифосфо-пиридиннуклеотид и неорганический фосфат. Другой важнейший процесс – сокращение мышц поддерживается энергией, выделяющейся при реакциях с участием аденозинфосфатов. При сокращении мышцы молекула аденозинтрифосфата (АТФ) распадается на аденозиндифосфат и неорганическую фосфорную кислоту. При этом освобождается много энергии (8...11 ккал/моль). О важнейшей роли этих веществ свидетельствует и тот факт, что в мышечной ткани всегда поддерживается постоянный уровень АТФ.

История открытия фосфора довольно занимательна. Он был открыт совершенно случайно, и это открытие произвело сенсацию во всей образованной Европе, хотя способ его получения поначалу и сохранялся в тайне.

Светящиеся в темноте вещества были довольно широко известны и до открытия фосфора. Помимо светящихся насекомых и светящегося гниющего дерева ещё в 1602 году было открыто свечение в темноте так называемого болонского камня (продукт прокаливания минерала барита с углём и маслом, который был впервые получен алхимиком В. Кашороло, по профессии сапожником), предварительно облучённого на солнце. В середине XVII века саксонский чиновник Балдуин действием азотной кислоты на известь получил весьма гигроскопичный и расплывающийся на воздухе продукт. Прокалив этот продукт в реторте, Балдуин обнаружил, что он светится в темноте. По имени автора этого наблюдения безводный нитрат кальция стали называть «фосфором Балдуина». Таким образом, слово «фосфор» вошло в обиход ещё до открытия собственно элемента фосфора.

Имеются даже некоторые указания на то, что будто бы арабским алхимикам был известен секрет изготовления фосфора. Так Гефер (F. Hoefer, французский историк химии) отмечает, что около XII века араб Альхильд Бехиль получил при перегонке мочи в смеси с глиной, известью и органическим веществом, или углём, некое тело, названное им carbunculus (уменьшительное от слова carbo - «уголь») и, по видимому, представлявшее собой фосфор. Однако в XVII веке едва ли кто-либо мог знать об этих опытах Бехиля. Во всяком случае, открытие фосфора с его удивительными и необъяснимыми в то время свойствами явилось полной неожиданностью для учёного мира.

Честь открытия фосфора принадлежит гамбургскому любителю-алхимику Хеннигу Бранду . О жизни Бранда известно немного. В юности он был солдатом, а затем стал самозванным врачом, хотя «ни слова не знал по латыни». Затем он женился на состоятельной женщине, но быстро промотал полученное приданое. Нуждаясь в деньгах, он обратился к алхимическим занятиям. В годы работы над получением фосфора жил в Гамбурге. В 1678 году познакомился с Г. В. Лейбницем, оставившим о нём некоторые сведения. Умер Бранд после 1710 года.

В поисках секрета трансмутации металлов и приготовления философского камня он подвергал обработке (выпариванию, дистилляции, прокаливанию и пр.) самые разнообразные продукты, исходя из предположения, что продукты жизнедеятельности высшего на земле существа - человека - могут содержать «первичную материю». В 1669 году он занялся перегонкой человеческой мочи в надежде получить жидкость, при помощи которой можно серебро превратить в золото. Бранд собрал около тонны мочи (из солдатских казарм) и выпаривал её до тех пор, пока не получил сиропообразную жидкость. Эту жидкость он подверг дистилляции, в результате чего получилось тяжёлое и красное «уринное масло». Он перегнал это масло ещё раз и обнаружил на дне куба остаток «мёртвой головы» (caput mortuum , так алхимики называли чёрные землистые остатки, получавшиеся после перегонки или прокаливания различных веществ). Прокаливая длительное время этот остаток «мёртвой головы», он заметил появление в реторте белой пыли, которая оседала на дно и ярко светилась.

Первым заключением, к которому пришёл Бранд, было то, что в его «маслянистой мёртвой голове» сам собой возник элементарный огонь. Исследовав более подробно полученный «фосфор», т. е. «Светоносец» (от греческого φῶς - «свет» и φέρω - «несу»), Бранд решил, что ему наконец удалось получить «первичную материю». По-видимому, при её помощи он безрезультатно пытался осуществить трансмутацию серебра в золото. Не добившись никаких результатов, он решил до поры до времени держать своё открытие в секрете. Однако поражённый удивительными свойствами фосфора, он не смог удержаться от рассказов о чудодейственном веществе некоторым своим знакомым, и через несколько лет сведения о фосфоре и его необычных свойствах стали известны многим алхимикам и учёным.

Иоганн Кункель (немецкий химик и алхимик, 1630, или 1638, - 1703), состоявший в то время на службе в качестве алхимика у саксонского курфюрста, услышав об открытии Бранда, попросил своего сослуживца, врача Иоганна Даниила Крафта (1624-1697), отправлявшегося по какому-то делу в Гамбург, подробнее разузнать об этом открытии. Крафт разыскал Бранда и уговорил его продать секрет изготовления фосфора (за сравнительно небольшую сумму - 200 талеров), с условием, что Крафт никому, в частности Кункелю, не сообщит о способе изготовления фосфора. Получив по способу Бранда некоторое количество фосфора, Крафт отправился в путешествие по Европе и Америке, где с большим успехом демонстрировал при дворах королей, князей, вельмож и богачей различные опыты с фосфором.

Кункелю, однако, удалось кое-что выяснить о способе изготовления фосфора (он узнал от Бранда, что фосфор получен из мочи) и в середине 1670-ых годов алхимик принялся за работу. Вскоре ему удалось получить фосфор способом, несколько отличавшимся от способа Бранда. В отличие от Бранда, Кункель стремился широко рекламировать фосфор. Свойства фосфора были подробно описаны Кункелем (1678 г.) и его друзьями в нескольких трактатах. Однако, о способе изготовления фосфора в этих трактатах не сообщалось ни слова. Он продолжал оставаться секретом, известным только трём лицам.

В третий раз фосфор был получен Робертом Бойлем в 1680 году в растворе, а в 1682 году - в твёрдом состоянии (способ Бойля тоже основывался на переработке мочи). Некоторые данные о способе изготовления фосфора Бойль узнал от Крафта ещё в 1677 году. Так же как и Кункель, Бойль описал свойства фосфора в нескольких статьях (1682 г.), но способ его изготовления сообщил лишь Лондонскому королевскому обществу в закрытом пакете. Описание способа Бойля было опубликовано лишь в 1694 году, уже после его смерти.

Крафт и Кункель, изготовлявшие и публично демонстрировавшие фосфор, сделались богачами. Правда, Крафт после своих успешных путешествий по странам Европы с лекциями и демонстрациями свойств фосфора под влиянием амстердамских алхимиков увлёкся алхимией и умер в большой бедности. Особенно широкую производственную деятельность по изготовлению и продаже фосфора развил бывший ассистент Бойля Амброзий Годфрей Хенквиц (1660-1740), который в течение 40 или 50 лет, после того, как узнал в лаборатории Бойля секрет получения фосфора, монопольно поставлял его в страны Европы по весьма высокой цене. Унция фосфора (31,1 г.) стоила в то время в Голландии 16 дукатов.

Фосфор стал первым химическим элементом, открытым со времён античности. То, что фосфор - это простое вещество, было доказано Лавуазье.

Из книги Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии от древнейших времён до начала XIX века. - М.: Наука, 1969. - С. 456. - 6 000 экз.

Фосфор (от греч. phosphoros - светоносный; лат. Phosphorus) - элемент периодической системы химических элементов таблицы Менделеева , один из самых распространённых элементов земной коры, его содержание составляет 0,08-0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca 5 (PO 4) 3 (F,Cl,OH) фосфорит Ca 3 (PO 4) 2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах (см. фосфолипиды). Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является элементом жизни.

История

Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не исчезнет неприятных запах, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото. После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.
Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком - Иоганном Кункелем.
Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года и опубликованной в 1693 году.
Усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом.
Существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в.
То, что фосфор - простое вещество, доказал Лавуазье.

Происхождение названия

В 1669 году Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнём». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «φῶς» - свет и «φέρω» - несу. В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор, др.-греч. Φωσφόρος) носил страж Утренней звезды.

Получение

Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре 1600 °С:
2Ca 3 (PO 4) 2 + 10C + 6SiO 2 → P4 + 10CO + 6CaSiO 3 .

Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:
4HPO 3 + 12C → 4P + 2H 2 + 12CO.

Физические свойства

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества - белый, красный, черный и металлический фосфор . Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора, а в условиях сверхвысоких давлений - также металлическая форма. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам; заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.

Химические свойства

Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов.
В жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800 °С фосфор состоит из молекул Р 4 . При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: Р 4 = 2Р 2 . При температуре выше 2000 °С молекулы распадаются на атомы.

История открытия химических элементов полна личных драм, различных неожиданностей, таинственных загадок и удивительных легенд.
Иногда исследователя подстерегал трагический финал, как, например, это случилось с первооткрывателем фтора. Но чаще успех оказывался верным спутником тех, кто умел пристально всматриваться в природные явления.
Древние фолианты сохранили для нас отдельные эпизоды из жизни отставного солдата и гамбургского купца. Звали его Хенниг Бранд (ок. 1630-?). Его купеческие дела шли не блестяще, и именно по этой причине он сремился выбраться из нищеты. Она его ужасно угнетала. И Бранд решил попытать счастья в алхимии. Тем более что в XVII в. в отличие от нашего XX в. считалось вполне возможным найти «философский камень», который способен превращать неблагородные металлы в золото.

Хенниг Бранд и фосфор

И. Кункель

Г. Лейбниц

Этапы изучения фосфора

М. Клапрот

Фосфор и природа

Что касается минералов фосфора, то они делятся на первичные и вторичные. Среди первичных наиболее распространены апатиты, представляющие в основном породы магматического происхождения. Химический состав апатита - фосфат кальция, содержащий некоторое количество фторида и хлорида кальция. Именно этим определяется существовать минералов фторапатита и хлорапатита. Кроме того, они содержат от 5 до 36% Р2 05. Обычно эти минералы в большинстве случаев встречаются в зоне магмы, но нередко они обнаруживаются в местах, где изверженные породы соприкасаются с осадочными. Из всех известных месторождений фосфатов наиболее значительные имеются в Норвегии и Бразилии. Крупное отечественное месторожде¬ние апатитов открыто академиком А. Е. Ферсманом в Хибинах в 1925 г. «Апатит в основном соединение фосфорной кислоты и кальция,-писал А. Е. Ферсман.-Внешний вид этого минерала так разнообразен и странен, что старые минералоги назвали его апатитом, что значит по-гречески «обманщик». То это прозрачные кристаллики, до мелочей напоминающие берилл или даже кварц, то это плотные массы, неотличимые от простого известняка, то это радиально-лучистые шары, то порода зернистая и блестящая, как крупнозернистый мрамор».
Апатиты в результате действия процессов выветривания, жизнедеятельности бактерий, разрушения различными почвенными кислотами переходят в формы, легко потребляемые растениями, и таким образом вовлекаются в биохимический круговорот. Следует отметить, что фосфор усваивается только из растворенных солей фосфорной кислоты. Однако фосфор из почвы частично вымывается, а большое количество его, поглощенное растениями, не возвращается обратно в почву и уносится вместе с урожаем. Все это приводит к постепенному истощению почвы. При внесении в почву фосфорных удобрений урожайность увеличивается.
Несмотря на значительные потребности в фосфорных удобрениях, особых опасений, связанных с истощением запасов сырья, для их производства, по всей видимости, нет. Эти удобрения могут быть получены при комплексной переработке минерального сырья, донных морских отложений и различных геологических пород, богатых фосфором.
При разложении богатых фосфором соединений органического происхождения нередко образуются газообразные и жидкие вещества. Иногда можно наблюдать выделение газа с запахом гнилой рыбы-фосфористого водорода, или фосфина, РН3. Одновременно с фосфином идет образование другого продукта - дифосфина, Р2 Н4, представляющего собой жидкость. Пары дифосфина самовоспламеняются и поджигают газообразный фосфин. Этим объясняется появление так называемых «блуждающих огней» в таких местах, как кладбища, болота.
«Блуждающие огни» и другие случаи свечения фосфора и его соединений вызывали суеверный страх у многих людей, не знакомых с сущностью этих явлений. Вот что о работе с газообразным фосфором вспоминает академик С.И. Вольфкович: «Фосфор получался в электрической печи, установленной в Московском университете на Моховой улице. Так как эти опыты проводились тогда в нашей стране впервые, я не предпринял тех предосторожностей, которые необходимы при работе с газообразным фосфором - ядовитым самовоспламеняющимся и светящимся голубоватым цветом элементом. В течение многих часов работы у электропечи часть выделяющегося газообразного фосфора настолько пропитала мою одежду и даже ботинки, что, когда ночью я шел из университета по темным, не освещенным тогда улицам Москвы, моя одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок (при трении их о тротуар) высекались искры.
За мной каждый раз собиралась толпа, среди которой, несмотря на мои объяснения, немало было лиц, видевших во мне, «новоявленного» представителя потустороннего мира. Вскоре среди жителей района Моховой улицы и по всей Москве из уст в уста стали передаваться фантастические рассказы о светящемся монахе...»
Фосфин и дифосфин в природе встречаются довольно редко, и чаще приходится иметь дело с такими соединениями фосфора, как фосфориты. Это вторичные минералы-фосфаты органического происхождения, играют особо важную роль в сельском хозяйстве. На островах Тихого океана, в Чили и Перу они образовались на основе птичьего помета-гуано, который в условиях сухого климата накапливается мощными слоями, нередко превышающими сотню метров.
Образование фосфоритов может быть связано и с геологическими катастрофами, например с ледниковым периодом, когда гибель жи¬вотных носила массовый характер. Подобные процессы возможны и в океане при массовой гибели морской фауны. Быстрое изменение гидрологических условий, которое может быть связано с различными процессами горообразования, в частности с действием подводных вулканов, несомненно, в отдельных случаях приводит к смерти морских животных. Фосфор из органических остатков частично усваивается растениями, но в основном, растворяясь в морской воде, переходит в минеральные формы. Морская вода содержит фосфаты в довольно больших количествах - 100-200 мг/м3. При определенных химических процессах в морской воде фосфаты могут выпадать в осадок и скапливаться на дне. А при поднятии морского дна в различные геологические периоды залежи фосфоритов оказываются на суше. Подобным образом могло образоваться крупное отечественное месторождение фосфоритов вблизи Кара-Тау в Казахстане. Встречаются фосфориты и в Подмосковье.

Круговорот фосфора в природе

Хорошим пояснением к главнейшим этапам круговорота фосфора в природе могут служить слова известного ученого, одного из основателей направления отечественной науки по изучению фосфорных удобрений Я. В. Самойлова: «Фосфор наших фосфоритовых месторождений - биохимического происхождения. Из апатита - минерала, в котором первоначально заключен почти целиком весь фосфор литосферы, элемент этот переходит в тело растений, из растений-в тело животных, которые являются истинными концентраторами фосфора. Пройдя через ряд тел животных, фосфор, наконец, выпадает из биохимического цикла и вновь возвращается в минеральный. При определенных физико-географических условиях в море происходит массовая гибель животных организмов

О спичке
Первый огонь был добыт человеком весьма примитивным способом-трением двух кусочков дерева, причем древесная пыль и опилки нагревались настолько сильно, что происходило их самовозгорание. Древним людям было известно несколько способов добывания огня трением: чаще всего острой деревянной палочкой производили быстрое вращение, упирая ее в сухую дощечку. Этот способ можно воспроизвести и сейчас, но он совсем не прост и требует огромных усилий и ловкости. Так человек добывал огонь многие тысячелетия.
Это удивительно! Если вдуматься в этот простой факт, то можно увидеть, как сложен был каждый шаг человека на пути прогресса.
На смену деревянным- палочкам пришло знаменитое огниво. Это очень простое устройство: куском стали или медным колчеданом ударяли о кремень и высекали сноп искр, поджигая легковоспламеняющееся вещество.
Этот способ, подаренный нам древним человеком, широко использовался в годы Великой Отечественной войны, когда страна испытывала острый дефицит в спичках.
Как это ни удивительно, но всего лишь 200 лет назад в России, да и во всем мире стальное огниво и фитиль были практически единственными «спичками» человека, сумевшего не только построить египетские пирамиды, но и создать паровую машину Джеймса Уатта, первый пароход Роберта Фултона, ткацкие станки и множество других великих изобретений, но только не спички. Они родились позднее! Труден и велик был к ним путь, как и всякий путь в мир неизведанного еще человеком.
Древние греки и римляне знали еще один способ добывания огня-при помощи солнечных лучей, сфокусированных линзой или вогнутым зеркалом. Великий древнегреческий ученый Архимед ловко воспользовался этим способом и поджег, как утверждает легенда, вражеский флот с помощью громадного зеркала. Но этот способ получения огня малоприменим из-за весьма ограниченных возможностей его использования, поскольку необходимо солнце.
Развитие цивилизации, научный и технический прогресс открывали новые возможности в различных сферах деятельности человека.
После 1700 г. было изобретено значительное количество средств для получения огня, наиболее интересное из них - зажигательный аппарат Дёберайнера, созданный в г. Иене в 1823 г. Изобретатель аппарата использовал свойства гремучего газа самовозгораться в присутствии губчатой платины, т.е. мелко истолченной.
Однако для широкого употребления такое устройство было, конечно, малопригодным.
Мы все ближе приближаемся к тому моменту, когда наконец-то впервые прозвучало слово «спичка». Кто ввел в обиход это слово, пока установить не удалось, но работа продолжается в этом направлении, и мы надеемся, что наши юные читатели помогут нам в этом.
Здесь нам следует перекинуть маленький мостик к фосфору и его первооткрывателю - гамбургскому солдату, впоследствии купцу и алхимику Хеннигу Бранду. Новый элемент фосфор оказался легковоспламеняемым при трении. Этим свойством и воспользовались исследователи, создавая спички.
Ассистент и ученик Р. Бойля, талантливый и предприимчивый немец А. Ганквитц получил чистый фосфор из фосфатов и догадался изготовить спички с серным покрытием, зажигающиеся при трении о кусочек фосфора. Но этот первый шаг следовало усовершенствовать и сделать спички более удобными для широкого употребления.
Это стало возможным, когда знаменитый французский химик К. Бертолле получил соль - хлорат калия КСlO3, названную бертолетовой. Его соотечественник Шансель воспользовался этим открытием и изобрел в 1805 г. так называемые французские зажигательные машины. Хлорат калия вместе с серой, смолой, сахаром и гуммиарабиком наносился на деревянную палочку, и при соприкосновении с концентрированной серной кислотой происходило зажигание. Реакция порой развивалась очень бурно и носила взрывной характера
Немец Вагеманн из Тюбингена использовал в 1806 г. изобретение Шанселя, но добавил к серной кислоте кусочки асбеста для замедления процесса горения. Он вскоре переехал в Берлин и организовал изготовление так называемых берлинских зажигалок. Созданная им фабрика была первым крупным производством по изготовлению зажигательных устройств, где работало более 400 человек. Подобная зажигательная смесь была использована в «Прометеях» (спичках Джона), изготовляемых в 1828 г. в Англии.
В 1832 г. в Вене появились сухие спички. Их изобрел Л. Тревани, он покрыл головку деревянной соломки смесью бертолетовой соли с серой и клеем. Если такой спичкой провести по наждачной бумаге, то головка ее воспламеняется. Но и в этом случае не все оказалось благополучным, иногда головка воспламенялась со взрывом, и это приводило к серьезным ожогам.
Пути дальнейшего усовершенствования спичек были предельно ясны: надо сделать такой состав смеси для - спичечной головки, чтобы она загоралась спокойно. Вскоре проблема была решена. В новый состав входили бертолетова соль, белый фосфор и клей. Спички с таким покрытием легко воспламенялись при трении о любую твердую поверхность, о стекло, о подошву обуви, о кусок дерева.
Изобретателем первых фосфорных спичек оказался девятнадцатилетний француз Шарль Сориа. В 1831 г. юный экспериментатор к смеси бертолетовой соли с серой для ослабления ее взрывчатых свойств добавил белый фосфор. Эта идея оказалась на редкость удачной, поскольку смазанные полученным составом лучинки легко загорались при трении. Температура воспламенения таких спичек сравнительно небольшая - 30 °С. Молодой Ш. Сориа попытался получить патент на свое изобретение, но, к сожалению, это оказалось сделать гораздо сложнее, чем создать первые фосфорные спички. За патент нужно было внести слишком крупную сумму, а таких денег Ш. Сориа не имел. Спустя год фосфорные спички были созданы вновь немецким химиком Я. Каммерером.
Итак, завершился долгий путь утробного созревания первой спички и она родилась сразу в руках нескольких изобретателей. Однако судьбе было угодно вручить лавры первенства в этом открытии Якобу Фридриху Каммереру (1796-1857), а 1832 год сохранить для потомков как год рождения спичек, крупнейшего открытия XIX в., сыгравшего важную роль в истории развития человеческой культуры.
Лавры первооткрывателей спичек стремились получить многие, но история сохранила для нас из всех претендентов имя Я. Каммерера. В Россию первые фосфорные спички были привезены из Гамбурга в 1836 г. и продавались по очень дорогой цене - один рубль серебром за сотню. Имеются предположения, что наш великий поэт А. С. Пушкин в последний год своей жизни пользовался такими фосфорными спичками, работая при свечах долгими зимними вечерами.
Молодежь Петербурга не замедлила, конечно, щегольнуть фосфорными спичками на балах и в модных салонах, стремясь ни в чем не уступать Западной Европе. Жаль только, что ни одной поэтической строчки не успел А. С. Пушкин посвятить спичкам - прекрасному и очень важному изобретению, настолько полезному и привычному теперь, что мы даже не задумываемся о сложной судьбе появления спичек... Нам кажется, что спички всегда были рядом с нами. А на самом деле первая отечественная фабрика по производству спичек построена в Петербурге только в 1837 г.
Прошло немногим более 150 лет с тех пор, как жители государства Российского получили первые отечественные спички и, поняв важность этого изобретения, весьма быстро развернули спичечное производство.
В 1842 г. в одной Петербургской губернии существовало 9 спичечных фабрик, ежедневно производивших 10 млн. штук спичек. Цена на спички резко снизилась и не превышала 3-5 коп. медью за 100 штук. Способ изготовления спичек оказался настолько прост, что в России к середине XIX в. он стал носить характер кустарного промысла. Так, в 1843-1844 гг. было обнаружено, что спички в значительном количестве изготавливаются в домашних условиях.
Их производили в самых отдаленных уголках России предприим¬чивые крестьяне, укрываясь таким образом от налогов. Однако легкая воспламеняемость фосфора привела к большим пожарам. Многие села и деревни выгорали буквально дотла.
Виновником этих бедствий оказался белый фосфор, способный легко воспламеняться. При перевозке спички нередко загорались от трения. На пути спичечных обозов полыхали грандиозные пожары, и обезумевшие лошади с горящими повозками приносили немало бед.
В 1848 г. последовал высочайший императорский указ, подписанный Николаем I, допускавший изготовление зажигательных спичек только в столицах, причем спички должны были упаковываться в жестяные банки по 1000 штук. Далее в указе говорилось: «Обратить особое внимание на чрезвычайное распространение употребления зажигательных спичек, усмотреть изволили, что при случившихся в текущем году пожарах, потребивших в одних городах более на 12000000 рублей. серебром обывательских имуществ, поджигатели весьма часто совершали свое преступление посредством спичек».
Кроме того, белый фосфор- одно из самых ядовитых веществ.
Поэтому работа на спичечных фабриках сопровождалась серьезным заболеванием, получившим название фосфорного некроза, поражающего челюсти, т.е. омертвения клеток, а также сильного воспаления и кровоточения десен.
С расширением производства росли случаи серьезных отравлений среди рабочих. Несчастные случаи приняли столь катастрофические формы, что в России уже в 1862 г. было издано распоряжение об ограничении продажи белого фосфора.
Фосфор стали продавать только по специальным разрешениям местной полиции.
Спичечные фабрики должны были выплачивать крупные налоги, и число предприятий стало сокращаться. Но потребность в спичках не уменьшалась, а, наоборот, росла. Появились различные кустарные спички, которые распространялись нелегально. Все это привело к тому, что в 1869 г. был издан новый указ, разрешающий «повсеместно, как в Империи, так и в царстве Польском,: производить выделку фосфорных спичек в продажу их без особых ограничений...».
Во второй половине XIX в. очень остро встала проблема замены белого фосфора. Правительства многих государств пришли к выводу, что изготовление спичек, содержащих белый фосфор, приносит больше убытка, чем дохода. В большинстве стран производство таких спичек было запрещено законом.
Но выход был найден, сравнительно быстро оказалось возможным заменить белый фосфор на красный, открытый в 1848 г. В отличие от белого эта разновидность фосфора совершенно безвредна. Красный фосфор ввели в состав спичечной массы. Но ожидания не оправдались. Спички загорались очень плохо. Они не находили сбыта. Фабриканты, которые начали было изготовление, разорились.
К середине XIX столетия было сделано множество выдающихся изобретений, а изготовление обыкновенной спички никак не могло найти удовлетворительного решения.
Проблема была решена в 1855 г. в Швеции. Безопасные спички в этом же году были представлены на Международной выставке в Париже и получили золотую медаль. С этого момента так называемые шведские спички начали свое триумфальное шествие по всему миру. Их главная особенность состояла в том, что они не воспламенялись при трении о любую твердую поверхность. Шведская спичка зажигалась только в том случае, если ее потереть о боковую поверхность коробки, покрытую специальной массой.
Таким -образом, «безопасный огонь» в шведских спичках рождался великолепным союзом силы трения и химической реакции.
Вот, пожалуй, и все! Расскажем теперь, как устроена современная спичка. Масса спичечной головки на 60% состоит из бертолетовой соли, а также из горючих веществ-серы или каких-нибудь сульфидов металлов, например сульфида сурьмы. Чтобы воспламенение головки происходило медленно и равномерно, без взрыва, к массе добавляют так называемые наполнители - стеклянный порошок, оксид железа (III) и т.д. Связующим материалом служит клей. Бертолетову соль можно заменять веществами, в большом количестве содержащими кислород, например бихроматом калия.
А из чего состоит намазка шкурки? Здесь основной компонент-
красный фосфор. К нему добавляют оксид марганца (IV), толченое стекло и клей.
Посмотрим теперь, какие же процессы происходят при зажигании спички.
При трении головки о шкурку в точке их соприкосновения красный фосфор загорается благодаря кислороду бертолетовой соли. Образно говоря, огонь первоначально рождается в шкурке. Он и поджигает головку спички. В ней вспыхивает сера или сульфид сурьмы (III) опять же за счет кислорода бертолетовой соли. А уже затем загорается дерево.
Ныне известно множество рецептов составов головки и намазки. Неизменными компонентами являются лишь бертолетова соль и красный фосфор.

Но ведь необходимый элемент спички-это ее деревянная часть, или спичечная соломка. Способы ее изготовления также имеют длительную историю. Для примитивных макальных спичек лучину вручную нарезали ножом. Теперь на спичечных фабриках работают хитроумные машины. Наиболее подходящее дерево для изготовления спичечной соломки-осина. Осиновый кряж сначала ошкуривают и тщательно очищают. Из бревна на специальных машинах нарезается тонкое деревянное полотно. Затем оно расщепляется на длинные тонкие прутки. Эти прутки уже в другой машине превращаются в спичечную соломку. Далее соломка поступает в автоматы, где на ее конец наносится спичечная масса. Наряду с этим спичечную соломку обычно подвергают специальной обработке, чтобы предотвратить, например, отсыревание.
Современные спичкоделательные Мишины производят сотни миллионов спичек в день.
В заключение посмотрим на производство спичек глазами экономиста. Если принять, что каждый человек в среднем тратит хотя бы одну спичку в день, то, для того чтобы удовлетворить годовую потребность человечества в спичках,- необходимо около 20 млн. осин-это почти полмиллиона гектаров первосортного осинового леса.
Не правда ли, накладно? А для тех стран, в которых лесов мало или почти не осталось, это просто не под силу. Пробовали вместо деревянной соломки использовать картонную. Но такие мягкие спички успеха не имели. Они очень неудобны в обращении.
Вот почему широкое распространение получили всевозможные зажигалки - бензиновые, газовые, электрозажигалки для газовых плит и др. И в конечном счете их производство будет обходиться дешевле, чем изготовление спичек.
Значит ли это, что спичка когда-нибудь станет лишь музейным экспонатом? Трудно ответить на этот вопрос. Можно предположить, что производство спичек в будущем может сократиться.
В настоящее время наша страна занимает первое место в мире по производству спичек. Современные спичечные фабрики оснащаются высокопроизводительными автоматами, дающими возможность изготавливать I 500 ООО спичек в час.
С расширением производства совершенствуется технология, осваиваются новые виды спичек, выпускаются охотничьи, штормовые, газовые и сувенирные спички в наборах, красочные этикетки которых отражают наиболее знаменательные события в жизни нашей страны.
Охотничьи спички отличаются от простых тем, что, кроме обычной
головки и соломки, у них имеется дополнительная обмазка ниже головки. Дополнительная зажигательная масса делает спичку долгогорящей с большим жарким пламенем. Горит она около 10 с, тогда как простая спичка всего 2-3 с. Такие спички дают возможность разжечь костер в любую погоду.

Не менее любопытны и штормовые спички. Они не имеют головки, но обмазка «тела» у них значительно толще, чем у охотничьих спичек. Зажигательная масса их содержит много бертолетовой соли, поэтому способность к воспламенению, т.е. чувствительность, таких спичек очень высока. Они горят не менее 10 с в любых метеорологических условиях, даже в штормовую погоду при 12 баллах. Такие спички особенно нужны рыбакам и морякам.
Газовые спички отличаются от обычных тем, что палочка у них длиннее. Сейчас выпускаются спички с соломкой в 70 мм. Такой спичкой можно зажечь сразу несколько конфорок. Добавление в зажигательную массу некоторых солей дает возможность получить цветной огонь: красный, розовый, синий, зеленый, фиолетовый.
Упаковываются спички в коробки различного объема, вмещающие пятьдесят, сто, двести и даже пятьсот спичек. В настоящее время спичечное производство полностью автоматизировано и это позволяет продавать его продукцию по достаточно низким ценам. Ранее бытова¬ло выражение «дешевле спичек», это означает «почти бесплатно».
Конечно, тратить дерево на изготовление спичечной соломки становится все более и более расточительным удовольствием. Ведь на это уходят сотни гектаров добротного леса, в экономии которого теперь заинтересованы практически все страны - мира, даже те, которые обладают еще достаточно большими площадями лесных богатств. Объемы современного производства и строительства растут так быстро, что масштабы расходуемой древесины каждое десятилетие значительно увеличиваются. Сейчас стоит во всей полноте задача экономии леса и замены его там, где возможно, изделиями из другого сырья.
Все чаще различные предметы, широко используемые в быту, изготовляются из пластмасс. На мировом рынке в последнее десятилетие заметно снизились цены на поливинилхлорид, поливинилацетат, полистирол и другие материалы.

Изготовления спичек и спичечных коробков из пластмасс

Химическая промышленность химические новости сюжеты