За фосфора (интересни факти). Бял фосфор: свойства, история на откриване и приложение

Фосфор като азот

Органичните химици са получили огромен брой съединения, които включват водород и елементи от втория период на периодичната система - въглерод, азот, кислород. Не далеч зад тях са специалистите в областта на химията на органоелементните съединения, които като правило въвеждат заместители, съдържащи елементи от по-високи периоди, като силиций или фосфор, в състава на класическо органично съединение. Органоелементните заместители несъмнено дават на съединенията широк спектър от практически полезни свойстваВъпреки това днес са известни няколко примера, когато хетероатомите действат като по-тежки аналози на класическите C, N, O в хетероцикличните ароматни системи. Изследователи от ETH Zurich добавиха към този списък, като синтезираха фосфорсъдържащ аналог на циануровата киселина (Angewandte Chemie Int. Ed., 2017, 56, 5, 1356-1360, doi: 10.1002/anie.201610156).

Шестчленен хетероцикъл, цианурова киселина - C 3 N 3 (OH) 3 и нейните производни често се използват като агенти за омрежване на полимери, както и за получаване на хербициди, багрила и други полезни химикали. Изследователи от групата на Hansjorg Grützmacher са уверени, че съдържащият фосфор аналог на циануровата киселина C 3 P 3 (OH) 3 (известен още като трифосфабензен или 2,4,6-три(хидрокси)-1,3,5-трифосфинин) може да се използва в същите области, превръщайки се в основа за синтеза на фосфорсъдържащи полимери и вероятно лиганд за комплекси на преходни метали.

Циануровата киселина е едно от първите органични съединения, синтезирани в лаборатория. През 1829 г. той е получен чрез тримеризация на изоцианова киселина HNCO от Фридрих Вьолер. Това се случи само година след като същият Wöhler синтезира урея от неорганични вещества. Днес промишленият метод за производство на цианурова киселина се основава на пиролиза на урея и е толкова прост, а ролята му е толкова голяма, че химиците отдавна се интересуват от по-тежкия му аналог, в който всички азотни атоми биха били заменени с фосфор атоми. Въпреки това, преди Grützmacher et al., никой не е успял да направи това.

Изследователи в Швейцария (може би като много преди тях) първо смятат, че съдържащ фосфор аналог на циануровата киселина може да бъде получен чрез тримеризиране на изходното съединение HPCO, но всички опити завършват с неуспех. След това промениха тактиката и чрез проба и грешка откриха, че взаимодействието на натриевата сол на Na(OCP) и органоборно съединение води до бор-заместен фосфаалкин, чиято тримеризация дава многограмови количества от съединение с C 3 P 3 цикъл. По-нататъшното третиране на бор-съдържащото междинно съединение с терт-бутанол осигури целевото съединение C3P3(OH)3.

José Goicoechea от Оксфордския университет, чиято група през 2013 г. беше първата, която получи фосфорсъдържащ аналог на урея, H 2 PC (O) NH 2 (“Journal of the American Chemical Society”, 2013, 135, 51, 19131 -19134, doi: 10.1021 / ja4115693), твърди, че неговите колеги от Цюрих са направили пробив и със сигурност ще имат много последователи.

Grützmacher и колегите все още нямат планове за комерсиализиране на съдържащ фосфор аналог на циануровата киселина. Изследователите основно искат да проучат възможността за използване на ароматен C 3 P 3 (OH) 3, неговите производни, съдържащи бор и силиций, като π-акцепторни лиганди и да се опитат да получат комплекси от преходни метали.

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

По време на един от експериментите той изпари урината, смеси остатъка с въглища, пясък и продължи изпарението. Скоро в ретортата се образува вещество, което свети в тъмното. Вярно, kaltes Feuer ( студен огън), или „моят огън“, както го нарече Бранд, не се превръща в или променя външния вид на стари хора, но това, че полученото вещество свети без нагряване, е необичайно и ново.

Това свойство на новата марка не закъсня да се възползва. Започва да показва различни привилегировани лица, като получава подаръци и пари от тях. Не беше лесно да се запази тайната за получаване на фосфор и скоро Бранд го продаде на дрезденския химик И. Крафт. Броят на демонстраторите на фосфор се увеличи, когато рецептата за производството му стана известна на И. Кункел и К. Кирхмайер. През 1680 г., независимо от предшествениците, е получен нов елемент от известния английски физик и химик Робърт Бойл. Но Бойл скоро умира и неговият ученик А. Ханквиц изневерява на чистата наука и възобновява „фосфорните спекулации“. Едва през 1743 г. А. Маркграф намира по-съвършен начин за получаване на фосфор и публикува данните си за обща информация. Това събитие сложи край на бизнеса на марката и беше началото на сериозно изследване на фосфора и неговите съединения.

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

Хронология на тези открития

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

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

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

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

През 1839 г. друг англичанин, Лаузе, за първи път получава суперфосфат - фосфорен тор, който е лесно смилаемрастения.

През 1847 г. немският химик Шретер, нагрявайки без достъп до въздух, научава нова разновидност (алотропна модификация) на елемент № 15 - , а още през 20 век, през 1934 г., американският физик П. Браджиен, изучавайки ефекта на високо налягане върху различен, изолиран черен фосфор. Това са основните етапи в историята на елемент # 15. Сега нека да разгледаме какво последва всяко от тези открития.

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

Фосфорен аналог на азота

Въпреки че физичните и химичните свойства на тези елементи са много различни, те имат. и като цяло, в частност, че и двата елемента са абсолютно необходими за животните и растенията. Академик А. Е. Ферсман нарече фосфора "елемент на живота и мисълта", но това определение едва ли може да се класифицира като литературно преувеличение. Фосфорът се намира буквално във всички органи на зелените растения: в стъблата, корените, листата, но най-вече в плодовете и семената. Растенията натрупват фосфор и го доставят на животните.

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

От хранителните продукти за човека особено богат на фосфор е жълтъкът на кокошите яйца.

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

Естествено, както всеки жизненоважен елемент, фосфорът прави кръговрат в природата. Растенията го вземат от почвата, от растенията този елемент влиза в организмите на хората и животните. Фосфорът се връща в почвата с екскременти и при гниене на труповете. Фосфоробактериите превръщат органичния фосфор в неорганични съединения.

Въпреки това, много повече фосфор се отстранява от почвата за единица време, отколкото влиза в почвата. Световната реколта сега отнася повече от 3 милиона тона фосфор от полетата всяка година.

Естествено, за да се получат устойчиви добиви, този фосфор трябва да се върне обратно в почвата и затова няма нищо учудващо в това, че световното производство на фосфоритна руда вече е много повече от 100 милиона тона годишно.

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

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

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

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

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

Под формата на фосфиди на желязо, кобалт, никел, фосфорът се намира в метеоритите. Разбира се, този общ елемент се намира и в морската вода (6 10-6%).

"Лавоазие доказа, че фосфорът е независим химичен елемент..."

Фосфорът е неметал (това, което се наричаше металоид) със средна активност. Във външната орбита на фосфорния атом има пет електрона и три от тях не са сдвоени. Следователно, той може да проявява валентности 3-, 3+ и 5+.

За да може фосфорът да покаже 5+, е необходимо някакво действие върху атома, което да превърне двата сдвоени електрона от последната орбита в несдвоени.

Фосфорът често се нарича многостранен елемент. Наистина, в различни условиятой се държи различно, показвайки или окислителни, или редуциращи свойства. Разнообразието на фосфора е и способността му да бъде в няколко алотропни модификации.

Може би най-известната модификация на елемент номер 15 е мек, като восък, бял или жълт фосфор. Бранд го открива и благодарение на неговите свойства елементът получава името си: на гръцки „фосфор“ означава светещ, светещ. Молекулата на белия фосфор се състои от четири атома, подредени под формата на тетраедър. Плътност 1,83, точка на топене 44,1 ° С. отровен, лесно се окислява. Разтворим в въглероден дисулфид, течен амоняк и SO2, бензен, етер. Почти неразтворим във вода.

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

12.10.2015

Историята на откриването на фосфора е доста завладяваща и интересна. Според основната версия това вещество е получено в резултат на търсенето на "философския камък". С негова помощ фалирал търговец Хенинг Бранд искал да уреди финансовите си затруднения. Той вярваше, че първичната материя може да бъде открита именно във физиологичните продукти на човека. Така че в неговите експерименти, започващи през 1669 г., човешка урина попада в него.

След като събра няколко тона от този продукт в казармата на войниците, той го изпари дълго време, в резултат на което се получи течност, подобна на сироп. Разреждайки го отново с вода, той разкрива т. нар. „уринно масло“. Впоследствие започва да се утаява следващата дестилация. В хода на експеримента той установява, че ако се подложи на продължително калциниране, утайката се превръща в бял светещ прах.

Търговецът решил, че е открил елементарен огън, който в бъдеще може да се превърне в злато, затова решил да запази откритието си в най-строга тайна. Той показва праха на хората изключително срещу пари, като го продава в минимални количества на цена, често по-висока от тази на златото. Марката даде името на първоначално полученото вещество студен огънили моят огън, по-нататък името фосфорпроизлиза от гръцките думи светлинаИ нося.

Естествено, мнозина се опитаха да повторят опита му. Алхимикът Кункел убедил своя приятел Крафт да купи тайната от търговеца. Успя, само че се оказа много по-хитър и остави рецептата за производство на фосфор при него. В бъдеще той също пътува из градовете, показвайки експерименти с прах изключително за пари, правейки доста голямо състояние от това.

В Англия по същото време, напълно независимо от всички, фосфорът е открит от алхимика Бойл. Твърди се, че това изобретение е било подтикнато от самия Крафт, който дошъл в Лондон през 1677 г. с демонстрационни изпълнения. Той беше доволен от посрещането му и след като си тръгна, даде пример на Бойл, като каза, че първоначалното вещество, от което е извлякъл своя фосфор, е това, което притежава човешкото тяло. След като изследва кръвта, след това костите и т.н., експериментите на Бойл доведоха до успех, той получи светещ елемент.

След смъртта му неговият почитател Ханквиц продължава да получава фосфор. Той донякъде подобри метода и дори се опита да направи подобие на кибрит. Неговата бурна дейност направи възможно сключването на най-изгодните споразумения с известни научни институции в цяла Европа. Освен това благодарение на него в Лондон беше открита фармацевтична компания. Въпреки техните опасни тестовефосфор, Ганквиц доживя до 80 години и благополучно надживя децата си и много работници.

вече към XVIII векМного хора започнаха да произвеждат този елемент. Ученият Маргграф опрости метода, като добави оловен хлорид към урината, Шееле беше първият, който получи фосфор от костите и рогата на животни. От този момент нататък цената на фосфора пада все повече и повече всяка година, тъй като конкуренцията непрекъснато нараства и впоследствие роднините на изобретателите започват да продават рецептата като цяло.

Въпреки че горното се счита за основната версия на откритието, има предположение, че фосфорът е бил добит още през 12 век. Твърди се, че определен учен Бехил, дестилирайки урина с глина, е получил определено вещество. Може би вече беше фосфор. Има и препратки от 17 век за болонския камък, открит близо до Болоня, по време на чието изпичане той придобива способността да свети.

Фосфорът е важна съставка на живите и нежива природа. Намира се в недрата на Земята, във водата и в нашето тяло, а академик Ферсман дори го нарече „елемент на живота и мисълта“. Въпреки полезността си, белият фосфор може да бъде изключително опасен и отровен. Нека поговорим повече за неговите характеристики.

Отваряне на елемент

Историята на откриването на фосфора започва с алхимията. От 15-ти век европейските учени са нетърпеливи да намерят философския камък или „великия еликсир“, с който ще бъде възможно да се превърне всеки метал в злато.

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

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

Светещ елемент

Откриването на фосфора се превърна в истинска сензация сред алхимиците. Някои от време на време се опитваха да купят тайната за получаване на веществото от Бранд, други се опитваха да постигнат това сами. През XVIII век е доказано, че елементът се съдържа в костните останки на организми и скоро са открити няколко фабрики за неговото производство.

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

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

Бял фосфор

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

Белият фосфор е много нестабилен. При нормални условияна светлина бързо се превръща в червено и високо наляганепревръща го в черно. Атомите му са подредени под формата на тетраедър. Той има кристална молекулна решетка с молекулна формула P4.

Извличам и жълт фосфор. Това не е друга модификация на веществото, а името на суровия бял фосфор. Може да има както светъл, така и тъмнокафяв оттенък и се характеризира със силна токсичност.

Свойства на белия фосфор

по отношение на последователност и външен видвеществото прилича на восък. Има миризма на чесън и е мазна на пипане. Фосфор мек (без специални усилияможе да се реже с нож) и да се деформира. След почистване става безцветен. Неговите прозрачни кристали блестят преливащо на слънце и приличат на диаманти.

Топи се при 44 градуса. Активността на веществото се проявява дори при стайна температура. Основната характеристика на фосфора е неговата способност за хемилуминесценция или луминесценция. Окислен във въздуха, той излъчва бяло-зелена светлина и в крайна сметка се запалва спонтанно.

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

Използването на фосфор

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

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

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

Съдържание в организма и въздействие върху човека

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

Фосфорът се намира в мускулната тъкан. Той участва в процеса на преобразуване на енергия от протеини, мазнини и въглехидрати, които влизат в тялото. Елементът поддържа киселинно-алкалния баланс в клетките, извършва се тяхното делене. Подпомага обмяната на веществата, важен е по време на растежа на организма и неговото възстановяване.

Фосфорът обаче може да бъде опасен. Сам по себе си белият фосфор е силно токсичен. Дози над 50 милиграма са фатални. Отравянето с фосфор е придружено от повръщане, главоболие и болки в стомаха. Контактът с веществото върху кожата причинява изгаряния, които зарастват много бавно и болезнено.

Излишъкът на фосфор в организма води до крехкост на костите, появата на сърдечно-съдови заболявания, кървене, анемия. Претоварването с фосфор също засяга черния дроб и храносмилателната система.