Белый фосфор: свойства, история открытия и применение
Фосфор в роли азота
Химики-органики получили огромное количество соединений, в состав которых входят водород и элементы второго периода Периодической системы - углерод, азот, кислород. Не отстают от них и специалисты в области химии элементоорганических соединений, которые, как правило, вводят в состав классического органического соединения заместители, содержащие элементы старших периодов, например кремний или фосфор. Элементоорганические заместители, бесспорно, придают соединениям широкий спектр практически полезных свойств, однако сегодня известно мало примеров, когда гетероатомы выступают в роли более тяжелых аналогов классических C, N, O в гетероциклических ароматических системах. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха пополнили этот список, синтезировав фосфорсодержащий аналог циануровой кислоты («Angewandte Chemie Int. Ed.», 2017, 56, 5, 1356-1360, doi: 10.1002/anie.201610156).
Шестичленный гетероцикл, циануровую кислоту - C 3 N 3 (OH) 3 и ее производные часто применяют в качестве агентов для сшивки полимеров, а также для получения гербицидов, красителей и других полезных химикатов. Исследователи из группы Хансйорга Грютцмахера уверены, что фосфорсодержащий аналог циануровой кислоты C 3 P 3 (OH) 3 (он же трифосфабензол или 2,4,6-три(гидрокси)-1,3,5-трифосфинин) сможет найти применение в тех же областях, став основой для синтеза фосфорсодержащих полимеров, а возможно, и лигандом для комплексов переходных металлов.
Циануровая кислота - одно из первых органических соединений, синтезированных в лаборатории. В 1829 году ее получил тримеризацией изоциановой кислоты HNCO Фридрих Вёлер. Это произошло всего лишь год спустя после того, как тот же Вёлер синтезировал мочевину из неорганических веществ. Сегодня промышленный способ получения циануровой кислоты основан на пиролизе мочевины, и он так прост, а ее роль настолько велика, что химиков давно интересовал ее более тяжелый аналог, в котором все атомы азота были бы замещены атомами фосфора. Однако до Грютцмахера с соавторами это никому не удавалось.
Исследователи из Швейцарии (возможно, как и многие до них) сперва полагали, что фосфорсодержащий аналог циануровой кислоты удастся получить, тримеризуя исходное соединение HPCO, но все попытки кончались неудачей. Тогда они изменили тактику и методом проб и ошибок выяснили, что взаимодействие натриевой соли Na(OCP) и борорганического соединения приводит к борзамещенному фосфаалкину, тримеризация которого дает мультиграммовые количества соединения с циклом C 3 P 3 . Дальнейшая обработка борсодержащего интермедиата трет-бутанолом позволила получить целевое соединение C 3 P 3 (OH) 3 .
Хосе Гойкоэчеа из Оксфордского университета, в группе которого в 2013 году впервые получили фосфорсодержащий аналог мочевины, H 2 PC(O)NH 2 («Journal of the American Chemical Society», 2013, 135, 51, 19131-19134, doi: 10.1021/ja4115693), заявляет, что его коллеги из Цюриха совершили прорыв и наверняка у них будут многочисленные последователи.
У Грютцмахера с коллегами пока нет планов коммерциализации фосфорсодержащего аналога циануровой кислоты. Исследователи в первую очередь хотят изучить возможность применения ароматического C 3 P 3 (OH) 3 , его бор- и кремнийсодержащих производных в качестве π-акцепторных лигандов и попробовать получить комплексы переходных металлов.
Фосфор - важная составляющая живой и неживой природы. Он находится в недрах Земли, воде и в нашем организме, а академик Ферсман даже прозвал его «элементом жизни и мысли». Несмотря на свою полезность, белый фосфор может быть чрезвычайно опасен и ядовит. Давайте же поговорим подробнее о его характеристиках.
Открытие элемента
История открытия фосфора началась с алхимии. Начиная с XV века европейские ученые жаждали отыскать философский камень или же «великий эликсир», при помощи которого удастся превращать любые металлы в золото.
В XVII веке алхимик Хенниг Бранд решил, что путь к «магическому реактиву» лежит через мочу. Она жёлтая, а, значит, содержит золото или как-то с ним связана. Ученый старательно собирал материал, отстаивал его, а затем перегонял его. Вместо золота он получил белое вещество, которое светилось в темноте и неплохо горело.
Открытие Бранд назвал «холодным огнем». Позже получать фосфор подобным способом додумался ирландский алхимик Роберт Бойль и немец Андреас Магграф. Последний также добавлял в мочу уголь, песок и минерал фосгенит. Впоследствии вещество назвали phosphorus mirabilis, что переводилось как «чудотворный носитель света».
Светоносный элемент
Открытие фосфора стало настоящей сенсацией среди алхимиков. Одни то и дело пытались выкупить у Бранда секрет получения вещества, другие пробовали дойти до этого самостоятельно. В XVIII веке было доказано, что элемент содержится в костных останках организмов, и вскоре открылось несколько заводов по его производству.
Французский физик Лавуазье доказал, что фосфор является простым веществом. В таблице Менделеева он стоит под номером 15. Вместе с азотом, сурьмой, мышьяком и висмутом он относится к группе пниктидов и характеризуется как неметалл.
Элемент довольно распространенный в природе. В процентном соотношении в массе земной коры он занимает 13 место. Фосфор активно взаимодействует с кислородом и не встречается в свободном виде. Он существует в составе многочисленных минералов (больше 190), таких как фосфориты, апатиты и т.д.
Белый фосфор
Фосфор существует в виде нескольких форм или аллотропных модификаций. Они отличаются друг от друга плотностью, цветом и химическими свойствами. Обычно выделяют четыре главные формы: белый, черный, красный и металлический фосфор. Другие модификация представляют собой только смесь из вышеперечисленных.
Белый фосфор очень неустойчив. При нормальных условиях на свету он быстро переходит в красный, а высокое давление превращает его в черный. Его атомы расположены в виде тетраэдра. Он обладает кристаллической молекулярной решеткой, с формулой молекулы Р4.
Выделяю также жёлтый фосфор. Это не ещё одна модификация вещества, а название неочищенного белого фосфора. Он может иметь как светлый, так и темно-бурый оттенок и характеризуется сильной ядовитостью.
Свойства белого фосфора
По консистенции и внешнему виду вещество напоминает воск. Оно обладает чесночным запахом и жирное на ощупь. Фосфор мягкий (без особых усилий его можно разрезать ножом) и деформируется. После очищения становится бесцветным. Его прозрачные кристаллы радужно переливаются на солнце и похожи на алмазы.
Он плавится при 44 градусах. Активность вещества проявляется даже при комнатной температуре. Основная характеристика фосфора - его способность к хемилюминесценции или свечению. Окисляясь на воздухе, он излучает бело-зеленый свет, а со временем самовоспламеняется.
Вещество практически не растворяется в воде, но может гореть в ней при длительном контакте с кислородом. Оно хорошо растворяется в органических растворителях, например, в сероуглероде, жидком парафине и бензоле.
Применение фосфора
Человек «приручил» фосфор как в мирных, так и в военных целях. Вещество используют для производства фосфорной кислоты, которую применяют для удобрений. Раньше она широко использовалась для окраски шерсти, изготовления фоточувствительных эмульсий.
Белый фосфор применяется не очень широко. Основная его ценность в горючести. Так, вещество используют для зажигательных боеприпасов. Этот вид оружия был актуален во время обеих Мировых воин. Его применяли в войне в Газе в 2009 году, а также в Ираке в 2016 году.
Красный фосфор используется более широко. Из него делают топливо, смазочные материалы, взрывчатые вещества и головки спичек. Различные соединения фосфора используют в промышленности в средствах для смягчения воды, добавляют в пассиваторные средства, чтобы защитить металл от коррозии.
Содержание в организме и влияние на человека
Фосфор является одним из жизненно необходимых элементов для нас. В виде соединений с кальцием он присутствует в зубах и скелете, придавая костям твердость и прочность. Элемент присутствует в соединениях АТФ и ДНК. Он имеет важнейшее значение для деятельности мозга. Находясь в нервных клетках, он способствует передаче нервных импульсов.
Фосфор содержится в мышечной ткани. Он участвует в процессе преобразования энергии из белков, жиров и углеводов, поступающих в организм. Элемент поддерживает кислотно-щелочной баланс в клетках, осуществляется их деление. Он способствует метаболизму, крайне необходим во время роста организма и его восстановления.
Вместе с тем, фосфор может быть опасен. Сам по себе белый фосфор является очень токсичным. Доза выше 50 миллиграмм приводит к летальному исходу. Отравление фосфором сопровождается рвотой, головной и желудочной болью. Попадание вещества на кожу вызывает ожоги, которые заживают очень медленно и болезненно.
Избыток фосфора в организме приводит к ломкости костей, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, появлению кровотечений, анемии. От перенасыщения фосфором страдают также печень и система пищеварения.
Наверное, никто не станет возражать, что мифология современного человека подчиняется тем же законам, что и любая другая мифология. Разница, пожалуй, только в том, что различные предметы и субстанции, обладающие магическими и сверхъестественными свойствами, в сознании современного человека заменяются на научные и технологические достижения. Очень интересно рассмотреть в этом качестве белый фосфор – один из самых распространенных артефактов в легендах о Великой отечественной и Второй мировой войне. Ему нередко приписывают чуть ли не сверхъестественные свойства. Например, невероятно широко распространены легенды о якобы фосфорной начинке реактивных снарядов, которыми стреляли знаменитые «Катюши». К сожалению, большинство историков, в том числе военных – гуманитарии, и даже ученые степени не защищают их от естественной тяги к мифическим толкованиям реальности.
Прежде всего, по этому поводу надо сказать, что определенная загадка тут действительно есть. Танкисты, находящиеся внутри среднего танка T-IV, скорее всего отделаются легким испугом, если в метре-двух от него разорвется мощная фугасная бомба. Самое худшее – если осколок повредит ствол орудия, но, скорее всего, после окончания авианалета им придется менять пару траков у гусеницы или каток. Ударная волна фугасного заряда имеет температуру несколько сотен градусов, что маловато даже для легкого танка, а осколки противоснарядную броню просто не пробивают. У РС-а осколки имеют еще меньшую силу, они вообще не в счет, зато ударная волна принципиально другая. Ее температура в радиусе нескольких метров достигает двух тысяч градусов, что намного выше разных пределов устойчивости любых типов стали. Если на снимке тех лет виден, например, изогнутый ствол орудия или оплавленные края металлических деталей – можно не сомневаться, это результат воздействия РСов. В Брестской крепости показывали немецкий автомат, наполовину расплавленный и вдавленный в кирпичную стену такой волной. (При освобождении Бреста в 1944 году по крепости били «Катюши»). Обычные бризантные боеприпасы такую температуру создать не могут.
А тех, кто пытался выяснить причину этого необычного свойства советского чудо- , наверняка поражал и такой факт: хотя масса взрывчатки у РСов была в два раза меньше, чем у их аналогов, которыми стрелял «Небельверфер», урон они наносили несравнимо больший.
Впрочем, как и почему родилась легенда о фосфорной начинке РСов – загадка не менее удивительная. Ведь сам фосфор (ни белый, ни красный, ни черный) не является взрывчатым веществом, температуру горения он не увеличивает (для этого используют порошок алюминия или других металлов). Но эту загадку пусть разгадывают специалисты по мифологии, а мы сразу перейдем к техническим данным.
Так вот, как раз в составе самой начинки не было ничего необычного. Боевая часть РСа заполнялась тетранитропентаэритритом или тринитротолуолом – эти вещества были давно известны и немцам, и во всем мире. Они были начинкой большинства типов артиллерийских снарядов и авиабомб того времени. Ракетное топливо – пироксилиновый порох, специально разработанный талантливыми советскими химиками Филипповым и Сериковым, был уникален по рецептуре, но принципиально не отличался от большинства других бездымных порохов того времени.
Более того, в разгар Зимней войны, в конце 1939 года, финны передали немцам трофейный РС-82 и те его детально исследовали. На изготовление первого аналога ушло меньше года, а знаменитые шестиствольные реактивные минометы появились даже раньше «Катюш». Кстати, порох в немецких реактивных снарядах был даже технологичнее – при его производстве было меньше брака – и, по данным испытаний, проводившихся уже после войны, траектория полета немецких реактивных снарядов была более устойчивой, чем у их русских прототипов.
Так в чем же секрет? В боевой части советских реактивных снарядов был успешно реализован интерференционный эффект сложения двух детонационных волн: на противоположных сторонах отсека одновременно срабатывали два запала, дающих два центра детонации. В результате получалась высокотемпературная ударная волна высокой мощности. Одновременный разрыв нескольких таких снарядов усиливал температурный эффект, что еще больше способствовало увеличению поражающего воздействия.
Тем не менее во Второй мировой войне белый фосфор довольно часто использовался в качестве компонента огнесмесей и – намного реже – как самостоятельный поражающий фактор зажигательного оружия.
Сначала приведем отрывок из воспоминаний летчика Олега Васильевича Лазарева (О. Лазарев «Летающий танк. 100 боевых вылетов на Ил-2»):
«…Осматривая самолет, обратил внимание, что вместо бомб к нему подвозят ящики, сколоченные из неплотно сбитых досок, в которых просматриваются большие банки из светлой белой жести. «Что это?» – спросил я у оружейника. «Фосфор. Будете выливать его на фашистов». Я знал, что с «Ила» его можно выливать, но не знал, как это делается. Пришел инженер полка, следом за ним привезли ВАПы (выливной авиационный прибор). Тут же последовал инструктаж по их использованию.
Во второй половине дня наша эскадрилья пошла на задание. Вел ее Сеничкин. В составе группы летел и я. Полет с ВАПами в полку выполнялся впервые, поэтому Хромова беспокоил взлет, особенно после случая со мной. Машины будут взлетать в перегрузочном варианте. Выливной прибор громоздкий, поэтому он ухудшает аэродинамику самолета. Увеличивается лобовое сопротивление и уменьшается скорость полета, но главное, увеличивается длина разбега, что небезопасно при ограниченной длине нашей полосы.
Чтобы как-то облегчить машину, командир решил высадить воздушных стрелков и полет выполнять одним летчиком. На случай встречи с истребителями противника он попросил увеличить количество истребителей прикрытия. Перед вылетом на земле отработали боевой порядок группы на маршруте, при подходе к цели и в момент атаки. Удар предстояло нанести по колонне техники на дороге Брянск – Рославль и в месте ее скопления у переправы через Десну. Цель была узкой, поэтому выливание фосфора решили проводить парами. Рассчитали высоту, дистанцию между парами, начало выливания, обеспечивающее наибольшую эффективность поражения объекта. Полет выполнялся без каких-либо отклонений от разработанного плана. Выглядел он эффектно и зрелищно, как в кино. При подлете к цели с автомашин, танков и зенитных установок велся сильный огонь. Стреляли даже солдаты из винтовок.
Снопы искр от рикошетировавших о броню пуль летели, как с наждачного точила. Но стоило появиться длинным шлейфам огня, лившимся на землю из самолетов Сеничкина и Ершова в виде горящих шаров размером с хоккейный мяч, за которыми тянулись белые хвосты дыма, сразу же превращавшиеся в сплошное плотное облако, как огонь с земли сразу, точно по команде, прекратился. Летчики последующих пар, шедшие за ними на удалении 300–350 метров, хорошо видели бежавших от дороги фашистов. Но, остановленные огнем, они ложились головой вниз и терялись в дыму… …Там, где стояли танки, автомашины и, конечно же, фашисты, скопившиеся у разрушенной переправы возле Жуковки, образовалось большое белое облако. Поставленную задачу эскадрилья выполнила…»
Здесь стоит, прежде всего, обратить внимание на фразу: «Но стоило появиться длинным шлейфам огня… …как огонь с земли сразу, точно по команде, прекратился». Во время штурмовки «Илами» колонн с техникой паника у немцев была, в общем-то, делом обычным, но не с первого захода. Как правило, штурмовики сначала встречал плотный огонь из всех видов оружия, подавить который удавалось далеко не всегда. В данном же случае, немцы, увидев белый шлейф, медленно опускающийся вслед за первым штурмовиком, полностью потеряли способность к сопротивлению и бросились бежать. Видимо слава белого фосфора летела впереди «Илов», не смотря на то, что дело происходит осенью 41 года, когда еще этих штурмовиков на фронте было не так уж много. (Впрочем первыми белый фосфор на немцев еще в июле стали сбрасывать ночные бомбардировщики Пе-2, но вскоре отказались от его применения из-за слишком большой опасности для самих самолетов).
В самом деле, белый фосфор – действительно страшное оружие. При горении он размягчается, тянется и устойчиво прилипает ко всем поверхностям. Потушить его практически невозможно. Раны и ожоги от него чрезвычайно опасны – при попадании на кожу практически неминуемы ожоги третьей и четвертой степени, глубокий некроз тканей, поражения костей и костного мозга. При попадании белого фосфора на бронетехнику возникает не только опасность воспламенения паров бензина – почти наверняка это означает гибель экипажа, так как продукты горения по токсичности не уступают боевым отравляющим веществам, а радиус их действия даже в безветренную погоду достигает десятков метров. Пары фосфорного ангидрида при низкой влажности могут быть устойчивы несколько часов, стелются по земле, сгущаются на поверхностях, особенно на металлических, и снова испаряются.
Отдельным поражающим эффектом является и психологический шок – по последствиям также не уступающий результатам применения отравляющих веществ. Раненые с ожогами от фосфора, особенно с ожогами легких, – настоящий кошмар военных госпиталей: их жуткие крики и стоны на фоне бессилия врачей навсегда закрепляются в памяти выздоравливающих, отправляющихся на передовую с новыми порциями слухов-страшилок…
Понятно, что эти факты и вызываемый ими страх делают фосфор во-первых идеальным артефактом любой мифологии, а во-вторых очень убедительным аргументом против более сильного и самоуверенного противника. Не случайно использование в военных целях белого фосфора начинается в девятнадцатом веке во время различных восстаний и бунтов. Так в Ирландии повстанцы применяли его против британских военных и полицейских – и получалось довольно убедительно. В Первой Мировой войне практически все воюющие стороны использовали зажигательные пули с белым фосфором, особенно, для стрельбы по воздушным целям. Известны также гранаты, снаряды и бомбы, начиненные фосфором.
Однако, несмотря на сильное впечатление, производимое на противника такими боеприпасами, уже во время Второй Мировой войны белый фосфор как самостоятельный поражающий компонент применялся очень редко, достоверных сведений о таких фактах очень мало. Область применения сузилась: широко он применялся только как инициирующий (самовоспламеняющийся) компонент различных огнесмесей в зажигательном оружии.
«…Насколько эффективным был наш вылет, мы не знали. Могли только предполагать. Но, видимо, урон врагу нанесли немалый. Иначе немецкое командование в ультимативной форме не потребовало бы прекратить применение фосфора. Они заявили, что в противном случае будут использовать химическое оружие. Не уверен в достоверности этих слухов, но вылетов с ВАПами полк больше не делал. После нашего вылета весь полк два дня простоял в полной боевой готовности со снаряженными ВАПами. На третий их сняли, фосфор от самолетов убрали, и до конца войны мы его больше не видели…»
Слухи, доходившие до передовой, были не беспочвенны: действительно, осенью 1941 года через Швейцарский Красный Крест в Москве велись переговоры о запрещении фосфорных боеприпасов. Однако применение фосфора советскими ночными бомбардировщиками и штурмовиками довольно часто упоминаются в воспоминаниях и других летчиков, воевавших на разных фронтах (в частности у Василия Емельяненко, который летал на «Иле» еще с лета 1941 года). В целом факты применения белого фосфора были хоть и не многочисленны, но довольно регулярны.
Договоренности между правительствами воюющих стран были, конечно, важным сдерживающим фактором, но не они, в конечном счете, помешали фосфорным боеприпасам стать массовым оружием Второй мировой. Одну из истинных причин невольно указал автор приведенного выше отрывка: «…выливной прибор громоздкий, поэтому он ухудшает аэродинамику самолета…». Он еще не упомянул, что применять ВАП-ы нужно было на бреющем полете, с минимальной высоты, желательно 25 метров, что очень опасно для самих штурмовиков. Кроме того, при попадании даже небольших количеств фосфора на обшивку самолет в самом лучшем случае ожидал капитальный ремонт. Доставка компонентов фосфорного оружия в прифронтовых условиях тоже требовала специальных мер, обеспечение которых обходилось слишком дорого.
Несмотря на этот довольно ограниченные масштабы применения фосфора советскими штурмовиками в начальный период войны, эти факты породили множество ярких легенд и фантастических историй в народной и сетевой мифологии. Большая часть из них основана на элементарной терминологической путанице. Например, почти повсеместно такими авторами упоминаются, сбрасываемые «Илами» жестяные ампулы АЖ-2 с якобы «фосфорной» самовоспламеняющейся смесью КС.
Это очень типичный пример устойчивого заблуждения, бороться с которым, в общем-то, бесполезно, но попробуем еще раз.
Болванка современного американского подкалиберного бронебойного снаряда выполнена обычно из уранового сплава, но ведь из этого не следует, что американцы применяли ядерное оружие в Ираке или в Югославии.
Точно также и фосфор, растворенный в углеводородах, или находящийся в запальной ампуле зажигательного боеприпаса, является инициирующим элементом, а не поражающим. Он действительно широко использовался в различном зажигательном оружии и в составе огнесмесей, но добавлялся исключительно для самовозгорания при контакте с воздухом. Его количества было недостаточно для создания особого поражающего эффекта. Более того, присутствие фосфора даже в небольшом количестве в составе огнесмеси, конечно, делает ее продукты горения более ядовитыми и опасными, но физические качества самой смеси ухудшаются. В качестве самовоспламеняющегося на воздухе компонента огнесмесей более эффективным и удобным (особенно в зимнее время) оказался сероуглерод. Тоже, кстати, очень ядовитое и опасное соединение – и именно его чаще всего использовали в рецептах многих КС и «коктейлей Молотова».
Поэтому, встречая в источниках название «фосфор» или «фосфорная смесь», нужно относиться к ним очень осторожно – в 90 % случаев его можно заменить на «фосфорсодержащая смесь».
Еще в большей мере это касается немцев. У них большинство зажигательных смесей (включая применявшиеся в ранцевых огнеметах) были фосфорсодержащими. Отсюда многочисленные свидетельства того, как они буквально «заливали фосфором» советские окопы, укрепления и бронетехнику.
Гранулированный белый фосфор немцы, впрочем, тоже пробовали применять (правда, позднее – в середине 42 года), но видимо, неуспешно, так как свидетельства единичны и недостоверны. Скорее всего, для эскадрилий немецких пикировщиков применение фосфорных зажигательных бомб было просто слишком неудобно. «Штуки» на Восточном фронте постоянно работали в режиме «пожарной команды», делая в хорошую погоду по нескольку вылетов в день. Они гораздо чаще, чем советские штурмовики, меняли аэродромы. Снабжение боеприпасами и технические службы работали практически круглосуточно в экстремальном режиме. А бомбу-контейнер с белым фосфором нужно везти отдельным транспортом, ее установка требует долгой и квалифицированной работы специальной команды техников. Те задачи, которые «Юнкерсы» решали на поле боя, просто не могли ждать, и для них вполне достаточно было обычных боеприпасов.
Для бомбардировки же укреплений, гражданских зданий и промышленных объектов немцами эффективно применялись термитные бомбы (жители советских городов называли их «зажигалки»).
В то же время в немецких мемуарах и исторических исследованиях очень часто встречаются свидетельства об использовании фосфора авиацией союзников, главным образом, против гражданского населения.
Так что в целом можно сказать, что для применения белого фосфора не были разработаны и подготовлены в достаточной мере специальные боеприпасы, техника, средства хранения и транспортировки. А еще сказывался дефицит специально обученных людей, особенно техников-оружейников. Во многом аналогичная картина была и во время Первой Мировой – несмотря на то, что тогда еще не было и в помине никаких международных договоренностей и конвенций, фосфор все же применялся довольно ограниченно. К счастью, к началу Второй Мировой войны ни одна из сторон тоже не была готова технически и организационно к его массовому использованию. Большая часть специальных зажигательных средств и боеприпасов либо создавалась в экстренном порядке перед самой войной, либо уже после ее начала. В большинстве своем они носили экспериментальный характер, были несовершенны и слишком опасны в использовании. По мере совершенствования зажигательного оружия (в том числе, ампул для смесей «КС») и появления более удобных и надежных в использовании компонентов (как сероуглерод) белый фосфор довольно быстро терял свою актуальность.
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.
В темной комнате или ночью на улице попробуйте сделать такой простой опыт. Не очень сильно, так, чтобы не загорелась спичка, чиркните ею по спичечной коробке. Вы заметите, что некоторое время на терке будет виден светящийся путь от спички. Это светится белый фосфор. Но каждый, кто помнит уроки химии средней школы, может сказать: «Позвольте, в производстве спичек применяется красный, а не белый фосфор». Правильно! В терке спичечной коробки белого фосфора нет, есть красный, который в результате реакции, происходящей между красным фосфором, находящимся на поверхности спичечной коробки, и бертолетовой солью, заключенной в спичечной головке, в момент трения нагревается и в небольшом количестве переходит в белый.
Фосфор может существовать в нескольких формах, или, как говорят, в нескольких модификациях.
Белый фосфор — твердое кристаллическое вещество, причем в химически чистом виде кристаллы белого фосфора совершенно бесцветны, прозрачны и очень хорошо преломляют свет. На свету они быстро желтеют и утрачивают прозрачность. Поэтому в обычных условиях фосфор внешне очень похож на воск, но тяжелее его (плотность белого фосфора 1,84). На холоду фосфор хрупок, но при комнатной температуре сравнительно мягок и легко режется ножом. При 44° С белый фосфор плавится, а при 280,5° С кипит. Белый фосфор, окисляясь кислородом воздуха, светится в темноте и легко воспламеняется при слабом нагревании, например от трения.
Температура воспламенения совершенно сухого и чистого фосфора близка к температуре человеческого тела. Поэтому его хранят только под водой. В первую мировую войну белый фосфор использовался в качестве зажигательного материала в артиллерийских снарядах, авиационных бомбах, гранатах, пулях.
Красный фосфор, в противоположность белому, или желтому, как его иногда называют, не ядовит, на воздухе не окисляется, в темноте не светится, в сероуглероде не растворяется и загорается только при 260°С. Красный фосфор получается из белого путем длительного нагревания без доступа воздуха при 250-300°С.
История открытия фосфора
Картина Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор» предположительно описывающая открытие фосфора Хеннигом Брандом
В поисках эликсира молодости и попытках получения золота алхимик XVII столетия Геннинг Бранд из Гамбурга пытался изготовить «философский камень» из мочи. Для этой цели он выпарил большое количество ее и полученный после упаривания сиропообразный остаток подверг сильному прокаливанию в смеси с песком и древесным углем без доступа воздуха.
В результате Бранд получил вещество, обладающее необыкновенными свойствами: оно светилось в темноте; брошенное в кипящую воду, выделяло пары, загоравшиеся на воздухе с выделением густого белого дыма, растворявшегося в воде с образованием кислоты.
Интерес к новому вещества был огромный, и Бранд надеялся извлечь из своего открытия изрядную прибыль: недаром он был в прошлом гамбургским купцом. Сохраняя способ изготовления в строжайшей тайне, Бранд показывал новое вещество за деньги, а желающим продавал его небольшими порциями только за чистое золото. Спустя некоторое время Бранд продал также и секрет изготовления фосфора дрезденскому химику Крафту, который, подобно Бранду, стал ездить по дворцам влиятельных особ, показывая фосфор за деньги, наживая огромное состояние.
Чудеса со свечением и воспламенением фосфора
После открытия фосфора его способность светиться в темноте была вновь использована, но для других целей. На этот раз фосфором стали промышлять представители религиозных культов. Рецепты использования фосфора были самые разнообразные. Например, в расплавленный, но уже загустевший воск или парафин добавляли небольшое количество белого фосфора. Из полученной смеси формовали карандаши, которыми делали надписи на стенах храмов и иконах. Ночью были видны «таинственные надписи». Фосфор, медленно окисляясь, светился, а парафин, защищая его от быстрого окисления, увеличивал продолжительность явления.
Растворяли белый фосфор в бензоле или сероуглероде. Полученным раствором смачивали фитили свечей или лампад. После испарения растворителя белый фосфор загорался, а от него воспламенялся фитиль. Так фабриковалось «чудо», именуемое «самовоспламенением свечей».
Блуждающие огни на болотах и кладбищах
Одним из интересных соединений фосфора является газообразный фосфин, особенность которого состоит в том, что он легко воспламеняется на воздухе. Это свойство фосфина объясняет появление болотных, блуждающих или могильных огней. Огни на болотах и свежих могилах действительно бывают. Это не фантазия и не выдумка. В теплые темные ночи на свежих могилах иногда наблюдаются бледно-голубоватые, слабо мерцающие огоньки. Это «горит» фосфин. Образуется фосфин при гниении отмерших растительных и животных организмов.