Фосфор

Фосфор (от древне-греческого φῶς — свет и φέρω — несу; φωσφόρος — светоносный; латинский- Phosphorus) — минерал, химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) третьего периода периодической системы Д.И. Менделеева; имеет атомный номер 15. Элемент входит в группу пниктогенов. Фосфор — один из распространенных элементов земной коры: его содержание составляет 0,08—0,09% ее 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 Ca5(PO4)3(F,Cl,OH), фосфорит и другие. Фосфор входит в состав важнейших биологических соединений — фосфолипидов. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК).

В 1669 году Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнем». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «φώς» — свет и «φέρω» — несу. В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор, др.-греч. Φωσφόρος) носил страж Утренней звезды. Элементарный фосфор при нормальных условиях существует в виде нескольких устойчивых аллотропических модификаций. Все возможные аллотропные модификации фосфора пока (2016 г.) до конца не изучены. Традиционно различают четыре его модификации: белый, красный, черный и металлический фосфор. Иногда их еще называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные описываемые модификации являются смесью этих четырех.

Общая информация

При стандартных условиях устойчивы только три аллотропических модификации фосфора (например, белый фосфор термодинамически неустойчив (квазистационарное состояние) и переходит со временем при нормальных условиях в красный фосфор). В условиях сверхвысоких давлений термодинамически устойчива металлическая форма элемента. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим и химическим характеристикам, особо, по химической активности. При переходе состояния вещества в более термодинамически устойчивую модификацию снижается химическая активность, например, при последовательном превращении белого фосфора в красный, потом красного в черный (металлический).

Клапрот и Пруст доказали, что фосфор широко распространен в земной коре, главным образом в виде фосфата кальция. В земной коре фосфор встречается в виде соединений. Это главным образом малорастворимые соли ортофосфорной кислоты; катионом чаще всего служит ион кальция. На долю фосфора приходится 0,08% веса земной коры. 13-е место среди всех элементов занимает по распространенности. Фосфор содержится не менее чем в 190 минералах, из которых главнейшие: фторапатит— Са5(РO4)3F, гидроксилапатит—Са5(РO4)3ОН, фосфорит — Са3(РO4)2.

История

Гамбургский алхимик Хенниг Бранд в 1669 году открыл фосфор. Как и другие алхимики, Бранд пытался философский камень отыскать, а получил светящееся вещество. Алхимик сфокусировался на экспериментальных работах с человеческой мочой, так как предполагал, что она, обладательница золотистого цвета, содержит золото или что-то нужное для его добычи. Первоначальный его способ заключался в том, что моча отстаивалась несколько дней, пока не пропадет неприятный запах, а затем доводилась кипячением до клейкого состояния. Нагревая до высоких температур эту пасту и доводя до появления пузырьков, Бранд надеялся, что, после конденсирования, они будут содержать золото. Несколько часов интенсивного кипячения привело к получению крупиц белого воскоподобного вещества, ярко горящего и к тому же мерцающего в темноте. Бранд дал название этому веществу phosphorus mirabilis (от латинского «чудотворный носитель света»). Открыв фосфор Бранд сделал первое открытие нового элемента со времен античности.

Открытие укрепило веру Хеннига Бранда, что «первичная материя» находится в человеческой моче. В солдатских казармах собрал несколько бочек мочи. Затем алхимик Бранд подверг собранную мочу медленному выпариванию. В результате этой процедуры получилась сиропообразная жидкость, которую дважды подверг дистилляции. В итоге получилась некая субстанция, которую назвал он «мертвая голова». Далее Бранд без доступа воздуха прокаливал «мертвую голову» с углем и песком. Нагрев этого продукта приводил к образованию белой пыли, оседавшей медленно на дно реторты и в темноте светившейся. Бранд с радостью принял полученное вещество за «первичную материю» и назвал фосфором, иначе светоносцем. Пытаясь найти философский камень, в 1669 году ученый выделил новый минерал.

Бранд тут же начал эксперименты по превращению в золото полученного вещества (или с его помощью других веществ), однако эти попытки к желаемому результату не привели. Хеннинг Бранд нашел иной путь превратить результаты труда в «золото». Огромный интерес в обществе вызвало открытие фосфора. Бранд открыл активную торговлю, выставляя цену дороже золота и сохраняя в тайне способ получения фосфора. Поняв, что сохранить свой секрет долго не сможет, продал технологию получения фосфора И. Кункелю и дрезденскому химику Д. Крафту за 200 талеров. Купив у Х. Брандта секрет получения фосфора, ученый улучшил способ получения элемента, подробно описав свойства фосфора, публично продемонстрировал опыты с ним.

Фосфор получил Р. Бойль независимо от Бранда и Кункеля, описал 14 октября 1680 года элемент в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», а опубликовал в 1693 году. Более совершенный способ получения фосфора Андреасом Маргграфом опубликован в 1743 году. Существуют данные, подтверждающие умение получать фосфор еще арабскими алхимиками в XII веке. Лавуазье доказал, что фосфор это простое вещество. В 1715 году наличие фосфора в мозговой ткани установил Генсинг. После опытовМаргграфа история элемента стала историей многих больших открытий. Фосфору много лет спустя присвоен номер 15 элемента периодической таблицы.

Содержание большого количества фосфора в костях доказал в 1769 году Ю. Ган. Через два года это же подтвердил знаменитый шведский химик К. Шееле, который предложил способ получения фосфора из золы, получающейся при обжиге костей. Несколькими годами позже Ж. Л. Пруст и М. Клапрот, занимаясь исследованиями различных природных соединений, доказали, что фосфор имеет широкое распространение в земной коре, в основном в виде фосфата кальция. Заметных успехов достиг в изучении свойств фосфора в начале 70-х годов XVIII века 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 флогиотической форме стояла на голове». О работах Лавуазье в предисловии ко второму тому «Капитала» так писал Фридрих Энгельс.

В 1799 году Дондональд доказал необходимость для нормального развития растений соединения фосфора. В 1839 году англичанин Лауз впервые получил фосфорное удобрение, легко усвояемое растениями, получившее название суперфосфат. Немецкий химик Шреттер в 1847 году, нагревая белый фосфор без доступа воздуха, открыл новую разновидность (аллотропную модификацию) элемента № 15 — красный фосфор. П. Бриджмен выделил похожий на графит черный фосфор, изучая влияние высоких давлений на разные вещества. Это основные вехи истории элемента № 15. Проследим, что последовало за каждым из этих открытий.

В организме

Фосфор — аналог азота. Физические и химические свойства элементов сильно различаются, есть у них и общее, это необходимость животным и растениям. Фосфор академик А. Е. Ферсман назвал «элементом жизни и мысли». Фосфор найден буквально во всех органах зеленых растений: в корнях, стеблях, листьях, а больше всего его в семенах и плодах. Фосфор накапливается растениями, а те снабжают им животных.

Фосфор сосредоточен в скелете, мышцах и нервной ткани организма животного. Из продуктов питания фосфором особенно богат желток куриных яиц. Тело человека содержит в среднем около 1.5 килограмма элемента №15. 1,4 килограмма из этого количества приходится на кости, примерно 130 грамм — на мышцы и 12 грамм — на нервы и мозг. Важнейшие физиологические процессы, происходящие в нашем организме, связаны с превращением фосфорорганических веществ. В состав костей фосфор входит в виде фосфата кальция. Зубная эмаль это тоже соединение фосфора. Состав и кристаллическое строение соответствует важнейшему минералу фосфора апатиту Са5(РO4)3(ОН, F, CI)2.

В живых клетках фосфор присутствует в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, фосфопротеидов, фосфолипидов, нуклеиновых кислот, ферментов, коферментов. Кости человека состоят из гидроксилапатита 3Са3(РО4)3·Ca(OH)2. В состав зубной эмали входит фторапатит. Главную роль играет печень в превращениях соединений фосфора в организме человека и животных. Обмен фосфорных соединений регулируют гормоны и витамин D. Недостаток фосфора в организме приводит к различным заболеваниям костей. Практически нетоксичен красный фосфор, токсичность которому придают примеси белого фосфора. Попадая в легкие, пыль красного фосфора вызывает пневмонию хронического действия. Ядовит белый фосфор, растворяется в липидах. Смертельная доза белого фосфора от 50 до 150 мг. Тлеющий белый фосфор, попадая на кожу, дает тяжелые ожоги.

Жжение во рту и желудке, головная боль, слабость, рвота признаки характерные при остром отравлении фосфором. Через двое или трое суток развивается желтуха. Нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем характерны для хронических форм. Промывание желудка, очистительные клизмы, слабительное, внутривенно растворы глюкозы первая помощь при остром отравлении. При ожогах кожи рекомендуется обработать растворами медного купороса или соды пораженные участки. ПДК паров фосфора в питьевой воде — 0,0001 мг/дм³, в воздухе производственных помещений – 0,03 мг/м³, временно допустимая концентрация в атмосферном воздухе — 0,0005 мг/м³. Соединения фосфора ,такие как фосфин, токсичны. Известны соединения фосфора, выполняющие функции боевых отравляющих веществ, табун, зарин, зоман,V-газы.

Содержание в пище

Мг на 100 г

Очищенное конопляное семя 1650

Семена тыквы(ядра) 1233

Семена подсолнечника(ядра) поджаренные 1158

Горчичный порошок 828

Кунжут (очищенный) 774

Семена дыни 755

Какао-порошок 734

Твердый пармезан 694

Семена подсолнечника(ядра) сушеные 660

Семена льна 642

Семена лотоса 626

Сыр швейцарский нежирный 605

Кешью сырые 593

Орехи пили 575

Грецкий орех черный 513

Печень говяжья тушеная 497

Фисташки сырые 490

Миндаль 481

Карп 415

Фасоль 407

Арахис 397

Сыр рокфор 392

Мука из цельного зерна 357

Говядина 324

Молоко сухое 790

Куры 298

Печень говяжья 339

Мозги говяжьи 342

Гречка 298

Овес 361

Перловка 323

Горох 226

Халва тахинная 402

Халва подсолнечная 292

Какао-порошок 771

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *