Древние философы относили воздух к числу важнейших стихий, из кото­рых построен мир. Леонардо да Вин­чи (1452—1519), изучая процессы го­рения, отмечал, что воздух состоит из различных «частей» (веществ), но только одна из них расходуется при горении. Подобную мысль высказыва­ли и другие учёные XVI—XVIII вв. Однако кислород открыли лишь в 70-х гг. XVIII столетия неза­висимо друг от друга англий­ский химик Джозеф Прист­ли и его шведский коллега Карл Шееле.

Мышьяк. Его природные соедине­ния необычайно красивы. Это суль­фиды — красный реальгар As₄S₄ (от араб, «рахдж аль гхар» — «пыль пе­щеры, рудника») и золотисто-жёлтый аурипигмент As₂S₃, которые упомина­ются уже античными авторами. Алхи­мики считали, что мышьяк является составной частью всех металлов. Осо­бое отношение к мышьяку в Средние века объясняется не только тем, что многие его соединения ядовиты, но также и способностью этого элемен­та «превращать медь в серебро». Ког­да в расплавленную медь добавляют мышьяк, она приобретает белый цвет, становясь похожей на серебро. Выде­ление мышьяка в виде простого ве­щества традиционно связывают с именем теолога и алхимика XIII в. Аль­берта Великого. Русское название эле­мента — это, по-видимому, иска­жённое «мышиный яд», «мышь-яд». Латинское Arsenicum происходит от греческого наименования сернистых соединений мышьяка. «Арсеникон» по-гречески означает «сильный», «мужественный» — такую дань благогове­ния воздали древние исключительно ядовитым соединениям мышьяка.

Пожалуй, самое известное применение висмута — легкоплавкие сплавы на его основе. Чаше других используют сплав Вуда, содержащий 50 % висмута, 25 % свинца и по 12,5 % олова и кадмия. Плавится он уже при 69 °С, хотя каж­дый из исходных металлов имеет зна­чительно более высокую температуру плавления (Bi — 271 °С, Pb — 327 °С, Sn — 232 °С, Cd — 321 °С). Подобные сплавы применяют в качестве легко­плавких припоев, предохранителей в электрической аппаратуре.

Все знают, как трудно свернуть в кольцо или спираль металлическую тру­бочку с тонкими стенками, не сплющив её. Если же предварительно залить в слегка разогретую трубочку сплав Вуда, то после застывания ей можно без тру­да придать нужную форму. А затем,

снова разогрев, вылить легкоплавкий состав.

Рассказывают о шутнике, который изготовлял из сплава Вуда чайные лож­ки. В руках ничего не подозревающих простаков они неожиданно стекали на дно стакана с горячим чаем.

Чтобы зафиксировать ядерные реакции, рождение и гибель эле­ментарных частиц, используют сложные физические приборы, позволяющие увидеть это в особой среде, например в переохла­ждённых парах воды или спирта. Пролетающая частица вызыва­ет вдоль своего пути конденсацию охлаждённых паров в виде кро­шечных капелек тумана. В электрическом или магнитном поле следы заряженных частиц — треки — искривляются. Их можно сфотографировать. Один из таких снимков был сделан в 1952 г. Очень похожая «фотография» была получена в домашних условиях школьником из Красноярска Александром Сироткиным. Вот что рассказал юный химик:

«Фотографию „деления ядра" я сделал дома, без всяких при­боров. И каждый желающий может повторить мой опыт. Нужны только порошок сурьмы да пара листов бумаги. Порошок мож­но приготовить из куска сурьмы, измельчив его в ступке или же разбив молотком, — ведь это вещество хрупкое. В клочок газет­ной бумаги размером примерно 1,5х2 см надо завернуть немно­го порошка и туго закрутить наподобие кулька. На пол положи­те лист белой бумаги. Взяв кулёк пинцетом за свободный конец, поднесите зажжённую спичку к тому месту, где находится сурь­ма, и не убирайте, пока она не расплавится и не начнёт окислять­ся, выделяя белый дым. Всё это проделывайте над чистым листом белой бумаги, на который раскалённая сурьма и должна упасть, разбегаясь огненными шариками. При этом на листе останутся следы, похожие на треки заряженных частиц. Огненные шарики сурьмы, скользящие по бумаге на газовой подушке, просто-на­просто обугливают её. И пол при этом не портится — следы от горящей сурьмы лег­ко стираются тряпкой. И всё же, конечно, лучше его не пачкать, подложив под лист бумаги фанерку или картон».

(XII в.) открыл фос­фор при перегонке мочи в смеси с глиной, известью и углём. Однако достоверное открытие и описание свойств этого вещества принадлежит гамбургскому алхимику-любителю Хеннигу Бранду (около 1630—1730). В 1669 г. Бранд был занят поиском ма­гической жидкости, с помощью кото­рой можно превращать неблагород­ные металлы в золото. В одном из экспериментов он пытался получить её из большого количества мочи, предварительно собранной в солдат­ских казармах. При нагревании этой жидкости Бранду удалось выделить тя­жёлое красное масло, которое перего­нялось с образованием твёрдого ос­татка. Нагревая последний без доступа воздуха, он заметил образование бе­лого дыма, оседавшего на стенках со­суда и ярко светившегося в темноте. Бранд и назвал полученное им веще­ство фосфором, что в переводе с гре­ческого означает «светоносец».

Ортофосфорная кислота является трёхосновной кислотой, средней силы по первой ступени и слабой по второй и третьей.

Всем этим трём анионам (РО₄^3-, НРО₄^2-, Н₂РО₄^-) соответствуют различные соли — кислые, средние или основные.

При смешении растворов хлорида кальция и ортофосфата натрия (среда сильнощелочная в результате гидроли­за соли) образуется осадок основного фосфата кальция — минерал апатит:

Строение ортофосфорной кислоты и метафосфорных кислот.

Оксид фосфора(IV) и фосфорную кислоту получил и иссле­довал немецкий химик Андреас Cuгизмунд Маргграф. Оксид фосфора (V) жадно поглощает воду, переходя в метафосфорную кислоту НРО₃, — на этом основано его ис­пользование в качестве осушителя. Известно несколько метафосфорных кислот с обшей формулой (НРО₃)_x, где х=4 (тетраметафосфорная кислота), 6 (гексаметафосфорная кислота) или бесконечности (полиметафосфорные кисло­ты). При кипячении раствора метафосфорных кислот свя­зи между отдельными фосфор-кислородными тетраэдрами разрываются, и метафосфорная кислота переходит в ортофосфорную кислоту H₃PO₄. В растворе для фосфорных кислот (в противоположность азотной кислоте) проявление окислительных свойств не характерно.

В теле человека массой 70 кг содержится около 780 г фосфора. В виде фосфатов кальция фосфор присутствует в костях человека и животных. Входит он и в состав белков, фосфолипидов, нуклеиновых кислот; соеди­нения фосфора участвуют в энергетическом обмене (аденозинтрифосфорная кислота, АТФ). Ежедневная потребность человеческого организма в фосфоре составляет 1,2 г. Основное его количество мы потребляем с мо­локом и хлебом (в 100 г хлеба содержится примерно 200 мг фосфора). Наи­более богаты фосфором рыба (180 мг в 100 г продукта), фасоль (540 мг на 100 г продукта), некоторые виды сыра (до 600 мг на 100 г продукта). Интересно, что для правильного питания необходимо соблюдать ба­ланс между количеством потребляемого фосфора и кальция: оптималь­ное соотношение этих элементов в пище составляет 1,5:1. Избыток бо­гатой фосфором пиши приводит к вымыванию кальция из костей, а при избытке кальция развивается мочекаменная болезнь.

Зажигательная поверхность спичечного коробка покрыта смесью красно­го фосфора и порошка стекла. В состав спичечной головки входят окис­лители (PbO₂, КСlО₃, ВаСrO₄) и восстановители (S, Sb₂S₃). При трении о за­жигательную поверхность смесь, нанесённая на спичку, воспламеняется. Первые фосфорные спички — с головкой из белого фосфора — были созданы лишь в 1827 г. Такие спички загорались при трении о любую по­верхность, что нередко приводило к пожарам. Кроме того, белый фосфор очень ядовит. Описаны случаи отравления фосфорными спичками как из-за неосторожного обращения, так и с целью самоубийства: для этого дос­таточно было съесть несколько спичечных головок. Вот почему на смену фосфорным спичкам пришли безопасные, которые верно служат нам и по сей день. Промышленное производство безопасных спичек началось в Шве­ции в 60-х гг. XIX в.

В старину для добычи селитры использовали солевые наросты, покрывавшие сырые стены каменных постро­ек. В начале лета их соскребали, добавляли поташ и ва­рили, а затем кристаллизовали. Из смеси нитратов ам­мония и кальция, содержащихся в этих наростах, образовывался нитрат калия — калийная селитра:

2NH₄NO₃+К₂СО3®^t°2KNO₃+2NH₃+СО₂+Н₂О

Ca(NO₃)₂+К₂СО₃ ®^t°2KNO₃+СаСО₃.

Начиная с XV в. селитру стали получать из «сели­тряниц» — специальных ям, заполненных органически­ми отходами. Содержимое селитряниц, в которых об­разовывался нитрат аммония, подвергали варке с поташом.

Владимир Иванович Даль в «Толковом словаре жи­вого великорусского языка» (1882 г.) даёт следующие толкования слов «селитра», «поташ» и связанных с ни­ми понятий:

С азотной кислотой взаимодействуют практически все металлы разной хими­ческой активности (исключение состав­ляют благородные металлы — платина, золото, рутений, родий, осмий и ири­дий). В отличие от других кислот, в ре­акциях HNO₃ с металлами водород, как правило, не выделяется. Продуктами восстановления НNО₃ являются оксиды азота в различных степенях окисления, свободный азот или ион аммония — в зависимости от активности металла. Состав этих продуктов определяется концентрацией кислоты (чем она выше, тем в меньшей степени протекает вос­становление) и природой металла (чем активнее металл, тем полнее протекает восстановление кислоты). Следователь­но, наиболее полного восстановления (до иона аммония) можно добиться, ис­пользуя очень разбавленную, 1—3-про­центную, азотную кислоту.

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий) при комнатной температу­ре с концентрированной азотной кис­лотой не взаимодействуют: они пасси­вируются, так как на их поверхности образуется тонкая защитная плёнка соли. Даже барий, активно реагиру­ющий с водой, может спокойно лежать на дне стакана с концентрированной азотной кислотой, поскольку покрыва­ется коркой нитрата бария, практи­чески нерастворимого в этой кислоте.

Глядя на литровые банки с бесцвет­ной, ничем не примечательной жид­костью, трудно представить, какая разрушительная сила таится за стек­лянными стенками. Азотная кисло­та — настолько сильный окислитель, что некоторые органические вещест­ва (в частности, скипидар) при сопри­косновении с ней воспламеняются.

Безводная азотная кислота HNO₃ — бесцветная летучая жидкость (t_кип=83 °С; из-за летучести безводную кислоту называют «дымящей») с рез­ким запахом. В лаборатории её полу­чают по методу Глаубера — действи­ем на селитру концентрированной серной кислоты. При нагревании азотная кислота переходит в пар, ко­торый конденсируется в приёмнике, охлаждаемом льдом.