СBETOHOCEЦ ФОСФОР

Наука » Химия

(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».

Следующий за азотом элемент пятой группы, фосфор, был открыт на несколько столетий раньше своего предшественника по подгруппе. По иронии судьбы фосфор открывали несколько раз, причём всякий раз получали его из... мочи. Есть упомина­ние о том, что арабский алхимик Альхильд Бехиль

РЕЦЕПТ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОРТОФОСФАТОВ

Наука » Химия

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

Всем этим трём анионам (РО43-, НРО42-, 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:

РЕЦЕПТ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОРТОФОСФАТОВ

Строение ортофосфорной кислоты и метафосфорных кислот.

БЕСКОНЕЧНАЯ МЕТАФОСФОРНАЯ КИСЛОТА

Наука » Химия

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.

ФОСФОР В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Наука » Химия

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.

СПИЧКИ

Наука » Химия

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.

СЕЛИТРА И ПОТАШ

Наука » Химия

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:

2NH4NO32СО3®t°2KNO3+2NH3+СО22О

Ca(NO3)22СО3 ®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:

АЗОТНАЯ КИСЛОТА И МЕТАЛЛЫ

Наука » Химия

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.

ЦАРИЦА КИСЛОТ

Наука » Химия

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 (tкип=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.

СОЛЬ НЕСУЩЕСТВУЮЩЕЙ КИСЛОТЫ

Наука » Химия

В 30-х гг. XX в. химиками были получены ортонитраты — соли неизвест­ной в свободном виде ортоазотной кислоты H3NO4 (аналога ортофосфорной кислоты Н3РО4). Ортонитрат натрия образуется при сплавлении в те­чение нескольких дней нитрата и оксида натрия:

NaNO3+Na2O ®300°C Na3NO4.

Вещество представляет собой бесцветные кристаллы, но, в отличие от ус­тойчивых ортофосфатов, легко разлагается на нитрат и гидроксид натрия в присутствии влаги воздуха.

А БЫЛ ЛИ ГИДРОКСИД?

Наука » Химия

Водный раствор аммиака считается слабым основанием, поскольку в нём гидроксид-ионы содержатся в небольшом количестве (по сравнению с вод­ными растворами сильных оснований — гидроксида натрия или гидрокси­да калия, которые полностью распадаются на ионы). Раньше низкую кон­центрацию гидроксид-ионов в водных растворах аммиака объясняли тем, что при взаимодействии аммиака с водой образуется гидроксид аммония NH4OH, который и проявляет основные свойства:

NH3•Н2О=[NH4OH]« NH4++ОН-.

Но, как показали исследования, такого соединения не существует ни в водных растворах, ни в твёрдом виде. В водном растворе аммиак при­сутствует в основном в виде гидрата NH3nН2О, в незначительной сте­пени распавшегося на ионы. Однако при низких температурах аммиак об­разует твёрдый гидрат NH3•Н2О с tпл=-79 °С (такого же состава, что и гипотетическое основание NH4OH), в структуре которого, безусловно, не содержится никаких ионов.

ЧЕМ ЗАПРАВЛЯЮТ РАКЕТЫ

Наука » Химия

Кроме аммиака известно ещё несколько соединений азота с водородом. Одно из них — гидразин N2H4 — представляет собой бесцветную жидкость с запахом аммиака (tпл=2 °С, tкип=114 °С). Молекула гидразина напоми­нает молекулу пероксида водорода, так как состоит из двух одинаковых фрагментов, соединённых одинарной связью элемент — элемент (в дан­ном случае N—N). Как и аммиак, гидразин является сильным восстанови­телем, а также проявляет свойства основания: известны соли гидразония, например [N2H5]+Cl-. В отличие от аммиака, гидразин легко сгорает на воз­духе с выделением большого количества тепла. На этом основано исполь­зование гидразина (а также его органических производных, в частности 1,1 -диметилгидразина — гептила (CH3)2N—NH2) в качестве ракетного топ­лива. Так, топливом для лунного модуля «Аполлон-11» служила смесь рав­ных масс N2O4 (окислитель) и 1,1-диметилгидразина (восстановитель).

МОЛЕКУЛА-ДОНОР

Наука » Химия

Особые химические свойства аммиа­ка — донорные свойства — обусловле­ны наличием неподелённой электрон­ной пары. Эту пару частица-донор использует при образовании ковалентной связи с частицей, имеющей вакант­ную орбиталь (акцептором). Так, NH3 легко вступает в реакцию с кислотами. Летучие кислоты (например, соляная или азотная), контактируя с аммиаком, дают густой белый дым, который состо­ит из мельчайших кристаллов аммоний­ной соли. Катион аммония NH4+ обра­зуется  по донорно-акиепторному механизму при взаимодействии сво­бодной электронной пары молекулы аммиака с вакантной s-орбиталыо иона водорода.