June 11th, 2010

История открытия химических элементов полна личных драм, различных неожиданностей, таинственных загадок и удивительных легенд.
Иногда исследователя подстерегал трагический финал, как, например, это случилось с первооткрывателем фтора. Но чаще успех оказывался верным спутником тех, кто умел пристально всматриваться в природные явления.
Древние фолианты сохранили для нас отдельные эпизоды из жизни отставного солдата и гамбургского купца. Звали его Хенниг Бранд (ок. 1630-?). Его купеческие дела шли не блестяще, и именно по этой причине он сремился выбраться из нищеты. Она его ужасно угнетала. И Бранд решил попытать счастья в алхимии. Тем более что в XVII в. в отличие от нашего XX в. считалось вполне возможным найти «философский камень», который способен превращать неблагородные металлы в золото.

Хенниг Бранд и фосфор

Бранд провел уже множество опытов с различными веществами, но ничего дельного у него не получалось. Однажды он решил провести химический эксперимент с мочой. Выпарил ее почти досуха и оставшийся светло-желтый осадок смешал с углем и песком, нагревая в реторте без доступа воздуха. В результате Бранд получил новое вещество, которое обладало удивительным свойством-светиться в темноте.
Так в 1669 г. был открыт фосфор, играющий исключительно важную роль в живой природе: в растительном мире, в организме животных и человека.
Счастливый ученый не замедлил воспользоваться необычным свойством нового вещества и стал демонстрировать светящийся фосфор знатным особам за довольно высокое вознаграждение. Все, что соприкасалось с фосфором, приобретало способность светиться. Достаточно было помазать фосфором пальцы, волосы или предметы, и они вспыхивали таинственным голубовато-белым светом. Религиозно и мистически настроенные богатые люди того времени диву давались, смотря на различные манипуляции Бранда с этим «божественным» веществом. Он ловко использовал огромный интерес ученых и широкой публики к фосфору и стал продавать его по цене, превосходившей даже стоимость золота. X. Бранд производил фосфор в больших количествах и держал способ его получения в строжайшей тайне. Никто из других алхимиков не мог проникнуть в его лабораторию, и поэтому многие из них стали лихорадочно ставить различные опыты, стремясь раскрыть секрет изготовления фосфора.
Известный немецкий химик И. Кункель (1630-1703) посоветовал своему другу-коллеге И. Крафту уговорить X. Бранда продать секрет получения фосфора. И. Крафту удалось склонить первооткрывателя на эту сделку за 100 талеров", однако новый владелец секрета получения «вечного огня» оказался корыстным человеком и, не сказав своему другу И. Кункелю ни одного слова о приобретении рецепта, стал наживать огромные суммы денег на демонстрациях фосфора публике.

И. Кункель

Выдающийся немецкий математик и философ Г. Лейбниц тоже не упустил случая и приобрел у X. Бранда секрет производства фосфора.

Г. Лейбниц

Вскоре рецепт изготовления «холодного огня» стал известен И. Кункелю и К. Кирхмейеру, а в 1680 г. секрет получения фосфора был открыт в Англии знаменитым химиком Р. Бойлем. После смерти Р. Бойля его ученик немец А. Ганквиц, улучшив методику получения фосфора, наладил его производство и даже попытался изготовить первые спички. Он снабжал фосфором научные учреждения Европы и отдельных лиц, желающих приобрести его. Для расширения торговых связей А. Ганквиц посетил Голландию, Францию, Италию и Германию, заключая новые договора на продажу фосфора. В Лондоне им была основана фармацевтическая фирма, получившая широкую известность. Любопытно, что А. Ганквиц, несмотря на свою длительную работу с фосфором и весьма опасные опыты с ним, дожил до восьмидесятилетнего возраста. Он пережил трех своих сыновей и всех тех, кто принимал участие в работах, относящихся к ранней истории фосфора.
Цена на фосфор со времени открытия его И. Кункелем и Р. Бойлем стала быстро падать, и в конце концов наследники первооткрывателей стали знакомить с секретом получения фосфора всего за 10 талеров.

Этапы изучения фосфора

В истории химии с фосфором связано много больших открытий. Однако лишь столетие спустя после обнаружения фосфора он перешел из мира торговли и наживы в мир науки. Но только одно событие за этот длительный период может быть отнесено к настоящей науке, и связано оно с 1715 г., когда И. Генсинг открыл фосфор в мозговой ткани. Это послужило позднее основанием для высказывания: «Без фосфора нет мысли».
Ю. Ган в 1769 г. нашел фосфор в костях, а через два года знаменитый шведский химик показал, что кости состоят главным образом из фосфата кальция, и предложил способ получения фосфора из золы, образующейся при сжигании костей.
Ж. Пруст и М. Клапрот в 1788 г. доказали чрезвычайно большую распространенность в природе минералов, содержащих фосфат кальция.
Исследователи установили, что свечение фосфора происходит только в присутствии обыкновенного, т. е. содержащего влагу, воздуха. Такое поведение фосфора обусловлено медленным его окислением кислородом воздуха. При этом также образуется озон, придающий воздуху своеобразную свежесть, хорошо знакомую нам в дни весенних гроз. Свечение фосфора происходит без заметного его разогрева, и такая реакция называется хемилюминесценцией. Она может наблюдаться не только при медленном окислении фосфора, но и при некоторых других химических, а также биохимических процессах, при которых происходит, например свечение светляков, гнилушек, океанического планктона и т.д.

М. Клапрот

В начале 70-х годов XVIII в. французский химик Антуан Лоран Лавуазье, проводя различные опыты по сжиганию фосфора и других веществ в замкнутом сосуде, убедительно доказал, что фосфор - простое тело. А воздух, по его мнению, имеет сложный состав и состоит в первую очередь из двух компонентов-кислорода и азота.
На рубеже двух веков, в 1799 г., англичанин А. Дондональд обнаружил, что соединения фосфора необходимы для нормального развития растительных организмов. Другой англичанин-Дж. Лооз в 1839 г. впервые получил суперфосфат - фосфорное удобрение, сыгравшее в дальнейшем исключительно важную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.
В России в 1797 г. А.А.Мусин-Пушкин получил аллотропную разновидность фосфора - фиолетовый фосфор. Однако в литературе открытие фиолетового фосфора ошибочно приписывается И. Гитторфу, который, используя методику А. А. Мусина-Пушкина, получил его только в 1853 г.
В 1848 г. австрийский химик А. Шреттер открыл аллотропическое видоизменение фосфора - красный фосфор. Такой фосфор он получил нагреванием белого фосфора до температуры около 250 °С в атмосфере оксида углерода (IV). Интересно отметить, что Шреттер первым указал на возможность применения красного фосфора при изготовлении спичек. В 1855 г. на Всемирной Парижской выставке демонстрировался красный фосфор, полученный уже в заводских условиях.
Известный американский физик П. Бриджен в 1917 г., нагревая фосфор до 200 °С под давлением около 1,27 ГПа, получил новую аллотропическую модификацию - черный фосфор. Подобно красному фосфору, последний не воспламеняется на воздухе.
Потребовались, таким образом, многие десятилетия для исследования физических и химических свойств фосфора и открытия его новых аллотропических модификаций. Изучение фосфора дало возможность выяснить, какую роль он играет в жизнедеятельности растений и животных. Фосфор обнаружен буквально во всех частях зеленых растений, которые не только накапливают его для своих нужд, но и снабжают им животных. Это один из этапов круговорота фосфора в природе

Фосфор и природа

Фосфор по своей важности ничуть не уступает азоту. Он участвует в великом природном круговороте веществ, и, не будь фосфора, растительный и животный мир был бы совсем иным. Однако фосфор встречается в природных условиях не так уж часто, в основном в виде минералов, и на его долю приходится 0,08% массы земной коры. По распространенности он занимает тринадцатое место среди других элементов. Интересно отметить, что в теле человека на долю фосфора приходится примерно 1,16%. Из них 0,75% уходит на костную ткань, около 0,25%-на мышечную и примерно 0,15%-на нервную ткань.
Фосфор редко встречается в больших количествах, и в целом его следует отнести к рассеянным элементам. В свободном виде в природе он не обнаружен, так как обладает очень важным свойством-легко окисляется, но содержится во многих минералах, число которых уже составляет 190. Главнейшие из них - фторапатит, гидроксилапатит, фосфорит. Несколько реже встречаются вивианит, монацит, амблигонит, трифилит и совсем в ограниченных количествах - ксенотит и торбернит.

Что касается минералов фосфора, то они делятся на первичные и вторичные. Среди первичных наиболее распространены апатиты, представляющие в основном породы магматического происхождения. Химический состав апатита - фосфат кальция, содержащий некоторое количество фторида и хлорида кальция. Именно этим определяется существовать минералов фторапатита и хлорапатита. Кроме того, они содержат от 5 до 36% Р2 05. Обычно эти минералы в большинстве случаев встречаются в зоне магмы, но нередко они обнаруживаются в местах, где изверженные породы соприкасаются с осадочными. Из всех известных месторождений фосфатов наиболее значительные имеются в Норвегии и Бразилии. Крупное отечественное месторожде¬ние апатитов открыто академиком А. Е. Ферсманом в Хибинах в 1925 г. «Апатит в основном соединение фосфорной кислоты и кальция,-писал А. Е. Ферсман.-Внешний вид этого минерала так разнообразен и странен, что старые минералоги назвали его апатитом, что значит по-гречески «обманщик». То это прозрачные кристаллики, до мелочей напоминающие берилл или даже кварц, то это плотные массы, неотличимые от простого известняка, то это радиально-лучистые шары, то порода зернистая и блестящая, как крупнозернистый мрамор».
Апатиты в результате действия процессов выветривания, жизнедеятельности бактерий, разрушения различными почвенными кислотами переходят в формы, легко потребляемые растениями, и таким образом вовлекаются в биохимический круговорот. Следует отметить, что фосфор усваивается только из растворенных солей фосфорной кислоты. Однако фосфор из почвы частично вымывается, а большое количество его, поглощенное растениями, не возвращается обратно в почву и уносится вместе с урожаем. Все это приводит к постепенному истощению почвы. При внесении в почву фосфорных удобрений урожайность увеличивается.
Несмотря на значительные потребности в фосфорных удобрениях, особых опасений, связанных с истощением запасов сырья, для их производства, по всей видимости, нет. Эти удобрения могут быть получены при комплексной переработке минерального сырья, донных морских отложений и различных геологических пород, богатых фосфором.
При разложении богатых фосфором соединений органического происхождения нередко образуются газообразные и жидкие вещества. Иногда можно наблюдать выделение газа с запахом гнилой рыбы-фосфористого водорода, или фосфина, РН3. Одновременно с фосфином идет образование другого продукта - дифосфина, Р2 Н4, представляющего собой жидкость. Пары дифосфина самовоспламеняются и поджигают газообразный фосфин. Этим объясняется появление так называемых «блуждающих огней» в таких местах, как кладбища, болота.
«Блуждающие огни» и другие случаи свечения фосфора и его соединений вызывали суеверный страх у многих людей, не знакомых с сущностью этих явлений. Вот что о работе с газообразным фосфором вспоминает академик С.И. Вольфкович: «Фосфор получался в электрической печи, установленной в Московском университете на Моховой улице. Так как эти опыты проводились тогда в нашей стране впервые, я не предпринял тех предосторожностей, которые необходимы при работе с газообразным фосфором - ядовитым самовоспламеняющимся и светящимся голубоватым цветом элементом. В течение многих часов работы у электропечи часть выделяющегося газообразного фосфора настолько пропитала мою одежду и даже ботинки, что, когда ночью я шел из университета по темным, не освещенным тогда улицам Москвы, моя одежда излучала голубоватое сияние, а из-под ботинок (при трении их о тротуар) высекались искры.
За мной каждый раз собиралась толпа, среди которой, несмотря на мои объяснения, немало было лиц, видевших во мне, «новоявленного» представителя потустороннего мира. Вскоре среди жителей района Моховой улицы и по всей Москве из уст в уста стали передаваться фантастические рассказы о светящемся монахе...»
Фосфин и дифосфин в природе встречаются довольно редко, и чаще приходится иметь дело с такими соединениями фосфора, как фосфориты. Это вторичные минералы-фосфаты органического происхождения, играют особо важную роль в сельском хозяйстве. На островах Тихого океана, в Чили и Перу они образовались на основе птичьего помета-гуано, который в условиях сухого климата накапливается мощными слоями, нередко превышающими сотню метров.
Образование фосфоритов может быть связано и с геологическими катастрофами, например с ледниковым периодом, когда гибель жи¬вотных носила массовый характер. Подобные процессы возможны и в океане при массовой гибели морской фауны. Быстрое изменение гидрологических условий, которое может быть связано с различными процессами горообразования, в частности с действием подводных вулканов, несомненно, в отдельных случаях приводит к смерти морских животных. Фосфор из органических остатков частично усваивается растениями, но в основном, растворяясь в морской воде, переходит в минеральные формы. Морская вода содержит фосфаты в довольно больших количествах - 100-200 мг/м3. При определенных химических процессах в морской воде фосфаты могут выпадать в осадок и скапливаться на дне. А при поднятии морского дна в различные геологические периоды залежи фосфоритов оказываются на суше. Подобным образом могло образоваться крупное отечественное месторождение фосфоритов вблизи Кара-Тау в Казахстане. Встречаются фосфориты и в Подмосковье.

Круговорот фосфора в природе

Хорошим пояснением к главнейшим этапам круговорота фосфора в природе могут служить слова известного ученого, одного из основателей направления отечественной науки по изучению фосфорных удобрений Я. В. Самойлова: «Фосфор наших фосфоритовых месторождений - биохимического происхождения. Из апатита - минерала, в котором первоначально заключен почти целиком весь фосфор литосферы, элемент этот переходит в тело растений, из растений-в тело животных, которые являются истинными концентраторами фосфора. Пройдя через ряд тел животных, фосфор, наконец, выпадает из биохимического цикла и вновь возвращается в минеральный. При определенных физико-географических условиях в море происходит массовая гибель животных организмов

О спичке
Первый огонь был добыт человеком весьма примитивным способом-трением двух кусочков дерева, причем древесная пыль и опилки нагревались настолько сильно, что происходило их самовозгорание. Древним людям было известно несколько способов добывания огня трением: чаще всего острой деревянной палочкой производили быстрое вращение, упирая ее в сухую дощечку. Этот способ можно воспроизвести и сейчас, но он совсем не прост и требует огромных усилий и ловкости. Так человек добывал огонь многие тысячелетия.
Это удивительно! Если вдуматься в этот простой факт, то можно увидеть, как сложен был каждый шаг человека на пути прогресса.
На смену деревянным- палочкам пришло знаменитое огниво. Это очень простое устройство: куском стали или медным колчеданом ударяли о кремень и высекали сноп искр, поджигая легковоспламеняющееся вещество.
Этот способ, подаренный нам древним человеком, широко использовался в годы Великой Отечественной войны, когда страна испытывала острый дефицит в спичках.
Как это ни удивительно, но всего лишь 200 лет назад в России, да и во всем мире стальное огниво и фитиль были практически единственными «спичками» человека, сумевшего не только построить египетские пирамиды, но и создать паровую машину Джеймса Уатта, первый пароход Роберта Фултона, ткацкие станки и множество других великих изобретений, но только не спички. Они родились позднее! Труден и велик был к ним путь, как и всякий путь в мир неизведанного еще человеком.
Древние греки и римляне знали еще один способ добывания огня-при помощи солнечных лучей, сфокусированных линзой или вогнутым зеркалом. Великий древнегреческий ученый Архимед ловко воспользовался этим способом и поджег, как утверждает легенда, вражеский флот с помощью громадного зеркала. Но этот способ получения огня малоприменим из-за весьма ограниченных возможностей его использования, поскольку необходимо солнце.
Развитие цивилизации, научный и технический прогресс открывали новые возможности в различных сферах деятельности человека.
После 1700 г. было изобретено значительное количество средств для получения огня, наиболее интересное из них - зажигательный аппарат Дёберайнера, созданный в г. Иене в 1823 г. Изобретатель аппарата использовал свойства гремучего газа самовозгораться в присутствии губчатой платины, т.е. мелко истолченной.
Однако для широкого употребления такое устройство было, конечно, малопригодным.
Мы все ближе приближаемся к тому моменту, когда наконец-то впервые прозвучало слово «спичка». Кто ввел в обиход это слово, пока установить не удалось, но работа продолжается в этом направлении, и мы надеемся, что наши юные читатели помогут нам в этом.
Здесь нам следует перекинуть маленький мостик к фосфору и его первооткрывателю - гамбургскому солдату, впоследствии купцу и алхимику Хеннигу Бранду. Новый элемент фосфор оказался легковоспламеняемым при трении. Этим свойством и воспользовались исследователи, создавая спички.
Ассистент и ученик Р. Бойля, талантливый и предприимчивый немец А. Ганквитц получил чистый фосфор из фосфатов и догадался изготовить спички с серным покрытием, зажигающиеся при трении о кусочек фосфора. Но этот первый шаг следовало усовершенствовать и сделать спички более удобными для широкого употребления.
Это стало возможным, когда знаменитый французский химик К. Бертолле получил соль - хлорат калия КСlO3, названную бертолетовой. Его соотечественник Шансель воспользовался этим открытием и изобрел в 1805 г. так называемые французские зажигательные машины. Хлорат калия вместе с серой, смолой, сахаром и гуммиарабиком наносился на деревянную палочку, и при соприкосновении с концентрированной серной кислотой происходило зажигание. Реакция порой развивалась очень бурно и носила взрывной характера
Немец Вагеманн из Тюбингена использовал в 1806 г. изобретение Шанселя, но добавил к серной кислоте кусочки асбеста для замедления процесса горения. Он вскоре переехал в Берлин и организовал изготовление так называемых берлинских зажигалок. Созданная им фабрика была первым крупным производством по изготовлению зажигательных устройств, где работало более 400 человек. Подобная зажигательная смесь была использована в «Прометеях» (спичках Джона), изготовляемых в 1828 г. в Англии.
В 1832 г. в Вене появились сухие спички. Их изобрел Л. Тревани, он покрыл головку деревянной соломки смесью бертолетовой соли с серой и клеем. Если такой спичкой провести по наждачной бумаге, то головка ее воспламеняется. Но и в этом случае не все оказалось благополучным, иногда головка воспламенялась со взрывом, и это приводило к серьезным ожогам.
Пути дальнейшего усовершенствования спичек были предельно ясны: надо сделать такой состав смеси для - спичечной головки, чтобы она загоралась спокойно. Вскоре проблема была решена. В новый состав входили бертолетова соль, белый фосфор и клей. Спички с таким покрытием легко воспламенялись при трении о любую твердую поверхность, о стекло, о подошву обуви, о кусок дерева.
Изобретателем первых фосфорных спичек оказался девятнадцатилетний француз Шарль Сориа. В 1831 г. юный экспериментатор к смеси бертолетовой соли с серой для ослабления ее взрывчатых свойств добавил белый фосфор. Эта идея оказалась на редкость удачной, поскольку смазанные полученным составом лучинки легко загорались при трении. Температура воспламенения таких спичек сравнительно небольшая - 30 °С. Молодой Ш. Сориа попытался получить патент на свое изобретение, но, к сожалению, это оказалось сделать гораздо сложнее, чем создать первые фосфорные спички. За патент нужно было внести слишком крупную сумму, а таких денег Ш. Сориа не имел. Спустя год фосфорные спички были созданы вновь немецким химиком Я. Каммерером.
Итак, завершился долгий путь утробного созревания первой спички и она родилась сразу в руках нескольких изобретателей. Однако судьбе было угодно вручить лавры первенства в этом открытии Якобу Фридриху Каммереру (1796-1857), а 1832 год сохранить для потомков как год рождения спичек, крупнейшего открытия XIX в., сыгравшего важную роль в истории развития человеческой культуры.
Лавры первооткрывателей спичек стремились получить многие, но история сохранила для нас из всех претендентов имя Я. Каммерера. В Россию первые фосфорные спички были привезены из Гамбурга в 1836 г. и продавались по очень дорогой цене - один рубль серебром за сотню. Имеются предположения, что наш великий поэт А. С. Пушкин в последний год своей жизни пользовался такими фосфорными спичками, работая при свечах долгими зимними вечерами.
Молодежь Петербурга не замедлила, конечно, щегольнуть фосфорными спичками на балах и в модных салонах, стремясь ни в чем не уступать Западной Европе. Жаль только, что ни одной поэтической строчки не успел А. С. Пушкин посвятить спичкам - прекрасному и очень важному изобретению, настолько полезному и привычному теперь, что мы даже не задумываемся о сложной судьбе появления спичек... Нам кажется, что спички всегда были рядом с нами. А на самом деле первая отечественная фабрика по производству спичек построена в Петербурге только в 1837 г.
Прошло немногим более 150 лет с тех пор, как жители государства Российского получили первые отечественные спички и, поняв важность этого изобретения, весьма быстро развернули спичечное производство.
В 1842 г. в одной Петербургской губернии существовало 9 спичечных фабрик, ежедневно производивших 10 млн. штук спичек. Цена на спички резко снизилась и не превышала 3-5 коп. медью за 100 штук. Способ изготовления спичек оказался настолько прост, что в России к середине XIX в. он стал носить характер кустарного промысла. Так, в 1843-1844 гг. было обнаружено, что спички в значительном количестве изготавливаются в домашних условиях.
Их производили в самых отдаленных уголках России предприим¬чивые крестьяне, укрываясь таким образом от налогов. Однако легкая воспламеняемость фосфора привела к большим пожарам. Многие села и деревни выгорали буквально дотла.
Виновником этих бедствий оказался белый фосфор, способный легко воспламеняться. При перевозке спички нередко загорались от трения. На пути спичечных обозов полыхали грандиозные пожары, и обезумевшие лошади с горящими повозками приносили немало бед.
В 1848 г. последовал высочайший императорский указ, подписанный Николаем I, допускавший изготовление зажигательных спичек только в столицах, причем спички должны были упаковываться в жестяные банки по 1000 штук. Далее в указе говорилось: «Обратить особое внимание на чрезвычайное распространение употребления зажигательных спичек, усмотреть изволили, что при случившихся в текущем году пожарах, потребивших в одних городах более на 12000000 рублей. серебром обывательских имуществ, поджигатели весьма часто совершали свое преступление посредством спичек».
Кроме того, белый фосфор- одно из самых ядовитых веществ.
Поэтому работа на спичечных фабриках сопровождалась серьезным заболеванием, получившим название фосфорного некроза, поражающего челюсти, т.е. омертвения клеток, а также сильного воспаления и кровоточения десен.
С расширением производства росли случаи серьезных отравлений среди рабочих. Несчастные случаи приняли столь катастрофические формы, что в России уже в 1862 г. было издано распоряжение об ограничении продажи белого фосфора.
Фосфор стали продавать только по специальным разрешениям местной полиции.
Спичечные фабрики должны были выплачивать крупные налоги, и число предприятий стало сокращаться. Но потребность в спичках не уменьшалась, а, наоборот, росла. Появились различные кустарные спички, которые распространялись нелегально. Все это привело к тому, что в 1869 г. был издан новый указ, разрешающий «повсеместно, как в Империи, так и в царстве Польском,: производить выделку фосфорных спичек в продажу их без особых ограничений...».
Во второй половине XIX в. очень остро встала проблема замены белого фосфора. Правительства многих государств пришли к выводу, что изготовление спичек, содержащих белый фосфор, приносит больше убытка, чем дохода. В большинстве стран производство таких спичек было запрещено законом.
Но выход был найден, сравнительно быстро оказалось возможным заменить белый фосфор на красный, открытый в 1848 г. В отличие от белого эта разновидность фосфора совершенно безвредна. Красный фосфор ввели в состав спичечной массы. Но ожидания не оправдались. Спички загорались очень плохо. Они не находили сбыта. Фабриканты, которые начали было изготовление, разорились.
К середине XIX столетия было сделано множество выдающихся изобретений, а изготовление обыкновенной спички никак не могло найти удовлетворительного решения.
Проблема была решена в 1855 г. в Швеции. Безопасные спички в этом же году были представлены на Международной выставке в Париже и получили золотую медаль. С этого момента так называемые шведские спички начали свое триумфальное шествие по всему миру. Их главная особенность состояла в том, что они не воспламенялись при трении о любую твердую поверхность. Шведская спичка зажигалась только в том случае, если ее потереть о боковую поверхность коробки, покрытую специальной массой.
Таким -образом, «безопасный огонь» в шведских спичках рождался великолепным союзом силы трения и химической реакции.
Вот, пожалуй, и все! Расскажем теперь, как устроена современная спичка. Масса спичечной головки на 60% состоит из бертолетовой соли, а также из горючих веществ-серы или каких-нибудь сульфидов металлов, например сульфида сурьмы. Чтобы воспламенение головки происходило медленно и равномерно, без взрыва, к массе добавляют так называемые наполнители - стеклянный порошок, оксид железа (III) и т.д. Связующим материалом служит клей. Бертолетову соль можно заменять веществами, в большом количестве содержащими кислород, например бихроматом калия.
А из чего состоит намазка шкурки? Здесь основной компонент-
красный фосфор. К нему добавляют оксид марганца (IV), толченое стекло и клей.
Посмотрим теперь, какие же процессы происходят при зажигании спички.
При трении головки о шкурку в точке их соприкосновения красный фосфор загорается благодаря кислороду бертолетовой соли. Образно говоря, огонь первоначально рождается в шкурке. Он и поджигает головку спички. В ней вспыхивает сера или сульфид сурьмы (III) опять же за счет кислорода бертолетовой соли. А уже затем загорается дерево.
Ныне известно множество рецептов составов головки и намазки. Неизменными компонентами являются лишь бертолетова соль и красный фосфор.

Но ведь необходимый элемент спички-это ее деревянная часть, или спичечная соломка. Способы ее изготовления также имеют длительную историю. Для примитивных макальных спичек лучину вручную нарезали ножом. Теперь на спичечных фабриках работают хитроумные машины. Наиболее подходящее дерево для изготовления спичечной соломки-осина. Осиновый кряж сначала ошкуривают и тщательно очищают. Из бревна на специальных машинах нарезается тонкое деревянное полотно. Затем оно расщепляется на длинные тонкие прутки. Эти прутки уже в другой машине превращаются в спичечную соломку. Далее соломка поступает в автоматы, где на ее конец наносится спичечная масса. Наряду с этим спичечную соломку обычно подвергают специальной обработке, чтобы предотвратить, например, отсыревание.
Современные спичкоделательные Мишины производят сотни миллионов спичек в день.
В заключение посмотрим на производство спичек глазами экономиста. Если принять, что каждый человек в среднем тратит хотя бы одну спичку в день, то, для того чтобы удовлетворить годовую потребность человечества в спичках,- необходимо около 20 млн. осин-это почти полмиллиона гектаров первосортного осинового леса.
Не правда ли, накладно? А для тех стран, в которых лесов мало или почти не осталось, это просто не под силу. Пробовали вместо деревянной соломки использовать картонную. Но такие мягкие спички успеха не имели. Они очень неудобны в обращении.
Вот почему широкое распространение получили всевозможные зажигалки - бензиновые, газовые, электрозажигалки для газовых плит и др. И в конечном счете их производство будет обходиться дешевле, чем изготовление спичек.
Значит ли это, что спичка когда-нибудь станет лишь музейным экспонатом? Трудно ответить на этот вопрос. Можно предположить, что производство спичек в будущем может сократиться.
В настоящее время наша страна занимает первое место в мире по производству спичек. Современные спичечные фабрики оснащаются высокопроизводительными автоматами, дающими возможность изготавливать I 500 ООО спичек в час.
С расширением производства совершенствуется технология, осваиваются новые виды спичек, выпускаются охотничьи, штормовые, газовые и сувенирные спички в наборах, красочные этикетки которых отражают наиболее знаменательные события в жизни нашей страны.
Охотничьи спички отличаются от простых тем, что, кроме обычной
головки и соломки, у них имеется дополнительная обмазка ниже головки. Дополнительная зажигательная масса делает спичку долгогорящей с большим жарким пламенем. Горит она около 10 с, тогда как простая спичка всего 2-3 с. Такие спички дают возможность разжечь костер в любую погоду.

Не менее любопытны и штормовые спички. Они не имеют головки, но обмазка «тела» у них значительно толще, чем у охотничьих спичек. Зажигательная масса их содержит много бертолетовой соли, поэтому способность к воспламенению, т.е. чувствительность, таких спичек очень высока. Они горят не менее 10 с в любых метеорологических условиях, даже в штормовую погоду при 12 баллах. Такие спички особенно нужны рыбакам и морякам.
Газовые спички отличаются от обычных тем, что палочка у них длиннее. Сейчас выпускаются спички с соломкой в 70 мм. Такой спичкой можно зажечь сразу несколько конфорок. Добавление в зажигательную массу некоторых солей дает возможность получить цветной огонь: красный, розовый, синий, зеленый, фиолетовый.
Упаковываются спички в коробки различного объема, вмещающие пятьдесят, сто, двести и даже пятьсот спичек. В настоящее время спичечное производство полностью автоматизировано и это позволяет продавать его продукцию по достаточно низким ценам. Ранее бытова¬ло выражение «дешевле спичек», это означает «почти бесплатно».
Конечно, тратить дерево на изготовление спичечной соломки становится все более и более расточительным удовольствием. Ведь на это уходят сотни гектаров добротного леса, в экономии которого теперь заинтересованы практически все страны - мира, даже те, которые обладают еще достаточно большими площадями лесных богатств. Объемы современного производства и строительства растут так быстро, что масштабы расходуемой древесины каждое десятилетие значительно увеличиваются. Сейчас стоит во всей полноте задача экономии леса и замены его там, где возможно, изделиями из другого сырья.
Все чаще различные предметы, широко используемые в быту, изготовляются из пластмасс. На мировом рынке в последнее десятилетие заметно снизились цены на поливинилхлорид, поливинилацетат, полистирол и другие материалы.

Изготовления спичек и спичечных коробков из пластмасс

Достаточно широко в настоящее время обсуждается вопрос изготовления спичек и спичечных коробков из пластмасс для массового потребителя. Если бы это удалось сделать, то в развитии спичечной промышленности произошла бы настоящая революция. На нашей экологически израненной земле удалось бы сохранить сотни гектаров леса, который расходуется значительно быстрее, чем восполняются его запасы.
Однако на деле все оказывается не так просто. Многие пластические материалы трудно поддаются переработке, ими все сильнее загрязняются океан и суша. Крупные промышленные города с трудом справляются с переработкой отходов из пластических материалов, наша когда-то чистая планета задыхается под натиском синтетических отходов. Естественно, спичечные коробки, изготовленные из различных полимерных материалов, после использования спичек будут также небрежно выбрасываться, как это происходит сейчас с подобными изделиями из картона и древесины. Вот тогда-то, несомненно, Москва и Подмосковье и многие другие города нашей многострадальной планеты оденутся в новый наряд из отходов спичечной продукции. Это уже будет не мифическое платье короля из чудесной сказки великого Андерсена, а инквизиторская тога, изготовленная человеком из полимерных материалов для Земли-матушки.
Так где же выход? Как избежать катастрофы, которая таится в интенсивном распространении изделий из пластика? Выход, конечно, есть. Имеются и начинают все чаще использоваться искусственные материалы, которые под действием солнечного облучения и кислот pacтворяются в почве. Эти синтетические материалы для изготовления спичечных коробков и спичек будут, несомненно, применяться в ближайшем будущем. Хотя в настоящее время такая продукция значительно дороже подобных изделий из древесины.
Для изготовления очень красивых спичечных коробков из синтетических материалов требуются значительные капиталовложения. На наружных спичечных коробках из пластика выдавливается рисунок и наносится фосфорная масса с помощью специальных машин.
Конечно, за истекшие четверть века цена несколько снизилась за счет усовершенствования технологии изготовления, но все равно синтетические спички пока еще не могут конкурировать по стоимости со спичками, сделанными из древесины. Синтетические спички выпускаются малыми партиями в ряде стран Западной Европы. Требуется более дешевое по цене сырье и дальнейшее усовершенствование оборудования. Разве это неразрешимо?
Вспомним, всего каких-то 100 лет назад алюминий был дороже золота и только благодаря созданию нового электрохимического метода его Получения он стал доступным и дешевым.
Получение синтетического материала для спичечной палочки, способного заменить спичечную соломку, дающего возможность регулировать температуру и скорость сгорания, вполне возможно с технической точки зрения при решении вопроса массового производства синтетических спичек современной промышленностью.
В настоящее время в Германии фирмой «Райфенхойзер» для изготовления спичечных коробков и спичек используется полистирол, а во Франции начали изготавливать восковые спички, т. е. в создании обыкновенной спички последнее слово еще далеко не сказано. Обширное поле деятельности в этой области с тревогами и удачами ждет молодое поколение. Хочется верить, что и мы откажемся использовать древесину.

Химическая промышленность химические новости сюжеты

Узнайте более подробно новости в сфере химии, интересные

Фосфор (P) – довольно распространённый химический элемент на нашей планете, но несмотря на это в природе в свободном виде практически не встречается. Всё дело в том, что фосфор обладает высокой химической активностью и вступает в реакции практически со всеми химическими элементами, образуя сто девяносто минералов, самым важным из которых является апатит. Своё название он получил от двух греческих слов – «свет» и «несу», то есть «светоносный». А вот латинское название этого элемента звучит как Phosphorus. Однако есть и ещё одна теория, по которой этот химический элемент получил своё название в честь Фосфора – стража Утренней звезды. Так что же представляет собой этот химический элемент?

Фосфор был открыт совершенно случайно. В 1669 году один гамбургский алхимик по имени Хеннинг Бранд мечтал получить философский камень, о котором уже в те времена ходили легенды, и который был главной целью химических экспериментов многих алхимиков тех времён. Но философский камень ему получить не удалось, зато он смог выделить из человеческой мочи совершенно непонятные крупинки, которые очень ярко горели да к тому же ещё и светились в темноте. А искал он в моче золото, которое, по его мнению, и предавало этой биологической жидкости золотистый цвет. Этот новый элемент древний алхимик назвал носителем света. А по сути это был первый элемент, который смогли получить при помощи своих опытов алхимики.

Современная наука получает фосфор довольно простым способом. Апатиты фосфориты смешиваются с коксом и кремнезёмом и при высоких температурах (плюс тысяча шестьсот градусов) пары полученного фосфора оседают в специальном приёмнике. Всего же химики выделяют четыре вида фосфора – белый, красный, чёрный и металлический. Все они имеют совершенно разные цвета, плотность и другие характеристики.

Белый фосфор легко режется ножом и очень похож на самый обыкновенный парафин. Он очень легко вступает во все химические реакции, причём происходить это начинает уже при комнатной температуре. К тому же этот вид фосфора светится в темноте бледно – зелёным свечением. Ко всему прочему этот фосфор невероятно ядовит.

Жёлтый фосфор – это тот же самый белый фосфор, но только не подвергшийся очистке. Сильно ядовит, огнеопасен, может воспламениться при контакте с воздухом, в воде не растворим. Именно поэтому в целях безопасности транспортируется в контейнерах под слоем воды.

Красный фосфор растворяется только в свинце и висмуте, да и активность у этого элемента не такая высокая, как у его предыдущих «собратьев». На воздухе не самовоспламеняется, но при ударе или трении очень легко может произойти возгорание. А самое главное красный фосфор совершенно не светится в темноте, то есть не обладает хемолюминесценции. Ядовитость этого фосфора гораздо ниже остальных и именно поэтому он используется в производстве спичек.

Чёрный фосфор не растворим в воде и органических кислотах. По своей структуре очень напоминает графит. Да и поджечь его в домашних условиях невозможно. Чтобы произошло возгорание чёрный фосфор нужно для начала раскалить его в атмосфере чистого кислорода до четырёхсот градусов. При очень высоком давлении чёрный фосфор переходит ещё в одну форму – металлический фосфор, который очень хорошо проводит электрический ток.

---