Фосфор

История

Свойства

Применение

 
    Фосфор, как и следует из его имени, обладает способностью светиться. Брандт получил фосфор при прокаливании сухого остатка от выпаривания ослиной мочи с песком и углем и, по-видимому, возлагал большие алхимические надежды на необычное светящееся вещество. Но, к сожалению, в золото ни фосфор, ни какие другие вещества он превратить не смог. Хотя говорят, что Брандт все-таки подзаработал на демонстрации фосфора богатым современникам с целью привлечения «инвестиций» в трансмутационную науку. Одно из известных, хотя и устаревших применений фосфора, это изготовление фосфорных спичек. Белый фосфор воспламеняется не легко, а чрезвычайно легко. Температура самовоспламенения компактного куска белого фосфора лежит немногим выше 40 градусов, а мелко раздробленный фосфор загорается уже при температуре ниже комнатной. На этом же свойстве основано применение фосфора в зажигательных снарядах. Тут не нужно никакого устройства поджига, достаточно просто раздробить фосфорную шашку небольшим взрывом и горящие куски разлетятся на десятки метров, поджигая все вокруг. К тому же, фосфор сложно потушить. То есть, его можно закидать землей или залить водой, но как только доступ воздуха возобновится, фосфор загорится вновь. Еще нужно упомянуть высокую токсичность фосфора (смертельная доза для человека составляет примерно 0.2 грамма) и образование густого белого дыма при горении. В общем, идеальное зажигательное вещество. В настоящее время в спичках белый фосфор не используется (хотя красный до сих пор входит в состав обмазки спичечного коробка), в зажигательных снарядах его вроде бы тоже запретили использовать, но зато соединения фосфора имеют огромное значение в производстве удобрений, ядохимикатов и полупроводниковых соединений.

    Технический белый фосфор имеет желтоватую окраску, то есть термины «белый фосфор» и «желтый фосфор» обозначают одно и то же вещество, только разной степени чистоты. Этот кусочек в ампуле тоже был белым, но пожелтел на солнечном свету (примерно за полдня). Меня пару раз спрашивали, почему же он не светится в темноте? А потому, что фосфор светится только в процессе окисления кислородом воздуха. Если положить кусок фосфора под воду, слабое свечение наблюдаться будет, поскольку вода содержит небольшое количество растворенного кислорода, а вот в вакуумированной и запаянной ампуле никакого свечения нет.

 
    Если нагреть белый фосфор в закрытом сосуде до 250–300 градусов, он превращается в красный фосфор, порошок красного цвета (на фото). Кстати забавно: несмотря на то, что основное количество фосфора, которое производится в промышленности, приходится на белый фосфор, красную модификацию можно встретить в лабораториях гораздо чаще, поскольку она гораздо безопаснее в использовании и не ядовита. В общем, красный фосфор доставляет намного меньше хлопот (хотя он может доставить очень много хлопот бюрократических, поскольку состоит в списке прекурсоров для производства наркотических веществ).

 
    Еще одна модификация – фиолетовый фосфор. На самом деле, его с некоторой натяжкой можно считать красным фосфором, но отличий в этом случае будет все-таки больше, чем в случае белого и желтого фосфора. При нагревании белой модификации, в зависимости от температуры, могут получаться разные типы красного фосфора, которые могут различаться размером частиц, окраской и другими свойствами. Кусочки на фотографии это особо чистый фосфор, используемый в производстве полупроводников. Они получены нагреванием очень чистого белого фосфора до температуры 500 градусов в запаянных ампулах (кстати, это хорошо видно по их форме). По идее, все виды красного фосфора устойчивы на воздухе, но вот, например, если попытаться расколоть такой кусок, обломки могут загореться. Возможно, это связано с присутствием небольших примесей белого фосфора или с образованием мелких аморфных частиц, но лучше всего измельчать фиолетовый фосфор в инертной атмосфере или под водой.

 
    Ну и, почему бы не сделать фото светящегося кусочка фосфора. По идее, свечение фосфора можно увидеть, если сильно нагреть в пробирке некоторое количество тёрочного состава от спичечных коробков (или проще говоря, поджечь бумажку от спичечного коробка и растереть пепел пальцами (не делайте этого! Фосфор ядовит!)). Красный фосфор при нагревании превращается в белый, его пары конденсируются на более холодных стенках пробирки и начинают светиться. Но все-таки мне было интереснее сделать фото куска чистого фосфора. На первой фотографии видно, что от кусочка идет небольшой дым – это он так окисляется на воздухе. Если взять кусочки помельче, или просто побольше фосфора – может и загореться. Еще фосфор на воздухе довольно сильно пахнет. Немного чесноком, немного озоном.

    В темноте свечение фосфора хорошо различимо. Цвет – зеленовато-желтоватый, немного мерцает (из-за неравномерного доступа кислорода и образования дыма).

 
    Желтая окраска технического фосфора обусловлена очень мелкими частичками красного фосфора, который образуется из белого на свету. Поскольку красный фосфор не летуч, чтобы получить чисто белый фосфор из желтого, его можно, например, возогнать в вакууме. Если проводить сублимацию при небольшом нагревании и в хорошем вакууме (меньше 0.1 мм рт. ст.), вырастают вот такие кристаллы в виде звездочек. Они очень сильно преломляют свет и блестят не хуже алмазов. К сожалению, они крайне ядовиты и остаются белыми только в темноте при низкой температуре.

 
    Возогнанный белый фосфор можно запаять в вакууме, и в темноте при низкой температуре он будет оставаться действительно белым длительное время. Если нагреть ампулу в горячей воде, фосфор плавится и получается легкоподвижная жидкость, которая сильно преломляет свет. Расплавленный фосфор легко переохлаждается, то есть можно охладить расплав почти до комнатной температуры, и он останется жидким. Но как только в жидкости образуется крохотный кристалл фосфора (или другой центр кристаллизации), все содержимое ампулы мгновенно превращается в полупрозрачную воскоподобную массу (на фото). Кстати, на верхней части ампулы мелкие капельки фосфора не затвердели (поскольку они не находились в контакте с затвердевающим расплавом), и там можно увидеть меленькую радугу (из-за высокого показателя преломления жидкости).