ฟอสฟีน

ฟอสฟีน (ชื่อไอยูแพ็ก: ฟอสเฟน) เป็นสารประกอบที่มีสูตรเคมีว่า PH₃ จัดอยู่ในกลุ่มนิกโตเจนไฮไดรด์ เป็นแก๊สที่มีคุณสมบัติไร้สี ติดไฟได้ และเป็นพิษอย่างยิ่ง ฟอสฟีนบริสุทธิ์ไม่มีกลิ่น แต่ตัวอย่างเกรดเทคนิคจะมีกลิ่นไม่พึงประสงค์อย่างแรงเหมือนกระเทียมหรือปลาเน่า เนื่องจากมีอนุพันธ์ของฟอสฟีนและไดฟอสฟีน (P₂H₄) PH₃ จะติดไฟได้เองในอากาศเมื่อมี P₂H₄

ฟอสฟีน

ชื่อ
Phosphane
ชื่ออื่น Phosphamine Phosphorus trihydride Phosphorated hydrogen
เลขทะเบียน
เลขทะเบียน CAS	7803-51-2^Y
3D model ()	รูปภาพแบบโต้ตอบ
	CHEBI:30278^Y
เคมสไปเดอร์	22814^Y
	100.029.328
	232-260-8
	287
ผับเคม CID	24404
	SY7525000
	FW6947296I^Y
UN number	2199
(EPA)	DTXSID2021157
InChI=1S/H3P/h1H3^Y Key: XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N^Y InChI=1/H3P/h1H3 Key: XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYAP
P
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	PH3
มวลโมเลกุล	33.99758 g/mol
ลักษณะทางกายภาพ	แก๊สไร้สี
กลิ่น	กลิ่นเหมือนปลาหรือกระเทียม
ความหนาแน่น	1.379 g/l, gas (25 °C)
จุดหลอมเหลว	−132.8 องศาเซลเซียส (−207.0 องศาฟาเรนไฮต์; 140.3 เคลวิน)
จุดเดือด	−87.7 องศาเซลเซียส (−125.9 องศาฟาเรนไฮต์; 185.5 เคลวิน)
ละลายในน้ำ	31.2 mg/100 ml (17 °C)
ความสามารถละลายได้	ละลายน้ำได้ในแอลกอฮอล์, , ค่อนข้างละลายน้ำในเบนซีน, คลอโรฟอร์ม, เอทานอล
ความดันไอ	41.3 atm (20 °C)
กรด
ดัชนีหักเหแสง (nD)	2.144
ความหนืด	1.1×10^−5 Pa⋅s
โครงสร้าง
	พีระมิดฐานสามเหลี่ยม
	0.58
อุณหเคมี
ความจุความร้อน (C)	37 J/mol⋅K
(S^⦵298)	210 J/mol⋅K
(ΔfH^⦵298)	5 kJ/mol
พลังงานเสรีกิบส์ (ΔfG^⦵)	13 kJ/mol
ความอันตราย
:
NFPA 704 (fire diamond)	4) (4) (2)
	แก๊สติดไฟ
	38 องศาเซลเซียส (100 องศาฟาเรนไฮต์; 311 เคลวิน) (ดูข้อความ)
	1.79–98%
ปริมาณหรือความเข้มข้น (LD, LC):
LD50 ()	3.03 mg/kg (หนู, ปาก)
LC50 ()	11 ppm (หนู, 4 ชั่วโมง)
LCLo ()	1000 ppm (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม, 5 นาที) 270 ppm (หมูเลี้ยง, 2 ชั่วโมง) 100 ppm (หนูตะเภา, 4 ชั่วโมง) 50 ppm (แมว, 2 ชั่วโมง) 2500 ppm (กระต่าย, 20 นาที) 1000 ppm (มนุษย์, 5 นาที)
(US health exposure limits):
(Permissible)	TWA 0.3 ppm (0.4 mg/m^3)
(Recommended)	TWA 0.3 ppm (0.4 mg/m^3), ST 1 ppm (1 mg/m^3)
(Immediate danger)	50 ppm
เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS)	ICSC 0694
สารประกอบอื่นที่เกี่ยวข้องกัน
แคทไอออนอื่น ๆ	แอมโมเนีย
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa อ้างอิงกล่องข้อมูล

นอกจากนี้ฟอสฟีนยังเป็นชื่อของกลุ่มสารประกอบออร์แกโนฟอสฟอรัสที่มีฟอสเฟนโดยที่อะตอมไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยอนุพันธ์อินทรีย์ มีสูตรทั่วไป PR₃ ออร์แกโนฟอสฟีนมีความสำคัญเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยที่เป็นคอมเพล็กซ์กับไอออนโลหะหลายตัว

ประวัติ

ฟิลิป เฌนฌ็องบร์ (fr) ซึ่งเป็นลูกศิษย์ของอ็องตวน ลาวัวซีเยสามารถสังเคราะห์ฟอสฟีนได้เป็นครั้งแรกจากการต้มในสารละลายโพแทสเซียมคาร์บอเนตในน้ำ

เนื่องจากฟอสฟีนเกี่ยวข้องกับธาตุฟอสฟอรัส ในสมัยก่อนจึงเชื่อกันว่าฟอสฟีนเป็นรูปแก๊สของธาตุฟอสฟอรัส อย่างไรก็ตาม ลาวัวซีเยพบใน ค.ศ. 1789 ว่าเป็นสารประกอบระหว่างฟอสฟอรัสและไฮโดรเจน และเรียกฟอสฟีนว่า phosphure d'hydrogène หรือฟอสไฟด์ของไฮโดรเจน

ใน ค.ศ. 1844 ปอล เทนาร์ ลูกชายของนักเคมีชาวฝรั่งเศส ได้ใช้อุปกรณ์ควบแน่นเพื่อแยกไดฟอสฟีนออกจากฟอสฟีนซึ่งเตรียมจาก และแสดงให้เห็นว่า P₂H₄ เป็นสาเหตุของความสามารถในการติดไฟได้เองของ PH₃ และยังเป็นสาเหตุของคราบฟิล์มสีส้ม-น้ำตาลที่ปรากฏบนพื้นผิวอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน เขาคิดว่าสูตรทางเคมีของไดฟอสฟีนคือ PH₂ ซึ่งอยู่ระหว่างธาตุฟอสฟอรัส พอลิเมอร์สายยาวของฟอสฟีน และฟอสฟีน (Ca₃P₂) ผลิต P₂H₄ ในปริมาณมากกว่าฟอสไฟด์ชนิดอื่นเนื่องจากพันธะฟอสฟอรัส–ฟอสฟอรัสที่มีอยู่แล้วในสารตั้งต้น

คำว่า "ฟอสฟีน" แต่เดิมใช้เรียกกลุ่มสารประกอบอินทรีย์ฟอสฟอรัสใน ค.ศ. 1857 ในลักษณะเดียวกับเอมีน (NR₃) ชื่อ "ฟอสฟีน" ถูกนำไปใช้เรียกแก๊ส PH₃ ใน ค.ศ. 1865 หรือก่อนหน้านั้น

โครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมี

โมเลกุลของ PH₃ มีรูปร่างเป็นพีระมิดฐานสามเหลี่ยมซึ่งแบบ C_3v พันธะฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจนยาว 1.42 Å ไฮโดรเจน–ฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจน 93.5° เท่ากับ 0.58 D ซึ่งเมื่ออะตอมไฮโดรเจนถูกด้วยจะทำให้โมเมนต์ขั้วคู่เพิ่มขึ้นเป็น 1.10 D ใน CH₃PH₂ 1.23 D ใน (CH₃)₂PH และ 1.19 D ใน (CH₃)₃P ในทางกลับกัน ในเอมีนแนวโน้มเป็นไปในทางตรงกันข้าม โดยโมเมนต์ขั้วคู่จะลดลงเมื่ออะตอมไฮโดรเจนถูกแทนที่ ค่าโมเมนต์ขั้วคู่ที่ต่ำและมุมพันธะที่เกือบเป็นมุมฉากทำให้สรุปได้ว่าพันธะฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจนใน PH₃ เป็นลักษณะ pσ(P) – sσ(H) ในขณะที่ออร์บิทัล 3s ของอะตอมฟอสฟอรัสมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะกับอะตอมไฮโดรเจนน้อยมาก ด้วยเหตุนี้จึงอาจสรุปได้ว่าอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของฟอสฟีนน่าจะอยู่ในออร์บิทัล 3s ของอะตอมฟอสฟอรัส ค่าเคมิคัลชิฟต์ของอะตอมฟอสฟอรัสจากการวิเคราะห์ สอดคล้องกับข้อสรุปที่ว่าอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ในออร์บิทัล 3s (Fluck, 1973) โครงสร้างอิเล็กตรอนลักษณะนี้ทำให้ฟอสฟีนเป็นที่อ่อน เป็นเบสอ่อน (pK_aH = –14) และสร้างพันธะไฮโดรเจนอย่างอ่อน

PH₃ ละลายน้ำได้เล็กน้อย (0.22 cm³ (แก๊ส) ในน้ำ 1 cm³) แต่ละลายได้ดีในตัวทำละลายไม่มีขั้วเนื่องจากพันธะฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจนที่ไม่มีขั้ว แม้ว่าในทางทฤษฎีฟอสฟีนจะในน้ำ แต่ความสามารถในการเป็นกรดหรือเบสในน้ำนั้นค่อนข้างต่ำ ฟอสฟีนเมื่อรับโปรตอนในกรดจะกลายเป็นไอออน (PH+4) และเมื่อเสียโปรตอนในเบสจะกลายเป็นไอออน (PH−2) โดยมีค่าคงที่สมดุลของเบส K_b เท่ากับ 4×10⁻²⁸ และของกรด K_a เท่ากับ 41.6×10⁻²⁹

ปฏิกิริยากับน้ำ

ฟอสฟีนสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิและความดันสูงได้กรดฟอสฟอริกและไฮโดรเจน

PH₃ + 4H₂O ความดันและอุณหภูมิสูง→H₃PO₄ + 4H₂

ปฏิกิริยาการเผาไหม้

เมื่อฟอสฟีนเผาไหม้ในอากาศจะได้ผลิตภัณฑ์เป็น (P₂O₅) ซึ่งทำปฏิกิริยากับน้ำได้กรดฟอสฟอริก

2PH₃ + 4O₂ → P₂O₅ + 3H₂O

หมายเหตุ

1. ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประวัติของฟอสฟีนสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่:
   • The Encyclopædia Britannica (1911 edition), vol. 21, p. 480: Phosphorus: Phosphine. 4 พฤศจิกายน 2015 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
   • Thomas Thomson, A System of Chemistry, 6th ed. (London, England: Baldwin, Cradock, and Joy, 1820), vol. 1, p. 272. 4 พฤศจิกายน 2015 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
2. หมายเหตุ:
   • ในหนังสือ Traité élémentaire de chimie เล่มที่ 1 หน้า 222 ( 24 เมษายน 2017 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน; Paris, France: Cuchet, 1789) ลาวัวซีเยเรียกสารประกอบระหว่างฟอสฟอรัสและไฮโดรเจนว่า phosphure d'hydrogène หรือไฮโดรเจนฟอสไฟด์ อย่างไรก็ตาม ในหน้า 216 ( 24 เมษายน 2017 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน) เขาเรียกสารประกอบของไฮโดรเจนและฟอสฟอรัสว่า Combinaison inconnue หรือของผสมที่ยังไม่ทราบ แต่ในเชิงอรรถเขากล่าวว่าปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับกำมะถันและกับฟอสฟอรัส "Ces combinaisons ont lieu dans l'état de gaz & il en résulte du gaz hydrogène sulfurisé & phosphorisé" (การประสมกันดังนี้เกิดขึ้นในสถานะแก๊ส และผลที่ได้ก็คือแก๊สไฮโดรเจนที่ถูกเติมกำมะถันและฟอสฟอรัสลงไป)
   • ในฉบับแปลภาษาอังกฤษของหนังสือเล่มดังกล่าวโดยรอเบิร์ต เคอร์ ใน ค.ศ. 1790 Elements of Chemistry (Edinburgh, Scotland: William Creech, 1790) เคอร์แปลวลี phosphure d'hydrogène ของลาวัวซีเยว่า "phosphuret of hydrogen" (หน้า 204) และในหน้า 216 ของหนังสือต้นฉบับภาษาฝรั่งเศสซึ่งลาวัวซีเยไม่ได้ตั้งชื่อเรียกสารนี้ เคอร์แปลว่า "hydruret of phosphorus, or phosphuret of hydrogen" (หน้า 198) เคอร์แปลวลี Combinaison inconnue ว่า "ยังไม่ทราบจนถึงขณะนี้" และแปลเชิงอรรถของลาวัวซีเยว่า "การประสมกันดังนี้เกิดขึ้นในสถานะแก๊ส และทำให้เกิดแก๊สออกซิเจนที่ถูกเติมกำมะถันและฟอสฟอรัสลงไปตามลำดับ" ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดของเคอร์เองเนื่องจากในต้นฉบับใช้คำว่า hydrogène ข้อผิดพลาดดังกล่าวนี้ได้รับการแก้ไขในฉบับพิมพ์ครั้งถัดมา
3. ใน ค.ศ. 1857 ได้เผยแพร่การสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ของฟอสฟอรัส ซึ่งเขาตั้งชื่อว่า "" และ "" ล้อกันกับ "เอมีน" (สารประกอบอินทรีย์ไนโตรเจน) "อาร์ซีน" (สารประกอบอินทรีย์สารหนู หรืออาร์ซนิก) และ "สติบีน" (สารประกอบอินทรีย์พลวง หรือสติเบียม)

อ้างอิง

1. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0505". (NIOSH).
2. Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles (6th ed.). Houghton Mifflin. p. A22. ISBN .
3. "Phosphine". Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). (NIOSH).
4. Gengembre (1783) "Mémoire sur un nouveau gas obtenu, par l'action des substances alkalines, sur le phosphore de Kunckel" (Memoir on a new gas obtained by the action of alkaline substances on Kunckel's phosphorus), Mémoires de mathématique et de physique, 10 : 651–658.
5. Paul Thénard (1844) "Mémoire sur les combinaisons du phosphore avec l'hydrogène" 15 ตุลาคม 2015 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน (Memoir on the compounds of phosphorus with hydrogen), Comptes rendus, 18 : 652–655.
6. A.W. Hofmann; Auguste Cahours (1857). "Researches on the phosphorus bases". Proceedings of the Royal Society of London (8): 523–527. จากแหล่งเดิมเมื่อ 10 February 2022. สืบค้นเมื่อ 19 November 2020. (From page 524:) The bases Me₃P and E₃P, the products of this reaction, which we propose to call respectively trimethylphosphine and triethylphosphine, ...
7. William Odling, A Course of Practical Chemistry Arranged for the Use of Medical Students, 2nd ed. (London, England: Longmans, Green, and Co., 1865), pp. 227, 230.
8. Streitwieser, Andrew; Heathcock, Clayton H.; Kosower, Edward M. (2017). Introduction to Organic Chemistry. New Delhi: Medtech (Scientific International, reprint of revised 4th edition, Macmillan, 1998). p. 828. ISBN .
9. Sennikov, P. G. (1994). "Weak H-Bonding by Second-Row (PH₃, H₂S) and Third-Row (AsH₃, H₂Se) Hydrides". Journal of Physical Chemistry. 98 (19): 4973–4981. doi:10.1021/j100070a006.
10. (PDF) (Report). Matheson TRI-GAS, inc. September 8, 2008. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2022-07-05. สืบค้นเมื่อ 2022-10-28.
11. Rabinowitz, Joseph; Woeller, Fritz; Flores, Jose; Krebsbach, Rita (November 1969). "Electric Discharge Reactions in Mixtures of Phosphine, Methane, Ammonia and Water". Nature (ภาษาอังกฤษ). 224 (5221): 796–798. doi:10.1038/224796a0. ISSN 1476-4687.
12. "Phosphine: Lung Damaging Agent | NIOSH | CDC". www.cdc.gov (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน). 2021-07-08. สืบค้นเมื่อ 2022-07-04.

อ่านเพิ่ม

• Fluck, E. (1973). "The Chemistry of Phosphine". Topics in Current Chemistry. Fortschritte der Chemischen Forschung. 35: 1–64. doi:10.1007/BFb0051358. ISBN .
• World Health Organisation (1988). Phosphine and Selected Metal Phosphides. Environmental Health Criteria. Vol. 73. Geneva: Joint sponsorship of UNEP, ILO and WHO.

แหล่งข้อมูลอื่น

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ ฟอสฟีน

• International Chemical Safety Card 0694
• CDC – Phosphine – NIOSH Workplace Safety and Health Topic