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

ฟอสฟีน
Phosphine
ชื่อ
IUPAC name
Phosphane
ชื่ออื่น
Phosphamine
Phosphorus trihydride
Phosphorated hydrogen
เลขทะเบียน
3D model (JSmol)
ChEBI
เคมสไปเดอร์
ECHA InfoCard 100.029.328 แก้ไขสิ่งนี้ที่วิกิสนเทศ
EC Number
  • 232-260-8
287
RTECS number
  • SY7525000
UNII
UN number 2199
  • InChI=1S/H3P/h1H3 checkY
    Key: XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/H3P/h1H3
    Key: XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYAP
คุณสมบัติ
PH3
มวลโมเลกุล 33.99758 g/mol
ลักษณะทางกายภาพ แก๊สไร้สี
กลิ่น กลิ่นเหมือนปลาหรือกระเทียม[1]
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)
31.2 mg/100ml (17 °C)
ความสามารถละลายได้ ละลายน้ำได้ในแอลกอฮอล์, อีเทอร์, CS2
ค่อนข้างละลายน้ำในเบนซีน, คลอโรฟอร์ม, เอทานอล
ความดันไอ 41.3 atm (20 °C)[1]
กรด Phosphonium (chemical formula PH+
4
)
2.144
ความหนืด 1.1×10−5 Pa⋅s
โครงสร้าง
พีระมิดฐานสามเหลี่ยม
0.58 D
อุณหเคมี
37 J/mol⋅K
Std molar
entropy
(S298)
210 J/mol⋅K[2]
5 kJ/mol[2]
13 kJ/mol
ความอันตราย
GHS labelling:
The flame pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) The skull-and-crossbones pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) The corrosion pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) The environment pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)
NFPA 704 (fire diamond)
NFPA 704 four-colored diamondHealth 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasFlammability 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g. propaneInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazards (white): no code
4
4
2
จุดวาบไฟ แก๊สติดไฟ
38 องศาเซลเซียส (100 องศาฟาเรนไฮต์; 311 เคลวิน) (ดูข้อความ)
ขีดจำกัดการระเบิด 1.79–98%[1]
ปริมาณหรือความเข้มข้น (LD, LC):
3.03 mg/kg (หนู, ปาก)
11 ppm (หนู, 4 ชั่วโมง)[3]
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)[3]
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)
TWA 0.3 ppm (0.4 mg/m3)[1]
REL (Recommended)
TWA 0.3 ppm (0.4 mg/m3), ST 1 ppm (1 mg/m3)[1]
IDLH (Immediate danger)
50 ppm[1]
เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS) ICSC 0694
สารประกอบอื่นที่เกี่ยวข้องกัน
แคทไอออนอื่น ๆ
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa

นอกจากนี้ฟอสฟีนยังเป็นชื่อของกลุ่มสารประกอบออร์แกโนฟอสฟอรัสที่มีฟอสเฟนโดยที่อะตอมไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยอนุพันธ์อินทรีย์ มีสูตรทั่วไป PR3 ออร์แกโนฟอสฟีนมีความสำคัญเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยที่เป็นคอมเพล็กซ์กับไอออนโลหะหลายตัว

ประวัติ แก้

ฟิลิป เฌนฌ็องบร์ (fr) ซึ่งเป็นลูกศิษย์ของอ็องตวน ลาวัวซีเยสามารถสังเคราะห์ฟอสฟีนได้เป็นครั้งแรกจากการต้มฟอสฟอรัสขาวในสารละลายโพแทสเซียมคาร์บอเนตในน้ำ[4][NB 1]

เนื่องจากฟอสฟีนเกี่ยวข้องกับธาตุฟอสฟอรัส ในสมัยก่อนจึงเชื่อกันว่าฟอสฟีนเป็นรูปแก๊สของธาตุฟอสฟอรัส อย่างไรก็ตาม ลาวัวซีเยพบใน ค.ศ. 1789 ว่าเป็นสารประกอบระหว่างฟอสฟอรัสและไฮโดรเจน และเรียกฟอสฟีนว่า phosphure d'hydrogène หรือฟอสไฟด์ของไฮโดรเจน[NB 2]

ใน ค.ศ. 1844 ปอล เทนาร์ ลูกชายของนักเคมีชาวฝรั่งเศส ลูย ฌัก เทนาร์ ได้ใช้อุปกรณ์ควบแน่นเพื่อแยกไดฟอสฟีนออกจากฟอสฟีนซึ่งเตรียมจากแคลเซียมฟอสไฟด์ และแสดงให้เห็นว่า P2H4 เป็นสาเหตุของความสามารถในการติดไฟได้เองของ PH3 และยังเป็นสาเหตุของคราบฟิล์มสีส้ม-น้ำตาลที่ปรากฏบนพื้นผิวอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน[5] เขาคิดว่าสูตรทางเคมีของไดฟอสฟีนคือ PH2 ซึ่งอยู่ระหว่างธาตุฟอสฟอรัส พอลิเมอร์สายยาวของฟอสฟีน และฟอสฟีน แคลเซียมฟอสไฟด์ (Ca3P2) ผลิต P2H4 ในปริมาณมากกว่าฟอสไฟด์ชนิดอื่นเนื่องจากพันธะฟอสฟอรัส–ฟอสฟอรัสที่มีอยู่แล้วในสารตั้งต้น

คำว่า "ฟอสฟีน" แต่เดิมใช้เรียกกลุ่มสารประกอบอินทรีย์ฟอสฟอรัสใน ค.ศ. 1857 ในลักษณะเดียวกับเอมีน (NR3)[NB 3][6] ชื่อ "ฟอสฟีน" ถูกนำไปใช้เรียกแก๊ส PH3 ใน ค.ศ. 1865 หรือก่อนหน้านั้น[7]

โครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมี แก้

โมเลกุลของ PH3 มีรูปร่างเป็นพีระมิดฐานสามเหลี่ยมซึ่งสมมาตรแบบ C3v พันธะฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจนยาว 1.42 Å มุมพันธะไฮโดรเจน–ฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจน 93.5° โมเมนต์ขั้วคู่ของพันธะเท่ากับ 0.58 D ซึ่งเมื่ออะตอมไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยหมู่เมทิลจะทำให้โมเมนต์ขั้วคู่เพิ่มขึ้นเป็น 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 31P NMR สอดคล้องกับข้อสรุปที่ว่าอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ในออร์บิทัล 3s (Fluck, 1973) โครงสร้างอิเล็กตรอนลักษณะนี้ทำให้ฟอสฟีนเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่อ่อน เป็นเบสอ่อน (pKaH = –14)[8] และสร้างพันธะไฮโดรเจนอย่างอ่อน[9]

PH3 ละลายน้ำได้เล็กน้อย (0.22 cm3 (แก๊ส) ในน้ำ 1 cm3) แต่ละลายได้ดีในตัวทำละลายไม่มีขั้วเนื่องจากพันธะฟอสฟอรัส–ไฮโดรเจนที่ไม่มีขั้ว แม้ว่าในทางทฤษฎีฟอสฟีนจะเป็นทั้งกรดและเบสในน้ำ แต่ความสามารถในการเป็นกรดหรือเบสในน้ำนั้นค่อนข้างต่ำ ฟอสฟีนเมื่อรับโปรตอนในกรดจะกลายเป็นฟอสโฟเนียมไอออน (PH+4) และเมื่อเสียโปรตอนในเบสจะกลายเป็นฟอสฟาไนด์ไอออน (PH2) โดยมีค่าคงที่สมดุลของเบส Kb เท่ากับ 4×10−28 และของกรด Ka เท่ากับ 41.6×10−29

ปฏิกิริยากับน้ำ แก้

ฟอสฟีนสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิและความดันสูงได้กรดฟอสฟอริกและไฮโดรเจน[10][11]

PH3 + 4H2O ความดันและอุณหภูมิสูงH3PO4 + 4H2

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ แก้

เมื่อฟอสฟีนเผาไหม้ในอากาศจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ (P2O5) ซึ่งทำปฏิกิริยากับน้ำได้กรดฟอสฟอริก[12][10]

2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O

หมายเหตุ แก้

  1. ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประวัติของฟอสฟีนสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่:
  2. หมายเหตุ:
    • ในหนังสือ Traité élémentaire de chimie เล่มที่ 1 หน้า 222 (เก็บถาวร 24 เมษายน 2017 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน; Paris, France: Cuchet, 1789) ลาวัวซีเยเรียกสารประกอบระหว่างฟอสฟอรัสและไฮโดรเจนว่า phosphure d'hydrogène หรือไฮโดรเจนฟอสไฟด์ อย่างไรก็ตาม ในหน้า 216 (เก็บถาวร 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 เอากุสท์ วิลเฮ็ลม์ ฟ็อน ฮ็อฟมันได้เผยแพร่การสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ของฟอสฟอรัส ซึ่งเขาตั้งชื่อว่า "ไตรเมทิลฟอสฟีน" และ "ไตรเอทิลฟอสฟีน" ล้อกันกับ "เอมีน" (สารประกอบอินทรีย์ไนโตรเจน) "อาร์ซีน" (สารประกอบอินทรีย์สารหนู หรืออาร์ซนิก) และ "สติบีน" (สารประกอบอินทรีย์พลวง หรือสติเบียม)

อ้างอิง แก้

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0505". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  2. 2.0 2.1 Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles (6th ed.). Houghton Mifflin. p. A22. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. 3.0 3.1 "Phosphine". Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (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" เก็บถาวร 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. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 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 9789385998898.
  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. 10.0 10.1 MATERIAL SAFETY DATA SHEET: PHOSPHINE/HYDROGEN GAS MIXTURE (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 แก้

แหล่งข้อมูลอื่น แก้