Фосфин

Фосфин
Общие
Систематическое наименование	Фосфин
Химическая формула	PH3
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	газ
Отн. молек. масса	34.00 а. е. м.
Молярная масса	34.00 г/моль
Плотность	1.379 г/л, газ (25 °C) г/см³
Термические свойства
Температура плавления	– 133,8 °C
Температура кипения	– 87,8 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	5,4 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	31.2 мг/100 мл (17 °C)
Классификация
Рег. номер CAS	[7803-51-2]

Фосфи́н (фосфористый водород, гидрид фосфора, по номенклатуре IUPAC — фосфан РН₃) — бесцветный, очень ядовитый, довольно неустойчивый газ (при нормальных условиях) со специфическим запахом гнилой рыбы.

Физические свойства

Бесцветный газ. Плохо растворяется в воде, не реагирует с ней. При низких температурах образует твердый клатрат 8РН₃·46Н₂О. Растворим в бензоле, диэтиловом эфире, сероуглероде. При −133,8 °C образует кристаллы с гранецентрированной кубической решёткой.

Молекула фосфина имеет форму тригональной пирамиды c молекулярной симметрией C_3v (d_PH = 0.142 нм, HPH = 93.5^o). Дипольный момент составляет 0,58 D, существенно ниже, чем у аммиака. Водородная связь между молекулами PH₃ практически не проявляется и поэтому фосфин имеет более низкие температуры плавления и кипения.

Получение

Фосфин получают при взаимодействии белого фосфора с горячей щёлочью, например:

$~\mathsf{8P + 3Ca(OH)_2 + 6H_2O \ \xrightarrow{\ \ } \ 2PH_3\uparrow + 3Ca(H_2PO_2)_2}$

Также его можно получить воздействием воды или кислот на фосфиды:

$~\mathsf{Ca_3P_2 + 6H_2O \ \xrightarrow{\ \ } \ 2PH_3\uparrow + 3Ca(OH)_2}$

$~\mathsf{Mg_3P_2 + 6HCl \ \xrightarrow{\ \ } \ 2PH_3\uparrow + 3MgCl_2}$

Возможен синтез непосредственно из элементов:^{[источник не указан 273 дня]}

$~\mathsf{2P + 3H_2 \ \xrightarrow{300-360 \ ^\circ C,\ \mathit{p}} \ 2PH_3}$

Хлористый водород при нагревании взаимодействует с белым фосфором:

$~\mathsf{4P + 6HCl \ \xrightarrow{300 ^\circ C} \ 2PH_3 + 2PCl_3}$

Разложение йодида фосфония:

$~\mathsf{PH_4I \ \xrightarrow{>80 ^\circ C} \ PH_3 + HI}$

$~\mathsf{PH_4I + H_2O\ \rightleftarrows \ PH_3\uparrow + H_3O^+ + I^-}$

$~\mathsf{PH_4I + NaOH\ \rightleftarrows \ PH_3\uparrow + NaI + H_2O}$

Разложение фосфоновой кистоты:

$~\mathsf{4H_2(PHO_3) \ \xrightarrow{170-200 ^\circ C} \ PH_3\uparrow + 3H_3PO_4}$

или её восстановление:

$~\mathsf{H_2(PHO_3) + 3H_2\ \xrightarrow{Zn,\ H_2SO_4} \ PH_3\uparrow + 3H_2O}$

Химические свойства

Фосфин сильно отличается от его аналога аммиака. Его химическая активность выше, чем у аммиака, он плохо растворим в воде, как основание значительно слабее аммиака. Последнее объясняется тем, что связи H-P поляризованы слабо и активность неподелённой пары электронов у фосфора (3s²) ниже, чем у азота (2s²) в аммиаке.

В отсутствие кислорода при нагревании разлагается на элементы:

$~\mathsf{2PH_3 \ \xrightarrow{\mathit{t} } \ 2P + 3H_2}$

на воздухе самопроизвольно воспламеняется (в присутствии паров дифосфина или при температуре свыше 100 °C):

$~\mathsf{PH_3 + 2O_2\ \xrightarrow{\ \ } \ H_3PO_4}$

Проявляет сильные восстановительные свойства:

$~\mathsf{PH_3 + 3H_2SO_4\ \xrightarrow{\ \ } \ H_2(PHO_2) + 3SO_2\uparrow +\ 3H_2O}$

$~\mathsf{PH_3 + 8HNO_3\ \xrightarrow{\ \ } \ H_3PO_4 + 8NO_2\uparrow +\ 4H_2O}$

$~\mathsf{PH_3 + 2I_2 + 2H_2O\ \xrightarrow{\ \ } \ H(PH_2O_2) + 4HI}$

При взаимодействии с сильными донорами протонов фосфин может давать соли фосфония, содержащие ион PH₄⁺ (аналогично аммонию). Соли фосфония, бесцветные кристаллические вещества, крайне неустойчивы, легко гидролизуется.

$~\mathsf{PH_3 + HCl\ \xrightarrow{30 ^\circ C} \ PH_4Cl}$

$~\mathsf{PH_3 + HI\ \xrightarrow{\ \ } \ PH_4I}$

Соли фосфина, как и сам фосфин, являются сильными восстановителями.

Токсичность

Фосфин сильно ядовит, действует на нервную систему, нарушает обмен веществ. ПДК = 0,1 мг/м³. Запах ощущается при концентрации 2-4 мг/м³, длительное вдыхание при концентрации 10 мг/м³ приводит к летальному исходу. В крови человека содержание фосфина не более 0,001 мг/м³.

Самовозгорание

Фосфин способен к самовозгоранию при контакте с кислородом воздуха. Может вызывать появление «блуждающих огней»^[1][2].

Примечания

1. ↑ Благодатный огонь — взгляд скептика
2. ↑ Осторожно — фосфин!

Литература

• Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0