砷化氫

砷化氫
	IUPAC名; Arsane; 胂
英文名
别名	砷化氫; 砷化三氫; 三氢化砷
识别
CAS号	7784-42-1
PubChem	23969
ChemSpider	22408
SMILES	[AsH3];
InChI	1/AsH3/h1H3;
InChIKey	RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYAH
Gmelin	599
性质
化学式	AsH3
	77.9454 g·mol⁻¹
外观	無色且具有蒜臭的氣體
密度	4.93 g/L (氣體) ; 1.640 g/mL (-64°C)
熔点	-117 °C (157 K)
沸点	-62.5 °C (210 K)
溶解性（水）	0.07 g/100 ml (25 °C)
结构
分子构型	三角錐形
危险性
警示术语	R：R12-R26-R48/20-R50/53
安全术语	S：S1/2-S9-S16-S28-S33-S36/37-S45-S60-S61
NFPA 704	4 4 2
闪点	可燃氣體
相关物质
相关氢化物	氨、磷化氢、锑化氢、铋化氢
	若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

砷化氫或胂，是最簡單的砷化合物，化學式為As H₃，可燃、能自燃。它是砷和氫的高毒性分子衍生物。尽管它毒性很强，在半導體工业中仍广泛使用，也可用於合成各種有机砷化合物[1]。

標準狀態下，AsH₃是一种無色，密度高於空氣，可溶於水（200 mL/L）及多種有機溶劑的气体。它本身無臭，但空氣中有大約0.5ppm的胂存在時，它便可被空气氧化產生輕微類似大蒜的氣味。常温下胂很穩定，分解成氫和砷的速度非常慢，但溫度高于230°C时，它便迅速分解。还有幾個因素也會影響胂分解的速度，其中包括濕度、光的存在以及催化劑（鋁）的存在。[1]

AsH₃分子呈键角H-As-H為91.8°的三角錐體，且三條As-H鍵长度相等，為1.519 Å。胂还可以指分子式为AsH_3-xR_x的有機砷化合物，其中 R 可以是芳基或烷基。例如三苯胂（As(C₆H₅)₃）是胂的一种。

發現

AsH₃在1775年由卡爾·威廉·舍勒發現。他通過鋅和酸反應所生成的游离态氫還原三氧化二砷来製备砷化氫。這个化學反应是馬氏試砷法的前奏。

合成

AsH₃通常通過含+3价As的物质及含-1价H的物质反应制取。[2][3]

4AsCl₃ + 3NaBH₄ → 4AsH₃ + 3NaCl + 3BCl₃

亦可通過-3价As與質子試劑的化學反應来制备此氣體：

Zn₃As₂ + 6H⁺ → 2AsH₃ + 3Zn²⁺

化學反應

AsH₃的化學性质介于PH₃及SbH₃之間。

熱分解

与一些較重的氫化物一样（例如SbH₃、H₂Te和SnH₄），AsH₃不穩定（動力学上较穩定，但熱力學上不穩定）。

2AsH₃ → 3H₂ + 2As

分解反應是馬氏試砷法的基础（見下文）。

氧化作用

仍以SbH₃作比較，AsH₃易被O₂或空氣氧化：

2AsH₃ + 3O₂ → As₂O₃ + 3H₂O

砷化氫與強氧化劑（例如高錳酸鉀、次氯酸鈉或硝酸等）劇烈反應。[1]

制备金屬衍生物

砷化氫是製备純淨或接近純淨的砷的金屬複合物的原料。例如屬於二錳系列的[(C₅H₅)Mn(CO)₂]₂AsH，其中核心Mn₂AsH是平面的。[4]

古特蔡特測砷法

古特蔡特測砷法（Gutzeit test）是一個利用AsH₃與Ag⁺的化學反應来測試砷的特有方法。[5] 雖然此測試在分析化學中已不再使用，但我们仍以以下的反應作為一個例子来解釋AsH₃在「軟」金屬陽離子中的吸引力。在古特蔡特測砷法中，含水的砷化合物（一般是亞砷酸鹽）被鋅和H₂SO₄還原便會生成AsH₃。此气体将逸出并通入AgNO₃溶液或粉末狀的AgNO₃中。固體AgNO₃與AsH₃反應生成黃色的Ag₄AsNO₃，而 AsH₃與AgNO₃溶液反應则生成黄色的Ag颗粒溶胶，不稳定。

酸-鹼反應

As-H鍵有酸性，可被去質子化。这个性质經常被利用：

AsH₃ + NaNH₂ → NaAsH₂ + NH₃

AsH₃與三烷基鋁发生相应的反應时，會生成三聚物[R₂AlAsH₂]₃，當中的R=(CH₃)₃C。[6] 此反應與利用AsH₃制备GaAs的反应机理有關，見下。

一般認為AsH₃是非鹼性的，但可被超酸質子化，生成四面体形离子[AsH₄]⁺。[7]

與鹵化物的反應

砷化氫與鹵素（氟及氯）或它們的化合物（例如：三氯化氮）的化學反應非常危險，可导致爆炸。 [1]

生成聯胂的反應

雖然H₂As-AsH₂及H₂As-As(H)-AsH₂可被探測到，但與PH₃不同，AsH₃很难形成穩定的鏈。聯胂在-100°C以上不穩定。

微電子學中的應用

AsH₃可用於合成與微電子學及固態雷射有關的半導體材料。與磷相似，砷是硅及锗的n-摻染物。[1] 更重要的用途是以AsH₃為原料，在700-900°C通過化學氣相沉積来製造半導體材料砷化镓（GaAs）：

Ga(CH₃)₃ + AsH₃ → GaAs + 3CH₄

於化學戰的應用

早在第二次世界大戰前，AsH₃就已計劃用于化學戰。由于该氣體無色，幾乎無臭，且密度是空氣的2.5倍，因此非常适合在化學戰中用作覆蓋效應搜索。其致命濃度遠低於能闻到蒜頭氣味的濃度。尽管如此，与光氣相比它非常易燃且效果较低，因此從未正式用作武器。另一方面，有幾種基於砷化氫的有機化合物，例如：路易斯毒氣（氯乙烯氯胂）、亞當毒氣（二苯胺氯胂）、克拉克一號毒氣（二苯胺氯胂）、克拉克二號毒氣（二苯氰化胂）等则曾用於化學戰中。[8]

司法科學及馬氏試砷法

AsH₃在司法科學中亦非常著名，因為它可用于砷中毒的探測。舊的（但特別敏感的）馬氏试砷法样品中含砷時便會釋放出砷化氫。[3] 此方法大約在1836年由詹姆士·馬西发明。它是基於受害者身體（通常在胃部）的含砷樣本與無砷鋅及稀硫酸的反應：如樣本含砷，氣態砷化氫便會生成。其後氣體通過玻璃管，在250-300°C的溫度下分解。若裝置中加熱部份有砷镜生成，便表明砷的存在。而若裝置的清涼部分有黑鏡沉澱物生成，则表明銻的存在。

十九世紀末至二十世初，馬氏試砷法曾廣泛使用，但現在被更多經過改善的、更複雜的技術取代，例如：用於司法領域的中子活化分析。

毒性

關於其他砷化合物的毒性，另見砷、三氧化二砷和砷中毒。[7]

砷化氫的毒性與其他砷化合物的毒性非常不同。雖然曾有記录因皮膚接觸而中毒，但主要途徑還是吸入後中毒。砷化氫使紅血球中的血紅素凝固，使它易被身體破壞。

吸入砷化氫的第一症狀是頭痛、暈眩及反胃，需數小時后才能感觉到。其後，症狀有溶血性貧血(高水平的非結合膽紅素)、血紅素尿和腎病。在最严重的情况下，對腎臟的傷害可持續很長時間。

吸入250ppm的砷化氫便會迅速死亡，而曝露在30ppm的砷化氫中30分鐘亦可致命。長期曝露於10ppm的砷化氫也可致命。曝露於0.5ppm的砷化氫後會出現中毒症狀。雖然我们可以合理地假設砷化氫與其他砷化合物有共通點，長期曝露可導致砷中毒，但目前只有少量關於砷化氫的慢性毒性的資料。

参見

参考文献

(法文) Institut National de Recherche et de Sécurité. (PDF). 2000 [2006-09-06]. （原始内容 (PDF)存档于2006-11-26）.
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外部連結

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[INRS-1] (法文) Institut National de Recherche et de Sécurité. (PDF). 2000 [2006-09-06]. （原始内容 (PDF)存档于2006-11-26）.

[Bellama-2] Bellama, J. M.; MacDiarmid, A. G. "Synthesis of the Hydrides of Germanium, Phosphorus, Arsenic, and Antimony by the Solid-Phase Reaction of the Corresponding Oxide with Lithium Aluminum Hydride" （通過對应的固體氧化物及氫化鋁鋰的化學反應合成鍺、磷、砷及銻的氫化物） Inorganic Chemistry （無機化學）, 1968, vol. 7, page 2070-2

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[King-5] King, E. J. "Qualitative Analysis and Electrolytic Solutions" 《性質分析及電解溶液》 Harcourt, Brace, and World; New York (1959年)

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[Minkwitz-7] R. Minkwitz, R.; Kornath, A.; Sawodny, W.; Härtner, H. "Über die Darstellung der Pnikogenoniumsalze AsH₄⁺SbF₆⁻, AsH₄⁺AsF₆⁻, SbH₄⁺SbF₆⁻" Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie Vol. 620, pages 753 - 756.

[Suchard-8] Suchard, Jeffrey R. . eMedicine. March 2006 [2006-09-05]. （原始内容存档于2006-06-23）.