磷化氫的製備、性質和用途

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簡介

磷化氫在實驗室中透過使用白磷、氫氧化鈉並在二氧化碳的惰性環境中加熱來製備。磷化氫自然存在於人體的尿液、血液和唾液中。它在工業上有幾種應用，但也存在一些健康危害。

關於磷化氫的資訊

磷化氫被認為是一種有毒且易燃的元素，法國化學家透過在碳酸鉀水溶液存在下加熱磷 (P₄) 發現了磷化氫。該實驗產生了具有魚腥味的無色氣體。磷化氫被認為是生物化學生命週期中的一種重要元素。由於該化合物在大氣中的濃度，該元素的化學性質非常不穩定。

磷化氫的結構

PH3 的結構幾何形狀為三角錐形。磷化氫的路易斯點結構包含一對孤電子對。磷原子的另外三個電子與三個氫原子共享，形成 PH3 分子的共價鍵。

圖 1 - 磷化氫結構

此外，以下是磷化氫分子的重要事實：

• 磷和氮元素都位於元素週期表中的 15 族。PH3 的分子結構與 NH3（氨）相同。

• 磷的電負性低於氮。

• 磷化氫結構中 H-P-H 的鍵角為 95.3°。

• P-H 的鍵長為 1.42 Å。

磷化氫的製備

磷化氫的製備分幾個步驟進行，具體步驟如下：

圖 2 - 磷化氫氣體的製備

• 金屬磷化物的酸鹼水解（例如磷化鈣） - 金屬磷化物與水或 HCl 溶液反應生成磷化氫。

$$\mathrm{Ca_{3}P_{2}\:+\:6H_{2}O\:\rightarrow\:2PH_{3}\:+\:3Ca(OH)_{2}}$$

• 由亞磷酸製備 - 亞磷酸 (H3PO3) 分解的過程可以透過純形式的磷化氫來表示。

$$\mathrm{4H_{3}PO_{3}\:\rightarrow\:3H_{3}PO_{4}\:+\:PH_{3}}$$

• 由磷製備 - 該生產過程從加熱白磷開始，可以在 NaOH 溶液中生成 PH3，同時需要有 CO2 環境。

磷化氫生成後，需要進行純化。P₂H₄ 或 P₄ 的存在使磷化氫成為不易燃的氣體。吸收 HI 的過程可以將其轉化為 PH4I。因此，加入氫氧化鉀可以得到純淨的磷化氫。

$$\mathrm{PH_{4}I\:+\:KOH\:\rightarrow\:PH_{3}\:+\:KI\:+\:H_{2}O}$$

磷化氫的性質

磷化氫的性質可以分為以下兩種形式：

物理性質

氣體的氣味像腐爛的魚。氣體的沸點為 126°F，氣體的熔點等於 208.8°F。此外，它“微溶於水”。

該氣體的臨界溫度為 124.9°F。該氣體的比重為 1.203。用 PH3 表示。在 70°F 的溫度下，其液體密度為 35.50。

化學性質

根據與其他物質的反應，可以判斷 PH3 的化學性質。當它與 HBr、HI 和 HCl 發生反應時，可以生成含有鏻離子的化合物。

$$\mathrm{PH_{3}\:+\:HBr\:\rightarrow\:PH_{4}Br}$$

$$\mathrm{PH_{3}\:+\:HI\:\rightarrow\:PH_{4}I}$$

$$\mathrm{PH_{3}\:+\:HCl\:\rightarrow\:PH_{4}Cl}$$

這種氣體被認為是有毒氣體。即使少量接觸也會導致黃疸和頭暈等副作用。由於炎症、噁心、腦痛和疲勞，肝臟和腎臟等器官會出現問題。

磷化氫的應用

以下是 PH3 在不同行業中的重要應用：

• 在半導體行業，它少量用作摻雜劑。

• 由於具有自燃的特性，它被用在霍姆斯訊號中。

• 該氣體的應用可以產生金屬磷化物。

• 煙幕 - 磷化鈣在水中吸收磷化氫時會產生煙幕，在一些衝突中，它被用來掩護士兵不被敵人發現。

結論

磷化氫被認為是一種無色氣體，具有一些難聞的氣味。它被用於各種工業應用。磷化氫被認為是有毒的。該氣體本身並不易燃。但是，當與任何氧化性物質接觸時，它會燃燒甚至爆炸。它可以在實驗室中以各種應用進行製備。

常見問題

1. 稱為磷化氫的氣體的主要性質是什麼？

磷化氫的主要性質是：無色、有毒、溶於水，並具有難聞的魚腥味。

2. 磷化氫的結構是什麼？

磷化氫的幾何結構是三角雙錐形，其中 P 原子上有一對電子，以及三個 P-H 鍵，鍵長為 1.42 Å。

3. 磷化氫氣體如何在化學實驗室中製備？

白磷在 CO₂ 的惰性氣氛下用濃 NaOH 溶液加熱，生成 PH₃。