砷化氫

砷化氫或胂，是最簡單的砷化合物，化學式為AsH3，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。

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。

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AsH3-xRx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。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 2070-2Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" （無機化學） Academic Press: San Diego, 2001 （學術出版社: 聖地牙哥2001年）

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。

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。Herrmann, W. A.; Koumbouris, B.; Schaefer, A.; Zahn, T.; Ziegler, M. L. "Generation and Complex Stabilization of Arsinidene and Diarsine Fragments by Metal-Induced Degradation of Monoarsine" 《有機砷（R-As）的生成和穩定化複合及通過單胂的金屬感應降解聯胂碎片》  Chemische Berichte  (1985),  vol. 118, pages 2472-88

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。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) 雖然此測試在分析化學中已不再使用，但仍可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。Atwood, D. A.; Cowley, A. H.; Harris, P. R.; Jones, R. A.; Koschmieder, S. U.; Nunn, C. M.; Atwood, J. L.; Bott, S. G. "Cyclic Trimeric Hydroxy, Amido, Phosphido, and Arsenido Derivatives of aluminum and gallium.  X-ray Structures of [tert-Bu2Ga(m-OH)]3 and [tert-Bu2Ga(m-NH2)]3" 《循環三聚物羥基，酰胺基，硫磷和鋁及鎵的砷化物衍生物。[tert-Bu2Ga(m-OH)]3 及 [tert-Bu2Ga(m-NH2)]3的X-射線結構》 Organometallics  (1993), vol. 12, pages 24-29 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]+。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.

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。

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。 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。

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。 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。

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 

 砷
 二甲胂酸
 卡可基氧

参考文献

 外部連結 
International Chemical Safety Card 0222  國際化學品安全策略 0222 
IARC Monograph "Arsenic and Arsenic Compunds"  IARC專業論文——砷及砷化合物
NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards  NIOSH對化學危險物的小型指導 
Data on arsine from Air Liquide 自液態空氣的砷化氫數據

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