砷化氢

砷化氢或胂，是最简单的砷化合物，化学式为AsH3，可燃、能自燃。它是砷和氢的高毒性分子衍生物。尽管它毒性很强，在半导体工业中仍广泛使用，也可用于合成各种有机砷化合物。

标准状态下，AsH3是一种无色，密度高于空气，可溶于水（200 mL/L）及多种有机溶剂的气体。它本身无臭，但空气中有大约0.5ppm的胂存在时，它便可被空气氧化产生轻微类似大蒜的气味。常温下胂很稳定，分解成氢和砷的速度非常慢，但温度高于230°C时，它便迅速分解。还有几个因素也会影响胂分解的速度，其中包括湿度、光的存在以及催化剂（铝）的存在。

AsH3分子呈键角H-As-H为91.8°的三角锥体，且三条As-H键长度相等，为1.519 Å。胂还可以指分子式为AsH3-xRx的有机砷化合物，其中 R 可以是芳基或烷基。例如三苯胂（As(C6H5)3）是胂的一种。

## 发现

AsH3在1775年由卡尔·威廉·舍勒发现。他通过锌和酸反应所生成的游离态氢还原三氧化二砷来制备砷化氢。这个化学反应是马氏试砷法的前奏。

## 合成

AsH3通常通过含+3价As的物质及含-1价H的物质反应制取。

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

亦可通过-3价As与质子试剂的化学反应来制备此气体：

Zn3As2 + 6H+ → 2AsH3 + 3Zn2+

## 化学反应

AsH3的化学性质介于PH3及SbH3之间。

### 热分解

与一些较重的氢化物一样（例如SbH3、H2Te和SnH4），AsH3不稳定（动力学上较稳定，但热力学上不稳定）。

2AsH3 → 3H2 + 2As

分解反应是马氏试砷法的基础（见下文）。

### 氧化作用

仍以SbH3作比较，AsH3易被O2或空气氧化：

2AsH3 + 3O2 → As2O3 + 3H2O

砷化氢与强氧化剂（例如高锰酸钾、次氯酸钠或硝酸等）剧烈反应。

### 制备金属衍生物

砷化氢是制备纯净或接近纯净的砷的金属复合物的原料。例如属于二锰系列的(C5H5)Mn(CO)22AsH，其中核心Mn2AsH是平面的。

### 古特蔡特测砷法

古特蔡特测砷法（Gutzeit test）是一个利用AsH3与Ag+的化学反应来测试砷的特有方法。虽然此测试在分析化学中已不再使用，但仍可以以下的反应作为一个例子来解释AsH3在“软”金属阳离子中的吸引力。在古特蔡特测砷法中，含水的砷化合物（一般是亚砷酸盐）被锌和H2SO4还原便会生成AsH3。此气体将逸出并通入AgNO3溶液或粉末状的AgNO3中。固体AgNO3与AsH3反应生成黄色的Ag4AsNO3，而 AsH3与AgNO3溶液反应则生成黄色的Ag颗粒溶胶，不稳定。

### 酸-碱反应

As-H键有酸性，可被去质子化。这个性质经常被利用：

AsH3 + NaNH2 → NaAsH2 + NH3

AsH3与三烷基铝发生相应的反应时，会生成三聚物R2AlAsH23，当中的R=(CH3)3C。此反应与利用AsH3制备GaAs的反应机理有关，见下。

一般认为AsH3是非碱性的，但可被超酸质子化，生成四面体形离子AsH4+。

### 与卤化物的反应

砷化氢与卤素（氟及氯）或它们的化合物（例如：三氯化氮）的化学反应非常危险，可导致爆炸。

### 生成联胂的反应

虽然H2As-AsH2及H2As-As(H)-AsH2可被探测到，但与PH3不同，AsH3很难形成稳定的链。联胂在-100°C以上不稳定。

## 微电子学中的应用

AsH3可用于合成与微电子学及固态激光有关的半导体材料。与磷相似，砷是硅及锗的n-掺染物。更重要的用途是以AsH3为原料，在700-900°C通过化学气相沉积来制造半导体材料砷化镓（GaAs）：

Ga(CH3)3 + AsH3 → GaAs + 3CH4

## 于化学战的应用

早在第二次世界大战前，AsH3就已计划用于化学战。由于该气体无色，几乎无臭，且密度是空气的2.5倍，因此非常适合在化学战中用作覆盖效应搜索。其致命浓度远低于能闻到蒜头气味的浓度。尽管如此，与光气相比它非常易燃且效果较低，因此从未正式用作武器。另一方面，有几种基于砷化氢的有机化合物，例如：路易斯毒气（氯乙烯氯胂）、亚当毒气（二苯胺氯胂）、克拉克一号毒气（二苯胺氯胂）、克拉克二号毒气（二苯氰化胂）等则曾用于化学战中。

## 司法科学及马氏试砷法

AsH3在司法科学中亦非常著名，因为它可用于砷中毒的探测。旧的（但特别敏感的）马氏试砷法样品中含砷时便会释放出砷化氢。此方法大约在1836年由詹姆士·马西发明。它是基于受害者身体（通常在胃部）的含砷样本与无砷锌及稀硫酸的反应：如样本含砷，气态砷化氢便会生成。其后气体通过玻璃管，在250-300°C的温度下分解。若装置中加热部分有砷镜生成，便表明砷的存在。而若装置的清凉部分有黑镜沉淀物生成，则表明锑的存在。

十九世纪末至二十世初，马氏试砷法曾广泛使用，但现在被更多经过改善的、更复杂的技术取代，例如：用于司法领域的中子活化分析。

## 毒性

关于其他砷化合物的毒性，另见砷、三氧化二砷和砷中毒。

砷化氢的毒性与其他砷化合物的毒性非常不同。虽然曾有记录因皮肤接触而中毒，但主要途径还是吸入后中毒。砷化氢使红血球中的血红素凝固，使它易被身体破坏。

吸入砷化氢的第一症状是头痛、晕眩及反胃，需数小时后才能感觉到。其后，症状有溶血性贫血(高水平的非结合胆红素)、血红素尿和肾病。在最严重的情况下，对肾脏的伤害可持续很长时间。

吸入250ppm的砷化氢便会迅速死亡，而曝露在30ppm的砷化氢中30分钟亦可致命。长期曝露于10ppm的砷化氢也可致命。曝露于0.5ppm的砷化氢后会出现中毒症状。虽然可以合理地假设砷化氢与其他砷化合物有共通点，长期曝露可导致砷中毒，但目前只有少量关于砷化氢的慢性毒性的资料。

## 外部链接

- International Chemical Safety Card 0222 国际化学品安全策略 0222
- IARC Monograph "Arsenic and Arsenic Compunds" IARC专业论文——砷及砷化合物
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards NIOSH对化学危险物的小型指导
- Data on arsine from Air Liquide 自液态空气的砷化氢数据

## 基本资料

- 英文名：Arsine
- IUPACName：Arsane
- IUPACNameZh：胂
- 其他名称：砷化氢、砷化三氢、三氢化砷
- CASNo：7784-42-1
- PubChem：23969
- 3D模型（JSmol）：AsH3
- InChI：1/AsH3/h1H3
- ChemSpiderID：22408
- InChIKey：RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYAH
- StdInChI：1S/AsH3/h1H3
- StdInChIKey：RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N
- Gmelin：599
- 化学式：AsH3
- MolarMass：77.9454
- 外貌：无色且具有蒜臭的气体
- 密度：4.93 g/L (气体)、1.640 g/mL (-64°C)
- MeltingPtC：-117
- BoilingPtC：-62.5
- 水溶性：0.07 g/100 ml (25 °C)
- Solvent：水
- MolShape：三角锥形
- NFPA-H：4
- NFPA-F：4
- NFPA-R：2
- GHSPictograms：50px
- GHSSignalWord：Danger
- FlashPtC：−62
- LD50：2.5 mg/kg（静脉注射）
- PEL：TWA 0.05 ppm (0.2 mg/m3)
- ExploLimits：5.1–78%
- MainHazards：剧毒、易爆、易燃、可能致癌
- REL：C 0.002 mg/m3（15分钟）
- IDLH：3 ppm
- 小写字母：120 ppm（大鼠，10分钟）、77 ppm（小鼠，10分钟）、201 ppm（兔子，10分钟）、108 ppm（狗，10分钟）
- LCLo：250 ppm（人类，30分钟）、300 ppm（人类，5分钟）、25 ppm（人类，30分钟）
- 类型：氢化物
- OtherFunctn：氨、磷化氢、锑化氢、铋化氢