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。儘管它毒性很強，在半導體工業中仍廣泛使用，也可用於合成各種有機砷化合物。

標準狀態下，AsH3是一種無色，密度高於空氣，可溶於水（200 mL/L）及多種有機溶劑的氣體。它本身無臭，但空氣中有大約0.5ppm的胂存在時，它便可被空氣氧化產生輕微類似大蒜的氣味。常溫下胂很穩定，分解成氫和砷的速度非常慢，但溫度高於230°C時，它便迅速分解。還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分子呈鍵角H-As-H為91.8°的三角錐體，且三條As-H鍵長度相等，為1.519 Å。胂還可以指分子式為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）是胂的一種。

## 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離態氫還原三氧化二砷來製備砷化氫。這個化學反應是馬氏試砷法的前奏。

## 合成

AsH3通常通過含+3價As的物質及含-1價H的物質反應製取。

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

亦可通過-3價As與質子試劑的化學反應來製備此氣體：

Zn3As2 + 6H+ → 2AsH3 + 3Zn2+

## 化學反應

AsH3的化學性質介於PH3及SbH3之間。

### 熱分解

與一些較重的氫化物一樣（例如SbH3、H2Te和SnH4），AsH3不穩定（動力學上較穩定，但熱力學上不穩定）。

2AsH3 → 3H2 + 2As

分解反應是馬氏試砷法的基礎（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。

### 製備金屬衍生物

砷化氫是製備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)22AsH，其中核心Mn2AsH是平面的。

### 古特蔡特測砷法

古特蔡特測砷法（Gutzeit test）是一個利用AsH3與Ag+的化學反應來測試砷的特有方法。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來解釋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。此氣體將逸出並通入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溶液反應則生成黃色的Ag顆粒溶膠，不穩定。

### 酸-鹼反應

As-H鍵有酸性，可被去質子化。這個性質經常被利用：

AsH3 + NaNH2 → NaAsH2 + NH3

AsH3與三烷基鋁發生相應的反應時，會生成三聚物R2AlAsH23，當中的R=(CH3)3C。此反應與利用AsH3製備GaAs的反應機理有關，見下。

一般認為AsH3是非鹼性的，但可被超酸質子化，生成四面體形離子AsH4+。

### 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，可導致爆炸。

### 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很難形成穩定的鏈。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，砷是矽及鍺的n-摻染物。更重要的用途是以AsH3為原料，在700-900°C通過化學氣相沉積來製造半導體材料砷化鎵（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就已計劃用於化學戰。由於該氣體無色，幾乎無臭，且密度是空氣的2.5倍，因此非常適合在化學戰中用作覆蓋效應搜索。其致命濃度遠低於能聞到蒜頭氣味的濃度。儘管如此，與光氣相比它非常易燃且效果較低，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）等則曾用於化學戰中。

## 司法科學及馬氏試砷法

AsH3在司法科學中亦非常著名，因為它可用於砷中毒的探測。舊的（但特別敏感的）馬氏試砷法樣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·馬西發明。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鏡生成，便表明砷的存在。而若裝置的清涼部分有黑鏡沉澱物生成，則表明銻的存在。

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。雖然曾有記錄因皮膚接觸而中毒，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，需數小時後才能感覺到。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。在最嚴重的情況下，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。

## 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

## 基本資料

- 英文名：Arsine
- IUPACName：Arsane
- IUPACNameZh：胂
- 其他名稱：砷化氫、砷化三氫、三氫化砷
- 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
- 化學式：AsH3
- MolarMass：77.9454
- 外貌：無色且具有蒜臭的氣體
- 密度：4.93 g/L (氣體)、1.640 g/mL (-64°C)
- MeltingPtC：-117
- BoilingPtC：-62.5
- 水溶性：0.07 g/100 ml (25 °C)
- Solvent：水
- MolShape：三角錐形
- NFPA-H：4
- NFPA-F：4
- NFPA-R：2
- GHSPictograms：50px
- GHSSignalWord：Danger
- FlashPtC：−62
- LD50：2.5 mg/kg（靜脈注射）
- PEL：TWA 0.05 ppm (0.2 mg/m3)
- ExploLimits：5.1–78%
- MainHazards：劇毒、易爆、易燃、可能致癌
- REL：C 0.002 mg/m3（15分鐘）
- IDLH：3 ppm
- 小寫字母：120 ppm（大鼠，10分鐘）、77 ppm（小鼠，10分鐘）、201 ppm（兔子，10分鐘）、108 ppm（狗，10分鐘）
- LCLo：250 ppm（人類，30分鐘）、300 ppm（人類，5分鐘）、25 ppm（人類，30分鐘）
- 類型：氫化物
- OtherFunctn：氨、磷化氫、銻化氫、鉍化氫