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)2]2AsH，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，但我們仍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 [R2AlAsH2]3，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。雖然我們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。

## 參見

* 砷
* 二甲胂酸
* 卡可基氧

## 參考文獻

* Hatlelid K. M. Reactions of Arsine with Hemoglobine (血紅素與砷化氫的反應). Journal of Toxicology and Environmental Health Part A. 1996, **47** (2): 145 – 157. doi:10.1080/009841096161852.
* Nielsen H. H. The Molecular Structure of Arsine (砷化氫的分子結構). The Journal of Chemical Physics. 1952, **20** (12): 1955–1956. doi:10.1063/1.1700347.
* Fowler B. A., Weissberg J. B. Arsine poisoning (砷中毒). New England Journal of Medicine. 1974, **300**: 1171–1174.

## 外部連結

* International Chemical Safety Card 0222 國際化學品安全策略 0222 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Data on arsine from Air Liquide 自液態空氣的砷化氫數據