الفوسفين ذو الصيغة الكيميائية (PH3) هو غاز عديم اللون وقابل للاشتعال وأثقل من الهواء وله رائحة مميزة توصف بأنها تشبه الأسماك المتحللة، ويُزعم أن الفوسفين النقي عديم الرائحة حتى عند مستوى 200 جزء في المليون، وتتراوح عتبة الرائحة للفوسفين المتاح تجارياً من 0.02 جزء في المليون إلى 3 جزء في المليون، وتبلغ درجة حرارة الاشتعال الذاتي 100 درجة فهرنهايت (37.8 درجة مئوية) وتشتعل تلقائيًا عند وجود آثار لهيدرات الفوسفور الأخرى مثل الديفوسفين، ولجميع الأغراض العملية يجب التعامل مع الفوسفين باعتباره غازًا سريع الاشتعال وعالي السمية.
ما هو الفوسفين
- يكون الفوسفين مستقرًا في درجة حرارة الغرفة ويبدأ في التحلل عند حوالي 707 درجة فهرنهايت (375 درجة مئوية)، مع تحلل كامل عند حوالي 1100 درجة فهرنهايت (593 درجة مئوية)، ويتأكسد الفوسفين بسهولة بواسطة المؤكسدات الشائعة مثل برمنجنات البوتاسيوم وهيبوكلوريت الصوديوم، على عكس الزرنيخ سيكون له بعض التفاعل مع القلويات.
- الفوسفين هو عامل اختزال قوي ويمكن أن يرسب عددًا من المعادن الثقيلة من محاليل أملاحها، وسوف يتفاعل بعنف مع المؤكسدات مثل الأكسجين والكلور والفلور وأكسيد النيتريك، ويتم شحنه في صورة نقية كغاز مسال ويتوفر أيضًا بشكل شائع كمزيج عند مزجه مع الهيدروجين أو الغازات الخاملة.
- الفوسفين مادة كيميائية سريعة الاشتعال وقابلة للاشتعال تلقائيًا في الهواء، وهو غير متوافق مع عوامل الأكسدة القوية مثل كلا من الهالوجينات وحمض النيتريك، يمتلك رائحة الثوم أو تعفن الأسماك، وهو قليل الذوبان في الماء وهو غاز متفجر في درجة الحرارة المحيطة، ويتحلل عند التسخين أو الاحتراق منتجا أبخرة سامة بما في ذلك أكاسيد الفوسفور، ويتفاعل بعنف مع الهواء والأكسجين والمواد المؤكسدة مثل أكاسيد الكلور والنيتروجين والنترات المعدنية والهالوجينات والمواد السامة الأخرى، ويسبب مخاطر الحريق والانفجار.
- الفوسفين هو عبارة عن غاز عديم اللون يتم شحنه كغاز مضغوط مسال، وهو عديم الرائحة عندما يكون نقي، المستوى الذي يكتشف فيه البشر رائحة الفوسفين (عتبة الرائحة) لا يوفر تحذيرًا كافيًا من التركيزات الخطرة، ويمثل الفوسفين خطرا إضافيا لأنه يشتعل في درجات حرارة منخفضة جدا، يشحن كغاز مضغوط مسال، عتبة الرائحة هي 0.14 جزء في المليون، يحترق بلهب مضيء، يمتلك كثافة 1.492 جم / لتر، والمسال عند -87.7 درجة مئوية، يصلب عند -133 درجة مئوية، أما درجة الحرارة الحرجة 51.35 درجة مئوية والضغط الحرج 64.55 وحدة ضغط جوي وهو قليل الذوبان في الماء، محلوله قاعدي بشكل ضعيف.
- يتم إنتاج الفوسفين بشكل طبيعي بكميات صغيرة في أراضي المستنقعات، وخاصة في المقابر الرطبة، الناتج عن التحلل البكتيري للمواد الحيوانية والنباتية التي تحتوي على الفوسفور، تصدر أكسدة الغلاف الجوي للفوسفين الملوث (الذي يحتوي على كميات ضئيلة من الديفوسفين، P2H4) أضواء وامضة شاحبة، ما يسمى ” شموع الجثة “التي تُرى في الليالي المظلمة، كما ويحتوي المجمع على القليل من التطبيقات التجارية، ويتم استخدامه لتحضير أملاح الفوسفونيوم والتي يمكن أيضًا صنعها بواسطة عمليات أخرى.
- يستخدم الفوسفين كمادة تبخير وفي تخليق العديد من مركبات الفسفور العضوي وكعامل منشطات للمكونات الإلكترونية، ويظهر في الغازات العادمة من مصانع تصنيع الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة، وتم الإبلاغ عن وجود بقايا مقيدة للفوسفين في السلع المدخنة (Rangaswamy and Sasikala 1986).
- يعد الفوسفين أكثر مواد التبخير المستخدمة على نطاق واسع لمكافحة الحشرات في السلع المعمرة في جميع أنحاء العالم، يتم استخدامه بشكل متزايد كعلاج لاستبدال بروميد الميثيل خاصة بسبب تكلفته المنخفضة والتشتت السريع في الهواء وانخفاض المخلفات، وتعد تعددية الاستخدام ميزة رئيسية للفوسفين، حيث يمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من مباني التخزين أثناء النقل (على سبيل المثال في عنابر السفن) أو في حاويات الألواح البلاستيكية، وهو قريب من التبخير المثالي باستثناء بعض العيوب: النشاط البطيء والزيادة السريعة في مقاومة الحشرات والقابلية للاشتعال بتركيزات أعلى (> 900 جزء في المليون) وتآكل النحاس والفضة والذهب.
- لقد تم العثور على مقاومة الفوسفين بين مجموعات الحشرات نتيجة لضغط الاختيار الناجم عن التبخير غير الكافي في وحدات التخزين، مورافق التخزين غير محكمة الإغلاق بشكل كاف قبل التبخير ولا يتم رصد تركيزات المبخرة، علما أن فهم آلية مقاومة الفوسفين وتكتيكات المراقبة المحسنة وإدارة المقاومة هي الأولويات في معالجة المشكلة، وتم العثور على مشاكل أخرى مثل التآكل والقابلية للاشتعال لتكون محدودة باستخدام مزيج من الحرارة (30-36) وثاني أكسيد الكربون (3-7٪) والفوسفين عند 80-100 جزء في المليون، مع تحقيق السيطرة الكاملة على الحشرات.
تحضير الفوسفين
- لا يتم تصنيع الفوسفين على عكس الأمونيا عن طريق الاتحاد المباشر للعناصر، ومع ذلك فإنه يتم تحضير الفوسفين من مركبات الفوسفور الأخرى بعدة طرق، حيث يمكن تحضير الفوسفين عن طريق التحلل المائي القلوي للفوسفور الأبيض، وهكذا فإن المحلول المائي القوي للبوتاس الكاوي عند غليه بالفوسفور الأبيض ينتج الهيبوفوسفيت مع تحرير الفوسفين:
P4 + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3
- من الممكن أن يتم استخدام الصودا الكاوية أو هيدروكسيد الباريوم بدلاً من البوتاس الكاوية، ويجب أن يكون الجهاز خالي من الهواء، ويمكن تمرير الهيدروجين أو الغاز الطبيعي عبر المولد لتطهير كل الأكسجين المتبقي من القارورة لمنع أي انفجار، ويتم أيضًا إنتاج كمية صغيرة من ثنائي الفوسفين (P2H4) في التفاعل، وهذا الأخير يشتعل تلقائيًا في الهواء.
- ويمكن إزالة الديفوسفين وهو سائل غير مستقر عند 20 درجة مئوية عن طريق التكثيف في أنبوب مغمور في خليط متجمد أو بالمرور من خلال حمض الهيدروكلوريك المركز أو ببطء عن طريق التحلل الكيميائي الضوئي عن طريق التعريض للضوء.
- ويتم تحضير الفوسفين أيضًا عن طريق تقليل محلول ثلاثي كلوريد الفوسفور مع هيدريد ألومنيوم الليثيوم في الأثير الجاف في ظروف دافئة، ويضاف محلول الأخير من قمع تنقيط إلى محلول ثلاثي كلوريد الفوسفور في إيثر جاف يوضع في حمام مائي.
4PCl3 + 3LiAlH4 → 3 LiCl + 3AlCl3 + 4PH3
- يتم توصيل القارورة بمكثف راجع لتكثيف إيثر المذيب مرة أخرى في القارورة، ويتم جمع الفوسفين فوق الماء كغاز رطب، ويمكن بدلاً من ذلك تكثيف الفوسفين الجاف في أنبوب على شكل حرف (U) يوضع في خليط متجمد، كما ويمكن إنتاج الفوسفين بخلط محلول يوديد الفوسفونيوم مع هيدروكسيد البوتاسيوم:
PH4I + KOH → KI + H2O + PH3
- تتضمن طريقة التحضير الأخرى معالجة الفوسفيد المعدني بالأحماض المخففة:
Ca3P2 + 6HCl → 3CaCl2 + 2PH3
- لقد تم تطبيق هذه الطريقة في وقت سابق لإنتاج إشارات ضوئية عائمة في البحر، وتم ترقيم العلب العائمة من فوسفيد الكالسيوم للسماح لمياه البحر بتوليد الفوسفين، الذي يشتعل تلقائيًا ليطلق مشاعل، ولا يمكن اطفاء النيران بفعل الرياح او الماء.
