Fosfine

Fosfine kan op verschillende manieren bereid worden. De industriële syntheseroute gaat uit van witte fosfor, die in reactie gebracht wordt met natriumhydroxide. Daarbij ontstaat natriumhypofosfiet en natriumfosfiet als nevenproduct. Het ontstane natriumhypofosfiet ontleedt bij verhitting tot natriumwaterstoffosfaat en fosfine:

${\displaystyle \mathrm {2\ NaH_{2}PO_{2}\ \longrightarrow \ Na_{2}HPO_{4}\ +\ PH_{3}} }$

Een alternatieve methode is de zuur-gekatalyseerde disproportionering van witte fosfor, waarbij fosforzuur en fosfine ontstaan. Deze methode wordt meestal verkozen wanneer uit het ontstane fosfine verdere gesubstitueerde fosfines dienen bereid te worden. Het nadeel is echter dat veel moet opgezuiverd worden en dat het proces onder verhoogde druk verloopt.

In het laboratorium kan het op kleine schaal bereid worden door de hydrolyse van een metaalfosfide, zoals calciumfosfide of aluminiumfosfide:

${\displaystyle \mathrm {AlP\ +\ 3\ H_{2}O\longrightarrow \ Al(OH)_{3}\ +\ PH_{3}} }$

Met calciumfosfide ontstaat echter een grotere hoeveelheid difosfaan.

Hoogzuiver fosfine, vrij van difosfaan, kan bereid worden door de inwerking van kaliumhydroxide op fosfoniumjodide:

${\displaystyle \mathrm {PH_{4}I\ +\ KOH\ \longrightarrow \ PH_{3}\ +\ KI\ +\ H_{2}O} }$

Analoog aan het Haber-Boschproces voor de productie van ammoniak kan fosfine bereid worden door witte fosfor in reactie te brengen met waterstofgas:

${\displaystyle \mathrm {P_{4}\ +\ 6\ H_{2}\ \longrightarrow \ 4\ PH_{3}} }$

Fosfine vormt de basis voor een grote groep van analoge fosforverbindingen, de fosfanen (die echter ook nog, hoewel conform de IUPAC-nomenclatuur niet correct, betiteld worden als fosfines), waarbij één of meerdere van de waterstofatomen zijn vervangen door alkyl- of arylgroepen. Deze verbindingen zijn van belang bij de ontwikkeling van metaalkatalysatoren, omdat fosfines als stabiliserende liganden kunnen dienen. Een voorbeeld van een veelgebruikt fosfine is trifenylfosfine. Chirale fosfines doen dienst als liganden voor enantioselectieve katalysatoren in de asymmetrische synthese van verbindingen.

Fosfine maakt voor 0,0001% deel uit van de atmosfeer van de planeet Saturnus. Ook in de atmosfeer van Jupiter komen sporen van het gas voor.

Fosfine kan opgevat worden als het fosforanaloog van ammoniak. Net als ammoniak bezit fosfine een trigonaal piramidale moleculaire geometrie en behoort het tot de puntgroep C_3v. De bindingslengte tussen fosfor en waterstof bedraagt 141,9 pm en de H-P-H-bindingshoek meet 93,5°. Fosfor bezit een vrij elektronenpaar, net als stikstof in ammoniak. Formeel behoort fosfine tot de stofklasse der hydriden.

De kritische temperatuur van fosfine bedraagt 51,9 °C en de kritische druk 65,3 bar. Boven 375 °C treedt ontleding op.

Fosfine wordt gebruikt als gassingsmiddel onder de vorm van aluminiumfosfide- of magnesiumfosfidekorrels, waaruit bij contact met water uit de omgevingslucht gedoseerd fosfine vrijkomt, door hydrolyse van het metaalfosfide. Deze korrels bevatten ook andere stoffen waaruit ammoniak ontstaat, hetgeen helpt om de kans op spontane ontsteking of explosie van het fosfinegas te verminderen. Daarnaast bevatten de korrels ook andere agentia (bijvoorbeeld methaanthiol) om het gas een herkenbare geur te geven. Dergelijke korrels of tabletten worden onder meer ingezet tegen mollen en woelratten.

Fosfine wordt ook gebruikt als doteermiddel in de halfgeleiderindustrie (onder andere van silicium) en kan als reductor ingezet worden. Een belangrijke toepassing hiervan is de reductie van nikkelionen uit waterige oplossing tot een fosforhoudende nikkellaag die goed kan hechten aan geprofileerde oppervlakken.

De hoeveelheid fosfine in de omgevingslucht kan gemeten worden met een gasmeetbuisje of met een digitaal meetapparaat dat met een fosfinesensor is uitgerust.

Soms wordt aan het fosfinegas een knoflookgeur toegevoegd zodat men het gas wel kan ruiken (net zoals men bij aardgas een reukstof toevoegt). Deze geurstof is afhankelijk van de fabrikant en wordt vaak pas duidelijk herkenbaar bij hogere waardes (boven 1 ppm):

• tot 0,1 ppm grenswaarde (tijdsgewogen gemiddelde over 8 uur): mogelijk sterke geur, geen persoonlijk beschermingsmiddelen verplicht of noodzakelijk
• ± 0,2 ppm is hoogste grenswaarde (maximaal 15 minuten per gebeurtenis en mag meerdere malen per dag voorkomen). Er ontstaat een sterkere geur en persoonlijk beschermingsmiddel zijn niet verplicht.

Bij concentraties hoger dan 0,2 ppm is een filtermasker verplicht (gasmasker, volgelaatmasker met minimaal grijsfilter).

Fosfine is uiterst ontvlambaar en pyrofoor. De aanwezigheid van difosfaan maakt het gas zelfontbrandbaar. Fosfine kan exploderen wanneer het in contact komt met oxidatoren, zuurstofgas of di-jood, dibroom, dichloor, geconcentreerd salpeterzuur, zilvernitraat, kwik(II)nitraat, stikstofoxiden en stikstoftrichloride. Hevige reacties kunnen optreden in contact met amines, ammoniak, boortrichloride, waterstofbromide, chromylfluoride, distikstofmonoxide, etheenoxide, lucht, metaalnitraten en fosgeen.

Bij inhalatie van hoge concentraties treedt vrijwel onmiddellijk de dood in. Lagere concentraties kunnen ernstige schade aan interne organen veroorzaken.

• Fosfaan (stofklasse)
• Lijst van toxische gassen

•  International Chemical Safety Card van Fosfine
• (en) MSDS van fosfine
• (en) Gegevens van Fosfine in de GESTIS-stoffendatabank van het Duitse Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) (JavaScript vereist)