アルシン

アルシン
IUPAC名 アルサン（系統名）
別称 ヒ化水素 水素化ヒ素
識別情報
CAS登録番号	7784-42-1
EC番号	232-066-3
特性
化学式	AsH3
モル質量	77.9454 g/mol
外観	無色気体
密度	4.93 g/l, 気体、1.640 g/mL (−64 ℃, 液体)
融点	−117 °C, 156 K, -179 °F
沸点	−62.5 °C, 211 K, -81 °F
水への溶解度	0.07 g/100 ml (25 ℃)
酸解離定数 pKa	25
構造
分子の形	三角錐形
双極子モーメント	0.20 D
熱化学
標準生成熱 ΔfH^o	+66.44 kJ mol^−1
標準モルエントロピー S^o	222.78 J mol^−1K^−1
標準定圧モル比熱, Cp^o	38.07 J mol^−1K^−1
危険性
EU分類	非常に強い可燃性 (F+) 猛毒 (T+) 有害 (Xn) 環境への危険性 (N)
NFPA 704	4 4 2
Rフレーズ	R12, R26, R48/20, R50/53
Sフレーズ	(S1/2), S9, S16, S28, S33, S36/37, S45, S60, S61
引火点	可燃性気体
関連する物質
関連する水素化合物	アンモニア ホスフィン スチビン ビスムチン
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

アルシン（英語: arsine）とは、化学式が AsH₃ と表される、ヒ素と水素の化合物である。水素化ヒ素（英語: arsenic hydride）や、ヒ化水素 (英語: hydrogen arsenide) とも呼ばれる。

性質

アルシンの化学式はAsH₃であるため、その分子量は、77.95である。アルシンの常圧における融点は-116 ℃、沸点は-62 ℃なので、常温常圧では気体として存在する。なお、気体のアルシンに色は無い。

立体構造はアンモニアに近いが、水素の結合角はアンモニアのそれよりも小さく直角に近い。極性溶媒に溶け易く、有機溶媒に溶け難い。しかし、窒素の電気陰性度が3.0のアンモニアとは異なり、ヒ素の電気陰性度は2.0なのに対して、水素の電気陰性度は2.1と、極性が弱いためアルシンは水素結合を作らない。

アルシンは還元作用を示し、例えば、硝酸銀水溶液に通ずると銀を遊離する。なお、その標準酸化還元電位は以下の通りである。

${\displaystyle {\ce {As\ +3H^{+}\ +3{\mathit {e}}^{-}=AsH3\ ,}}}$ E º = -0.225 V

${\displaystyle {\ce {2AsH3\ + 12AgNO3\ + 3H2O -> 12Ag\ + As2O3\ + 12HNO3}}}$

濃厚な硝酸銀水溶液では、ヒ化銀を含む黄色の複塩 Ag₃As·3AgNO₃ が沈殿する。このように、そもそも還元性を示す物質なので、強力な酸化剤とは、爆発的に反応する。したがって、引火し易く、爆発に至る場合もあるので、取り扱いには注意を要する[注 1]。

なお、酸素との反応、すなわち、燃焼すると、水及び三酸化ヒ素を生じる。

そもそもアルシンは比較的不安定な化合物であり、熱・光・水分によって分解され、ヒ素と水素を生じる。

毒性

ヒトに対してアルシンは猛毒であり、アメリカ合衆国産業衛生専門家会議（英語版、イタリア語版）（ACGIH）の勧告によるアルシンの許容濃度は、時間加重平均濃度にて 0.005 ppmである。アルシンを大量に吸入した場合、血液・腎臓に影響が出て、最悪の場合には死に至る。

アルシンの曝露された結果の症状は、数時間から数日遅れて現れる場合もあるため、その間は医学的な経過観察が必要とされる。

合成

例えば、ヒ化カルシウム（英語版、ドイツ語版、オランダ語版、ロシア語版）に希硫酸を作用させると発生する。

${\displaystyle {\ce {Ca3As2\ + 3H2SO4 -> 2AsH3\ + 3CaSO4}}}$

この合成法によって合成したアルシンは、ニンニクに似た特徴的な臭気を持つとされるが、このニンニク臭は、不純物のテルルによる匂いだとも言われる。

また、ヒ素を含む試料に、触媒として亜鉛を加えて、そこに希硫酸を作用させるとアルシンが発生する。このようにして発生させたアルシンを、水素ガスと共に燃焼させて、その炎を冷たいガラス、または、磁製皿に触れさせると、単体のヒ素が付着し、光沢のある「ヒ素鏡」ができる。これはマーシュ法と呼ばれるヒ素の検出法の1つである。

なお、これは積極的な合成法ではないものの、シェーレグリーンと呼ばれる顔料を、カビやバクテリアが分解すると、アルシンが発生し得る。

用途

ヒ化ガリウム（GaAs）やヒ化インジウム（InAs）等の化合物半導体の原料として重要である。アルシンを原料としての半導体製造においては、有機金属気相成長法（MOCVD）やガスソース分子線エピタキシー法（GS-MBE）が用いられる。原料ガスとしてアルシンを管内に送り込む方法で、均等に層を積み上げる成長工程を担う[2]。

有機アルシン

有機化学において、水素化ヒ素を親化合物とし、一般式が RR^1R^2As（各置換基は H または有機基）と表される一連の誘導体も、俗に「アルシン」と呼ばれる。トリフェニルアルシン（(C₆H₅)₃As）などは、配位子としての用途がある。

脚注

注釈

1. 危険性とその対処については国際化学物質安全性カード[1]にまとめられている。アルシンのTLV（暴露限界）は、0.005 ppm（TWA）である。

出典

1. “ICSC 0222 - アルシン”. 2024年1月5日閲覧。
2. “MOCVD装置”. 大陽日酸. 2016年9月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年11月14日閲覧。

関連項目

• ホスフィン（PH₃）
• 水素化アンチモン（SbH₃）
• 水素化ビスマス（BiH₃）