फ़ॉस्फ़ीन

फ़ॉस्फ़ीन (IUPAC नाम: फॉस्फेन) रासायनिक सूत्र PH3, के साथ एक रंगहीन, ज्वलनशील, अत्यधिक विषैला यौगिक है, एक निक्टोजन हाइड्राइड के रूप में वर्गीकृत किया गया है। शुद्ध फ़ॉस्फ़ीन गंधहीन होता है, लेकिन प्रतिस्थापित फ़ॉस्फ़ीन और डिफॉस्फेन (P2H4) की उपस्थिति के कारण तकनीकी श्रेणी के नमूनों में सड़ी हुई मछली जैसी अत्यधिक अप्रिय गंध होती है। (P2H4) के निशान के साथ, PH3 हवा (पायरोफोरिक) में सहज रूप से ज्वलनशील होता है, एक चमकदार लौ के साथ जलता है। फ़ॉस्फ़ीन एक अत्यधिक जहरीला श्वसन जहर है, और 50 ppm पर तुरंत जीवन या स्वास्थ्य के लिए खतरनाक है। फ़ॉस्फ़ीन में एक त्रिकोणीय स्तूपि‍कानुमा संरचना होती है।

फ़ॉस्फ़ीन ऐसे यौगिक हैं जिनमें PH3 और ऑर्गनोफ़ॉस्फ़ीन सम्मिलित हैं, जो PH3 से जैविक समूहों के साथ एक या एक से अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं को प्रतिस्थापित करके प्राप्त किए जाते हैं। उनका सामान्य सूत्र है PH_{3−n}R_{n}. फॉस्फेन P_{n}H_{n+2} के रूप के संतृप्त फास्फोरस हाइड्राइड होते हैं, जैसे ट्राइफॉस्फेन। फ़ॉस्फ़ीन, PH3, फ़ॉस्फ़ीन में सबसे छोटा और फॉस्फेन में सबसे छोटा है।

इतिहास
लैवोसियर के एक छात्र फिलिप गेन्गेम्ब्रे (1764-1838) ने पहली बार 1783 में पोटाश(पोटेशियम कार्बोनेट) के जलीय घोल में सफेद फास्फोरस को गर्म करके फ़ॉस्फ़ीन प्राप्त किया था।

संभवतः मौलिक फास्फोरस के साथ इसके मजबूत संबंध के कारण, फ़ॉस्फ़ीन को एक बार तत्व का गैसीय रूप माना जाता था, लेकिन लैवोसियर (1789) ने इसे हाइड्रोजन के साथ फॉस्फोरस के संयोजन के रूप में मान्यता दी और इसे फॉस्फोर डी'हाइड्रोजीन(हाइड्रोजन का फॉस्फाइड) के रूप में वर्णित किया।Note:
 * On p. 222 of his Traité élémentaire de chimie, vol. 1, (Paris, France:  Cuchet, 1789), Lavoisier calls the compound of phosphorus and hydrogen "phosphure d'hydrogène" (hydrogen phosphide).  However, on p. 216, he calls the compound of hydrogen and phosphorus "Combinaison inconnue." (unknown combination), yet in a footnote, he says about the reactions of hydrogen with sulfur and with phosphorus:  "Ces combinaisons ont lieu dans l'état de gaz & il en résulte du gaz hydrogène sulfurisé & phosphorisé."  (These combinations occur in the gaseous state, and there results from them sulfurized and phosphorized hydrogen gas.)
 * In Robert Kerr's 1790 English translation of Lavoisier's Traité élémentaire de chimie ... — namely, Lavoisier with Robert Kerr, trans., Elements of Chemistry ... (Edinburgh, Scotland: William Creech, 1790) — Kerr translates Lavoisier's "phosphure d'hydrogène" as "phosphuret of hydrogen" (p. 204), and whereas Lavoisier — on p. 216 of his Traité élémentaire de chimie ... — gave no name to the combination of hydrogen and phosphorus, Kerr calls it "hydruret of phosphorus, or phosphuret of hydrogen" (p. 198).  Lavoisier's note about this compound — "Combinaison inconnue." — is translated:  "Hitherto unknown."  Lavoisier's footnote is translated as:  "These combinations take place in the state of gas, and form, respectively, sulphurated and phosphorated oxygen gas."  The word "oxygen" in the translation is an error because the original text clearly reads "hydrogène" (hydrogen).  (The error was corrected in subsequent editions.)

1844 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ लुई जैक्स थेनार्ड के पुत्र पॉल थेनार्ड ने कैल्शियम फॉस्फाइड से उत्पन्न फ़ॉस्फ़ीन से डिफोस्फीन को अलग करने के लिए एक ठंडे जाल का उपयोग किया, जिससे यह प्रदर्शित हुआ कि P2H4, PH3 से जुड़ी सहज ज्वलनशीलता के लिए जिम्मेदार है और विशिष्ट नारंगी/भूरे रंग जो सतहों पर बन सकता है, जो एक बहुलकीकरण उत्पाद है। उन्होंने डिफोस्फीन के सूत्र को PH2 माना, और इस प्रकार तात्विक फास्फोरस, उच्च बहुलक और फ़ॉस्फ़ीन के बीच एक मध्यवर्ती। कैल्शियम फॉस्फाइड (नाममात्र) Ca3P2) अन्य फॉस्फाइड की तुलना में अधिक P2H4 का उत्पादन करता है  क्योंकि प्रारंभिक सामग्री में P-P संबंध की प्रधानता होती है।

"फ़ॉस्फ़ीन" नाम का पहली बार 1857 में ऑर्गनोफॉस्फोरस यौगिकों के लिए उपयोग किया गया था, जो कार्बनिक अमाइन (NR3) के अनुरूप था। गैस PH3 को 1865 (या इससे पहले) द्वारा फ़ॉस्फ़ीन नाम दिया गया था।

संरचना और गुण
PH3, C3v आणविक समरूपता के साथ एक त्रिकोणीय स्तूपि‍का अणु है । P−H संबंध की लंबाई 1.42  Å है, H−P−H संबंध कोण 93.5° हैं। द्विध्रुव आघूर्ण 0.58 D है, जो श्रृंखला में मिथाइल समूहों के प्रतिस्थापन (रसायन विज्ञान) के साथ बढ़ता है: CH3PH2, 1.10 D; (CH3)2PH, 1.23 D; (CH3)3P, 1.19 D। इसके विपरीत, अमाइन के द्विध्रुव आघूर्ण प्रतिस्थापन के साथ घटते हैं, जो अमोनिया से शुरू होता है, जिसका द्विध्रुव आघूर्ण 1.47 D होता है। निम्न द्विध्रुव आघूर्ण और लगभग लाम्बिक बंधन कोण इस निष्कर्ष पर ले जाते हैं कि PH3 में P−H संबंध लगभग पूरी तरह से pσ(P) – sσ(H) हैं और फॉस्फोरस 3s कक्षीय इस अणु में फॉस्फोरस और हाइड्रोजन के बीच के बंधन में बहुत कम योगदान देता है। इस कारण से, फॉस्फोरस पर अकेला जोड़ा मुख्य रूप से फॉस्फोरस के 3s कक्षीय द्वारा मुख्य रूप से गठित माना जा सकता है।  31P NMR  वर्णक्रम में फॉस्फोरस परमाणु का अपफील्ड रासायनिक बदलाव इस निष्कर्ष के अनुरूप है कि अकेला युग्म विद्युदअणु 3s कक्षीय (फ्लक, 1973) पर अधिग्रहण कर लेता है। यह इलेक्ट्रॉनिक संरचना सामान्य रूप से नाभिकरागिता की कमी और विशेष रूप से मूलभूतता की कमी (pKaH = –14), के साथ-साथ केवल कमजोर हाइड्रोजन बंध बनाने की क्षमता की ओर ले जाती है।

PH3 की जलीय घुलनशीलता मामूली है; 0.22 cm3 गैस 1 cm3 पानी में घुलती है। गैर-ध्रुवीय P−H संबंध के कारण पानी की तुलना में गैर-ध्रुवीय विलायक में फ़ॉस्फ़ीन अधिक आसानी से घुल जाता है। यह पानी में तकनीकी रूप से उभयधर्मी है, लेकिन अम्ल और क्षार गतिविधि खराब है। प्रोटॉन विनिमय एक फॉस्फोनियम (PH4+) आयन के माध्यम से अम्लीय घोल में और फॉस्फेनाइड (PH2−) के माध्यम से उच्च pH पर, संतुलन स्थिरांक Kb = $0$ और Ka = 41.6×10−29 के साथ होता है।

पानी
उच्च दबाव और तापमान पर पानी के संपर्क में फ़ॉस्फ़ीन फॉस्फोरिक अम्ल और हाइड्रोजन का उत्पादन करता है:

जलना
हवा में फ़ॉस्फ़ीन जलाने से फॉस्फोरस पेंटोक्साइड (P2O5) उत्पन्न होता है (जो पानी के साथ प्रतिक्रिया करके फॉस्फोरिक एसिड बनाता है):


 * 2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O

तैयारी और घटना
फ़ॉस्फ़ीन को विभिन्न तरीकों से तैयार किया जा सकता है। औद्योगिक रूप से इसे सोडियम या पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के साथ सफेद फास्फोरस की प्रतिक्रिया से बनाया जा सकता है, जो उप-उत्पाद के रूप में पोटेशियम या सोडियम हाइपोफॉस्फाइट का उत्पादन करता है।
 * 3 KOH + P4 + 3 H2O → 3 KH2PO2 + PH3
 * 3 NaOH + P4 + 3 H2O → 3 NaH2PO2 + PH3

वैकल्पिक रूप से, सफेद फास्फोरस के अम्ल-उत्प्रेरित अनुपातहीनता से फॉस्फोरिक अम्ल और फ़ॉस्फ़ीन प्राप्त होता है। दोनों मार्गों का औद्योगिक महत्व है; यदि फ़ॉस्फ़ीन को प्रतिस्थापित फ़ॉस्फ़ीन की और प्रतिक्रिया की आवश्यकता है तो अम्ल मार्ग पसंदीदा तरीका है। अम्ल मार्ग को शुद्धिकरण और दबाव की आवश्यकता होती है।

प्रयोगशाला मार्ग
यह फॉस्फोरस अम्ल के अनुपातहीनता से प्रयोगशाला में तैयार किया जाता है:
 * 4 H3PO3 → PH3 + 3 H3PO4

फ़ॉस्फ़ीन का विकास लगभग 200 °C पर होता है।

वैकल्पिक विधियाँ ट्रिस (ट्राइमिथाइलसिलिल) फ़ॉस्फ़ीन, या धातु फॉस्फाइड जैसे एल्युमिनियम फास्फाइड, या कैल्शियम फॉस्फाइड के हाइड्रोलिसिस हैं:
 * Ca3P2 + H2O → Ca(OH)3 + PH3

P2H4 से मुक्त फ़ॉस्फ़ीन के शुद्ध नमूने, फॉस्फोनियम पर पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की क्रिया का उपयोग करके तैयार किए जा सकते है:
 * [PH4]I + KOH -> PH3 + KI + H2O

घटना
फ़ॉस्फ़ीन बहुत कम और अत्यधिक परिवर्तनशील सांद्रता पर पृथ्वी के वायुमंडल का एक विश्वव्यापी घटक है। यह वैश्विक फास्फोरस जैव रासायनिक चक्र में महत्वपूर्ण योगदान दे सकता है। सबसे संभावित स्रोत क्षयकारी कार्बनिक पदार्थों में फॉस्फेट की कमी है, संभवतः आंशिक कटौती और अनुपातहीनता के माध्यम से, क्योंकि पर्यावरण प्रणालियों में फॉस्फेट को सीधे फ़ॉस्फ़ीन में परिवर्तित करने के लिए पर्याप्त शक्ति के ज्ञात कम करने वाले घटक नहीं है।

यह बृहस्पति के वातावरण में भी पाया जाता है।

संभावित अलौकिक जैव हस्ताक्षर (बायोसिग्नेचर)
2020 में एक स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण में शुक्र के वातावरण में फ़ॉस्फ़ीन के संकेतों को मात्रा में दिखाया गया था जिसे ज्ञात अजैविक घटक द्वारा समझाया नहीं जा सकता था।  बाद में इस कार्य के पुन: विश्लेषण से पता चला कि प्रक्षेप त्रुटियां की गई थीं, निश्चित कलन विधि के साथ जानकारी का पुन: विश्लेषण या तो फ़ॉस्फ़ीन का पता लगाने में परिणाम नहीं देता है या 1 ppb की बहुत कम सांद्रता के साथ इसका पता लगाता है।

ऑर्गनोफॉस्फोरस रसायन
फ़ॉस्फ़ीन कई ऑर्गनोफॉस्फोरस यौगिकों का अग्रदूत है। यह टेट्राकिस (हाइड्रॉक्सीमिथाइल) फॉस्फोनियम क्लोराइड देने के लिए हाइड्रोजन क्लोराइड की उपस्थिति में फॉर्मलाडेहाइड के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसका उपयोग वस्त्रों में किया जाता है। विभिन्न प्रकार के फ़ॉस्फ़ीन के लिए अल्केन्स का हाइड्रोफॉस्फिनेशन  बहुमुखी मार्ग है। उदाहरण के लिए, मूलभूत उत्प्रेरक की उपस्थिति में PH3 माइकल स्वीकर्ता को जोड़ता है। इस प्रकार  एक्रिलोनिट्राइल के साथ, यह ट्रिस (सायनोएथिल) फ़ॉस्फ़ीन देने के लिए प्रतिक्रिया करता है:
 * PH3 + 3 CH2\dCHZ → P(CH2CH2Z)3 (Z is NO2, CN, or C(O)NH2)

अम्ल उत्प्रेरण आइसोब्यूटिलीन और संबंधित अनुरूप के साथ हाइड्रोफॉस्फिनेशन पर लागू होता है:
 * PH3 + R2C\dCH2 → R2(CH3)CPH2 (R is CH3, alkyl, etc.)

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक
फ़ॉस्फ़ीन का उपयोग अर्धचालक उद्योग में एक अपमिश्रक (डोपेंट) के रूप में किया जाता है, और यौगिक अर्धचालकों के निक्षेपण के लिए एक अग्रदूत के रूप में किया जाता है। व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण उत्पादों में गैलियम फॉस्फाइड और इंडियम फॉस्फाइड सम्मिलित हैं।

धुआंरी
कृषि उपयोग के लिए, एल्युमिनियम फॉस्फाइड (AlP), कैल्शियम फॉस्फाइड (Ca3P2), या जिंक फास्फाइड (Zn3P2) के छर्रों वायुमंडलीय पानी या कृन्तकों के पेट के अम्ल के संपर्क में आने पर फ़ॉस्फ़ीन छोड़ते हैं। इन छर्रों में जारी किए गए फ़ॉस्फ़ीन के प्रज्वलन या विस्फोट की क्षमता को कम करने वाले कारक भी होते हैं। एक और हालिया विकल्प स्वयं फ़ॉस्फ़ीन गैस का उपयोग है जिसे ज्वलनशीलता बिंदु से नीचे लाने के लिए CO2 या N2 या यहां तक कि हवा के साथ तनुकरण की आवश्यकता होती है। गैस का उपयोग धातु फॉस्फाइड द्वारा छोड़े गए ठोस अवशेषों से संबंधित मुद्दों से बचा जाता है और इसके परिणामस्वरूप लक्षित कीटों का तेजी से और अधिक कुशल नियंत्रण होता है।

क्योंकि मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल के तहत कुछ देशों में पहले से लोकप्रिय धुआंरी मिथाइल ब्रोमाइड को को हटा दिया गया है, फ़ॉस्फ़ीन एकमात्र व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला, लागत प्रभावी, तेजी से काम करने वाला धुआंरी है जो संग्रहीत उत्पाद पर अवशेष नहीं छोड़ता है। फ़ॉस्फ़ीन के प्रति उच्च स्तर के प्रतिरोध वाले कीट एशिया, ऑस्ट्रेलिया और ब्राजील में आम हो गए हैं। अन्य क्षेत्रों में भी उच्च स्तर का प्रतिरोध होने की संभावना है, लेकिन इसकी बारीकी से निगरानी नहीं की गई है। डायहाइड्रोलिपोमाइड डिहाइड्रोजनेज आनुवंशिक में फ़ॉस्फ़ीन के उच्च स्तर के प्रतिरोध में योगदान देने वाले आनुवंशिक रूपों की पहचान की गई है। इस आनुवंशिक की पहचान अब प्रतिरोधी कीड़ों की तेजी से आणविक पहचान की अनुमति देती है।

विषाक्तता और सुरक्षा
मौतें एल्यूमीनियम फॉस्फाइड या फ़ॉस्फ़ीन युक्त धूमन सामग्री के आकस्मिक संपर्क के परिणामस्वरूप हुई है।  यह या तो अंतःश्वसन या ट्रांसडर्मली द्वारा अवशोषित किया जा सकता है।  श्वसन विष के रूप में, यह ऑक्सीजन के परिवहन को प्रभावित करता है या शरीर में विभिन्न कोशिकाओं द्वारा ऑक्सीजन के उपयोग में हस्तक्षेप करता है। संसर्ग के परिणामस्वरूप फुफ्फुसीय एडिमा (फेफड़ों में तरल पदार्थ भर जाता हैं) होता है। फ़ॉस्फ़ीन गैस हवा से भारी होती है इसलिए यह फर्श के पास रहती है।

फ़ॉस्फ़ीन मुख्य रूप से एक अवकरण विष प्रतीत होता है, जो उपचयनकर (ऑक्सीडेटिव) तनाव और माइटोकॉन्ड्रियल रोग को प्रेरित करके कोशिका क्षति का कारण बनता है। कीड़ों में प्रतिरोध माइटोकॉन्ड्रियल चयापचय आनुवंशिक में उत्परिवर्तन के कारण होता है।

फ़ॉस्फ़ीन को साँस द्वारा शरीर में अवशोषित किया जा सकता है। फ़ॉस्फ़ीन तरल के साथ सीधा संपर्क - हालांकि होने की संभावना नहीं है - अन्य परिशीतन तरल पदार्थों की तरह शीतदंश का कारण बन सकता है। फ़ॉस्फ़ीन गैस का मुख्य लक्षित अंग श्वसन पथ है। 2009 के U.S. नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर ऑक्यूपेशनल सेफ्टी एंड हेल्थ (NIOSH) पॉकेट गाइड, और यूएस ऑक्यूपेशनल सेफ्टी एंड हेल्थ एडमिनिस्ट्रेशन (OSHA) विनियमन के अनुसार, 8 घंटे का औसत श्वसन जोखिम 0.3 ppm से अधिक नहीं होना चाहिए। NIOSH अनुशंसा करता है कि फ़ॉस्फ़ीन गैस के लिए अल्पकालिक श्वसन जोखिम 1 ppm से अधिक नहीं होना चाहिए। तत्काल खतरनाक जीवन या स्वास्थ्य स्तर 50 ppm है। फ़ॉस्फ़ीन गैस के अत्यधिक संपर्क में आने से मतली, उल्टी, पेट में दर्द, दस्त, प्यास, सीने में जकड़न,  श्वास कष्ट (सांस लेने में कठिनाई), मांसपेशियों में दर्द, ठंड लगना, स्तब्ध हो जाना या बेहोशी और फुफ्फुसीय एडिमा होती है।  फ़ॉस्फ़ीन में 0.3 ppm से कम सांद्रता में सड़ने वाली मछली या लहसुन की गंध की सूचना दी गई है। गंध आमतौर पर प्रयोगशाला क्षेत्रों या फ़ॉस्फ़ीन प्रसंस्करण तक ही सीमित होती है क्योंकि गंध पर्यावरण से फ़ॉस्फ़ीन निकालने के तरीके से आती है। हालांकि, यह कहीं और हो सकता है, जैसे औद्योगिक अपशिष्ट भराव क्षेत्र में। उच्च सांद्रता के संपर्क में आने से घ्राण थकान हो सकती है।

विस्फोटकता
फ़ॉस्फ़ीन गैस हवा से सघन है और इसलिए निचले इलाकों में एकत्र हो सकती है। यह हवा के साथ विस्फोटक मिश्रण बना सकता है, और स्वयं प्रज्वलित भी हो सकता है।

यह भी देखें

 * डिफॉस्फेन, H2P\sPH2, सरलीकृत करने के लिए P2H4
 * डिफ़ॉस्फ़ीन, HP=PH

बाहरी संबंध

 * International Chemical Safety Card 0694
 * CDC – Phosphine – NIOSH Workplace Safety and Health Topic