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포스핀

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목차

1. 개요

포스핀(PH3)은 인과 수소의 화합물로, 무색 무취의 기체이며, 유기인 화합물의 전구체로 사용된다. 1783년 라부아지에의 제자에 의해 처음 발견되었으며, 이후 유기인 화합물 명명에 사용되다 1865년 기체 PH3에 명칭이 부여되었다. 산업적으로는 백린과 수산화칼륨 또는 수산화나트륨을 반응시켜 얻으며, 반도체 도핑, 농업용 훈증제, 유기인 화합물 합성 등에 사용된다. 순수한 포스핀은 무색 무취이나, 다이포스페인(P2H4)과 함께 존재할 경우 마늘 냄새가 나며 자연 발화할 수 있다. 포스핀은 공기보다 밀도가 높고, 흡입 시 독성이 강하여 주의해야 한다. 금성 대기에서 포스핀이 검출되었다는 보고가 있었으나, 재분석 결과 오검출일 가능성이 제기되었다.

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포스핀
기본 정보
포스핀 골격식
포스핀 골격식
포스핀 공-막대 모델
포스핀 스페이스필 모델
IUPAC 이름포스판
다른 이름수소화 인
포스파민
삼수소화 인
수소화 인
CAS 등록번호7803-51-2
PubChem CID24404
EINECS 번호232-260-8
UN 번호2199
RTECS 번호SY7525000
겔린 번호287
성질
화학식PH3
몰 질량33.99758 g/mol
외관무색 기체
냄새순수한 화합물은 무취; 상업적으로는 생선이나 마늘 냄새가 남
밀도1.379 g/L, 기체 (25 °C)
용해도31.2 mg/100 mL (17 °C)
다른 용매에 대한 용해도알코올, 에터, CS2에 용해됨
벤젠, 클로로포름, 에탄올에 약간 용해됨
녹는점-132.8 °C
끓는점-87.7 °C
점성1.1×10−5 Pa⋅s
증기압41.3 atm (20 °C)
굴절률2.144
짝산포스포늄 (화학식 )
구조
분자 모양삼각뿔
쌍극자 모멘트0.58 D
열화학
표준 생성 엔탈피5 kJ/mol
엔트로피210 J/mol⋅K
열용량37 J/mol⋅K
표준 생성 자유 에너지13 kJ/mol
위험성
외부 MSDSICSC 0694
NFPA 704건강: 4
가연성: 4
반응성: 2
인화점가연성 기체
자연 발화점38 °C
자연 발화점 설명(본문 참조)
폭발 한계1.79–98%
IDLH50 ppm
LD503.03 mg/kg (쥐, 경구)
LC5011 ppm (쥐, 4시간)
RELTWA 0.3 ppm (0.4 mg/m3), ST 1 ppm (1 mg/m3)
PELTWA 0.3 ppm (0.4 mg/m3)
LCLo1000 ppm (포유류, 5분)
270 ppm (쥐, 2시간)
100 ppm (기니피그, 4시간)
50 ppm (고양이, 2시간)
2500 ppm (토끼, 20분)
1000 ppm (사람, 5분)
관련 화합물
다른 양이온암모니아
아르신
스티빈
비스무틴
다른 화합물트리메틸포스핀
트리페닐포스핀

2. 역사

1783년, 라부아지에의 제자인 필리프 갱브르(Philippe Gengembre, 1764~1838)는 흰 인을 수산화칼륨(탄산칼륨) 수용액에서 가열하여 최초로 포스핀을 얻었다.[6][7]

원소 인과의 강한 연관성 때문에 포스핀은 한때 원소의 기체 형태로 간주되었지만, 라부아지에(1789)는 그것을 인과 수소의 결합으로 인식하고 ''phosphure d'hydrogène''(인화수소/phosphure d'hydrogène프랑스어)로 명명했다.[8]

1844년, 프랑스 화학자 루이 자크 테나르의 아들인 폴 테나르(Paul Thénard)는 냉각 트랩을 사용하여 인화칼슘에서 생성된 포스핀에서 디포스핀을 분리하여 P2H4가 PH3와 관련된 자연 발화 및 표면에 형성될 수 있는 특징적인 주황색/갈색(중합체 생성물)을 담당함을 증명했다.[9] 그는 디포스핀의 화학식을 PH2로 간주하여 원소 인, 고분자 및 포스핀의 중간체로 보았다. 인화칼슘(명목상 Ca3P2)는 출발 물질의 P-P 결합이 많기 때문에 다른 인화물보다 P2H4를 더 많이 생성한다.

"포스핀"이라는 이름은 유기 아민(NR3)과 유사하게 1857년 유기인 화합물에 처음 사용되었다.[10][11] 기체 PH3는 1865년(또는 그 이전)에 "포스핀"으로 명명되었다.[12]

2. 1. 발견

1783년, 라부아지에의 제자인 필리프 갱브르(Philippe Gengembre, 1764~1838)는 흰 인을 수산화칼륨(탄산칼륨) 수용액에서 가열하여 최초로 포스핀을 얻었다.[6][7]

원소 인과의 강한 연관성 때문에 포스핀은 한때 원소의 기체 형태로 간주되었지만, 라부아지에(1789)는 그것을 인과 수소의 결합으로 인식하고 ''phosphure d'hydrogène''(인화수소)로 명명했다.[8]

1844년, 프랑스 화학자 루이 자크 테나르의 아들인 폴 테나르(Paul Thénard)는 냉각 트랩을 사용하여 인화칼슘에서 생성된 포스핀에서 디포스핀을 분리하였다.

"포스핀"이라는 이름은 유기 아민()과 유사하게 1857년 유기인 화합물에 처음 사용되었다.[10][11] 기체 는 1865년(또는 그 이전)에 "포스핀"으로 명명되었다.[12]

2. 2. 명칭

필리프 갱브르(Philippe Gengembre, 1764~1838)는 라부아지에의 제자로, 1783년 흰 인을 수산화칼륨(탄산칼륨) 수용액에서 가열하여 최초로 포스핀을 얻었다.[6][7]

원소 인과의 강한 연관성 때문에 포스핀은 한때 원소의 기체 형태로 간주되었지만, 라부아지에(1789)는 그것을 인과 수소의 결합으로 인식하고 ''phosphure d'hydrogène''(인화수소)로 명명했다.[8]

1844년, 프랑스 화학자 루이 자크 테나르의 아들인 폴 테나르(Paul Thénard)는 냉각 트랩을 사용하여 인화칼슘에서 생성된 포스핀에서 디포스핀을 분리하였다.[9]

"포스핀"이라는 이름은 유기 아민()과 유사하게 1857년 유기인 화합물에 처음 사용되었다.[10][11] 기체 는 1865년(또는 그 이전)에 "포스핀"으로 명명되었다.[12]

2. 3. 유기인 화학

포스핀은 많은 유기인 화합물의 전구체이다. 염산 존재 하에 포름알데하이드와 반응하여 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄 클로라이드를 생성하는데, 이는 섬유 산업에 사용된다.[30] 알켄의 히드로포스피네이션은 다양한 포스핀을 얻을 수 있는 다용도 경로이다. 예를 들어, 염기성 촉매 존재 하에 포스핀()은 마이클 수용체에 첨가된다. 따라서 아크릴로니트릴과 반응하여 트리스(시아노에틸)포스핀을 생성한다.[30]

: (Z는 , CN, 또는 })

산 촉매는 아이소부틸렌 및 관련 유사체를 이용한 히드로포스피네이션에 적용할 수 있다.

:

여기서 R은 , 알킬 등이다. 유기화학에서 인화수소의 유도체로, 일반식이 RR'R''P (R, R', R''는 H 또는 유기기)로 표현되는 일련의 유기인 화합물들을 가리켜 포스핀이라고 한다.

3. 성질과 반응

순수한 포스핀은 무색 무취이지만, 산업용으로 쓰이는 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다. 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화/pyrophoricity영어할 수 있다. 태울 경우 흰색의 인산이 생성된다.

: PH3 + 2 O2 → H3PO4

는 삼각뿔형 분자로, ''C''3''v'' 분자 대칭을 갖는다. P−H 결합의 결합 길이는 1.42 Å이고, H−P−H 결합각은 93.5°이다. 쌍극자 모멘트는 0.58 D이며, 메틸기 치환에 따라 증가한다. CH3PH2는 1.10 D, (CH3)2PH는 1.23 D, (CH3)3P는 1.19 D이다. 반대로, 아민의 쌍극자 모멘트는 암모니아(쌍극자 모멘트 1.47 D)를 시작으로 치환에 따라 감소한다. 낮은 쌍극자 모멘트와 거의 직각에 가까운 결합각은 에서 P−H 결합이 거의 전적으로 pσ(P) – sσ(H)이고 인 3s 오비탈이 P-H 결합에 거의 기여하지 않는다는 결론으로 이어진다. 이러한 이유로 인의 비공유 전자쌍은 주로 인의 3s 오비탈에 의해 형성된다. 이의 31P NMR 신호의 상향장 화학적 이동은 비공유 전자쌍이 3s 오비탈을 차지한다는 결론과 일치한다. 이러한 전자 구조는 일반적으로 친핵성이 부족하고 특히 염기성이 부족(p''K''aH = –14),[13]하며 약한 수소 결합만 형성할 수 있다는 점을 나타낸다.[14]

의 수용액 용해도는 약하다. 1 cm3의 물에 0.22 cm3의 기체가 용해된다. 포스핀은 비극성 P−H 결합 때문에 물보다 비극성 용매에 더 잘 용해된다. 물에서 기술적으로 양쪽성이지만, 산과 염기 활동성은 낮다. 산성 용액에서는 포스포늄() 이온을 통해, 높은 pH에서는 포스파니드()를 통해 양성자 교환이 진행되며, 평형 상수 ''K''b = 4×10-28 및 ''K''a = 41.6×10-29이다. 포스핀은 고압 및 고온에서만 물과 반응하여 인산과 수소를 생성한다.[15][16]

:

공기 중에서 포스핀을 연소시키면 인산이 생성된다.[17][15]

:

3. 1. 물리적 성질

순수한 포스핀은 무색 무취이지만, 산업용으로 쓰이는 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다. 다이포스페인(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화할 수 있다. 태울 경우 흰색의 인산이 생성된다.

: PH3 + 2 O2 → H3PO4

는 삼각뿔형 분자로, ''C''3''v'' 분자 대칭을 갖는다. P−H 결합의 결합 길이는 1.42 Å이고, H−P−H 결합각은 93.5°이다. 쌍극자 모멘트는 0.58 D이며, 메틸기 치환에 따라 증가한다. 반대로, 아민의 쌍극자 모멘트는 암모니아(쌍극자 모멘트 1.47 D)를 시작으로 치환에 따라 감소한다. 낮은 쌍극자 모멘트와 거의 직각에 가까운 결합각은 에서 P−H 결합이 거의 전적으로 pσ(P) – sσ(H)이고 인 3s 오비탈이 P-H 결합에 거의 기여하지 않는다는 결론으로 이어진다. 이러한 전자 구조는 친핵성이 부족하고 특히 염기성이 부족(p''K''aH = –14)하며,[13] 약한 수소 결합만 형성할 수 있다는 점을 나타낸다.[14]

의 수용액 용해도는 약하다. 포스핀은 비극성 P−H 결합 때문에 물보다 비극성 용매에 더 잘 용해된다. 물에서 기술적으로 양쪽성이지만, 산과 염기 활동성은 낮다. 포스핀은 고압 및 고온에서만 물과 반응하여 인산과 수소를 생성한다.[15][16]

}}

공기 중에서 포스핀을 연소시키면 인산이 생성된다.[17][15]

}}

3. 2. 화학적 성질

순수한 포스핀은 무색 무취이지만, 산업용 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다. 다이포스페인(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화할 수 있으며, 연소 시 흰색의 인산이 생성된다.

: PH3 + 2 O2 → H3PO4

는 삼각뿔형 분자로, ''C''3''v'' 분자 대칭을 갖는다. P−H 결합의 결합 길이는 1.42 Å이고, H−P−H 결합각은 93.5°이다. 쌍극자 모멘트는 0.58 D이며, 메틸기 치환에 따라 증가한다. 반대로, 아민의 쌍극자 모멘트는 암모니아(쌍극자 모멘트 1.47 D)를 시작으로 치환에 따라 감소한다. 낮은 쌍극자 모멘트와 거의 직각에 가까운 결합각은 에서 P−H 결합이 거의 전적으로 이고 인 3s 오비탈이 P-H 결합에 거의 기여하지 않는다는 결론으로 이어진다. 이러한 이유로 인의 비공유 전자쌍은 주로 인의 3s 오비탈에 의해 형성된다. 31P NMR 신호의 상향장 화학적 이동은 비공유 전자쌍이 3s 오비탈을 차지한다는 결론과 일치한다. 이러한 전자 구조는 친핵성이 부족하고 염기성이 부족하며(p''K''aH = –14), 약한 수소 결합만 형성할 수 있다는 점을 나타낸다.

의 수용액 용해도는 약하다. 1 cm3의 물에 0.22 cm3의 기체가 용해된다. 포스핀은 비극성 P−H 결합 때문에 물보다 비극성 용매에 더 잘 용해된다. 물에서 기술적으로 양쪽성이지만, 산과 염기 활동성은 낮다. 산성 용액에서는 포스포늄() 이온을 통해, 높은 pH에서는 포스파니드()를 통해 양성자 교환이 진행되며, 평형 상수 ''K''b = 4×10-28 및 ''K''a = 41.6×10-29이다. 포스핀은 고압 및 고온에서만 물과 반응하여 인산과 수소를 생성한다.

:

공기 중에서 포스핀을 연소시키면 인산이 생성된다.

:

3. 3. 독성

순수한 포스핀은 무색 무취이지만, 산업용 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다.[40][41] 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화할 수 있다. 태울 경우 흰색의 인산이 생성된다.

: PH3 + 2 O2 → H3PO4

인화알루미늄(aluminium phosphide)이나 포스핀(phosphine)을 포함한 훈증제에 의한 우발적인 노출로 사망 사례가 발생했다.[33][34][35][36] 포스핀은 흡입 또는 경피 흡수를 통해 흡수될 수 있다.[33] 호흡기 독으로서, 산소의 운반에 영향을 미치거나 신체의 다양한 세포에서 산소 이용을 방해하여[35] 폐부종(폐에 체액이 차는 현상)을 유발한다.[36] 포스핀 가스는 공기보다 무겁기 때문에 바닥 근처에 머문다.[37]

포스핀은 주로 산화환원 독소로 보이며, 산화 스트레스와 미토콘드리아 기능 장애를 유발하여 세포 손상을 일으킨다.[38] 곤충의 내성은 미토콘드리아 대사 유전자의 돌연변이에 의해 발생한다.[49]

포스핀은 흡입을 통해 체내에 흡수될 수 있으며, 주요 표적 기관은 호흡기이다.[39] 미국 국립 직업 안전 및 보건 연구소(National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)의 휴대용 안내서와 미국 직업 안전 및 보건청(Occupational Safety and Health Administration, OSHA) 규정에 따르면, 8시간 평균 호흡기 노출은 0.3 ppm을 초과해서는 안 된다. NIOSH는 포스핀 가스의 단기간 호흡기 노출이 1 ppm을 초과해서는 안 된다고 권장하며, 즉시 위험 수준(Immediately Dangerous to Life or Health, IDLH)은 50 ppm이다. 포스핀 가스에 과다 노출되면 메스꺼움, 구토, 복통, 설사, 갈증, 흉부 압박감, 호흡 곤란(dyspnea), 근육통, 오한, 혼수 또는 실신, 폐부종이 발생한다.[40][41] 0.3 ppm 미만의 농도에서 썩은 생선이나 마늘 냄새가 나는 것으로 보고되었으나, 이 냄새는 일반적으로 포스핀이 환경에서 추출되는 방식으로 인해 실험실 영역이나 포스핀 가공 시설에 국한된다. 고농도에 노출되면 후각 피로가 발생할 수 있다.[42]

4. 제법

백린을 수산화 칼륨(또는 수산화 나트륨)과 반응시키면 생성된다.[66]

:3 KOH + P4 + 3 H2O → 3 KH2PO2 + PH3

실험실에서는 인산의 불균등화 반응으로 생성시킬 수 있다.[66]

:4 H3PO3 → PH3 + 3 H3PO4

포스핀은 다양한 방법으로 제조될 수 있다.[18] 산업적으로는 백린을 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 반응시켜 부산물로 인산수소칼륨 또는 인산수소나트륨을 생성하여 만들 수 있다.

:3 KOH + P4 + 3 H2O → 3 KH2PO2 + PH3

:3 NaOH + P4 + 3 H2O → 3 NaH2PO2 + PH3

또는 백린의 산촉매 불균등화 반응을 통해 인산과 포스핀을 얻을 수 있다. 두 경로 모두 산업적 중요성을 가지며, 치환된 포스핀으로의 포스핀의 추가 반응이 필요한 경우 산 경로가 선호되는 방법이다. 산 경로는 정제 및 가압이 필요하다.

인화칼슘에 물을 가하는 반응에 의한다.

:Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3

4. 1. 산업적 제법

백린을 수산화 칼륨(또는 수산화 나트륨)과 반응시키면 포스핀이 생성된다.[18]

:3 KOH + P4 + 3 H2O → 3 KH2PO2 + PH3

:3 NaOH + P4 + 3 H2O → 3 NaH2PO2 + PH3

백린의 산촉매 불균등화 반응을 통해서도 인산과 포스핀을 얻을 수 있는데, 이 방법은 정제 및 가압이 필요하다는 특징이 있다.[18]

4. 2. 실험실 제법

백린을 수산화 칼륨이나 수산화 나트륨과 반응시키면 포스핀이 생성된다.[66]

:3 KOH + P4 + 3 H2O → 3 KH2PO2 + PH3

인산의 불균등화 반응으로도 생성시킬 수 있다.[19]

:4 H3PO3 → PH3 + 3 H3PO4

약 200 °C에서 포스핀이 발생한다.

인화아연의 가수분해를 통해서도 가능하다.[20]

:Zn3P2 + 6 H2O → 3 Zn(OH)2 + 2 PH3

인화 알루미늄이나 인화 칼슘 등 다른 금속 인화물도 사용할 수 있다. P2H4가 없는 순수한 포스핀 시료는 수산화칼륨을 요오드화포스포늄에 작용시켜 제조할 수 있다.

:[PH4]I + KOH → PH3 + KI + H2O

인화칼슘에 물을 가하는 반응으로도 얻을 수 있다.

:Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3

5. 존재

지구 대기중에 포스핀은 아주 낮은 농도로 존재한다.[67] 이는 생화학적인 인의 순환에 의한 것으로 추정된다.[67] 포스핀은 지구 대기의 전 세계적인 구성 요소이지만, 농도는 매우 낮고 변화가 심하다.[21] 포스핀은 전 지구적인 인 생화학 순환에 상당히 기여할 수 있다. 가장 가능성이 높은 원인은 부패하는 유기물의 환원이며, 환경 시스템에는 인산염을 포스핀으로 직접 전환할 수 있을 만큼 강력한 환원제가 알려져 있지 않으므로, 부분적인 환원과 불균등화를 통해 일어날 수 있다.[22] 지구 대기에 미량 존재한다.[53] 하지만 인산염을 포스핀으로 직접 환원하는 강력한 환원제는 아직 발견되지 않았으며, 부분적인 환원과 불균화에 의한 유기물 분해를 통해 생물학적으로 생성되는 것으로 생각된다.[54]

포스핀은 목성의 대기에서도 발견된다.[23] 포스핀은 목성의 난류 속에도 존재한다.[55] 목성의 포스핀은 고온의 행성 내부에서 생성되어 대기 중에서 다른 화합물과 반응한다.[55] 포스핀을 비생물학적으로 합성하려면 목성과 같은 가스 행성 수준의 대류 폭풍이 필요하다.[56] 이는 뜨겁고 압력이 높은 목성 내부에서 만들어진 것이다.[68] 이런 생성 방식은 에너지가 많이 필요하지만 거대 기체 행성의 대류하는 대기 속에서라면 가능하다.[69]

포스핀을 금성의 대기에서 발견했다는 연구 결과도 있으나, 이산화황의 신호를 잘못 본 것이라는 반론도 있다.[70] 목성과 같은 고압 환경을 제외하고 자연계에서 포스핀이 만들어지는 과정은 아직 생명 활동 이외에는 밝혀진 것이 없다. 그렇기 때문에 과학자들은 금성에 아직 알려지지 않은 광화학이나 지구화학, 또는 지구상의 생명 활동과 비슷한 과정에 의해 포스핀이 생성되었을 가능성을 제시했다.[71][72][73] 만약 금성 대기에 포스핀이 실제로 존재하고, 포스핀이 다른 화학 과정으로 만들어지지 않았다면 이는 금성에 생명체가 존재한다는 간접적 증거라 할 수 있다. 금성 대기에서도 포스핀이 검출되었다는 논문이 있다.[57][58][59] 하지만 금성은 목성만큼 고온고압 환경이 아니며,[59] 어떻게 생성되는지는 불명확하다. 더욱이, 이 포스핀 검출 보고에 대해서는 다른 여러 연구 그룹에서 의문을 제기하고 있다.[60] 같은 관측 데이터를 다른 그룹이 독립적으로 재분석한 결과, 포스핀의 특징은 통계적으로 유의미한 수준에서는 검출되지 않았고, 이전 보고는 오검출일 가능성이 높다는 지적이 제기되었다.[60][61][62]

5. 1. 지구

지구 대기중에 포스핀은 아주 낮은 농도로 존재한다.[67] 이는 생화학적인 인의 순환에 의한 것으로 추정된다.[67] 포스핀은 지구 대기의 전 세계적인 구성 요소이지만, 농도는 매우 낮고 변화가 심하다.[21] 포스핀은 전 지구적인 인 생화학 순환에 상당히 기여할 수 있다. 가장 가능성이 높은 원인은 부패하는 유기물의 환원이며, 환경 시스템에는 인산염을 포스핀으로 직접 전환할 수 있을 만큼 강력한 환원제가 알려져 있지 않으므로, 부분적인 환원과 불균등화를 통해 일어날 수 있다.[22] 지구 대기에 미량 존재한다.[53] 하지만 인산염을 포스핀으로 직접 환원하는 강력한 환원제는 아직 발견되지 않았으며, 부분적인 환원과 불균화에 의한 유기물 분해를 통해 생물학적으로 생성되는 것으로 생각된다.[54]

5. 2. 외계 행성

포스핀은 목성의 대기에서 발견되는데, 이는 뜨겁고 압력이 높은 목성 내부에서 만들어진 것이다.[68] 이러한 생성 방식은 에너지가 많이 필요하지만 거대 기체 행성의 대류하는 대기 속에서 가능하다.[69] 목성의 포스핀은 고온의 행성 내부에서 생성되어 대기 중에서 다른 화합물과 반응한다.[55] 포스핀을 비생물학적으로 합성하려면 목성과 같은 가스 행성 수준의 대류 폭풍이 필요하다.[56]

금성 대기에서도 포스핀이 검출되었다는 논문이 있다.[57][58][59] 하지만 금성은 목성만큼 고온고압 환경이 아니며,[59] 어떻게 생성되는지는 불명확하다. 더욱이, 이 포스핀 검출 보고에 대해서는 다른 여러 연구 그룹에서 의문을 제기하고 있다.[60] 같은 관측 데이터를 다른 그룹이 독립적으로 재분석한 결과, 포스핀의 특징은 통계적으로 유의미한 수준에서는 검출되지 않았고, 이전 보고는 오검출일 가능성이 높다는 지적이 제기되었다.[60][61][62] 목성과 같은 고압 환경을 제외하고 자연계에서 포스핀이 만들어지는 과정은 아직 생명 활동 이외에는 밝혀진 것이 없다. 그렇기 때문에 과학자들은 금성에 아직 알려지지 않은 광화학이나 지구화학, 또는 지구상의 생명 활동과 비슷한 과정에 의해 포스핀이 생성되었을 가능성을 제시했다.[71][72][73] 만약 금성 대기에 포스핀이 실제로 존재하고, 포스핀이 다른 화학 과정으로 만들어지지 않았다면 이는 금성에 생명체가 존재한다는 간접적 증거라 할 수 있다.

2020년, 분광 분석 결과 금성 대기에서 알려진 비생물학적 과정으로는 설명할 수 없는 양의 포스핀이 발견되었다는 보고가 있었다.[24][25][26] 하지만 이 연구에 대한 재분석 결과 보간 오류가 있었던 것으로 나타났으며, 수정된 알고리즘으로 데이터를 재분석한 결과 포스핀이 검출되지 않았다.[27][28] 원 논문 저자들은 그 후 1ppb의 훨씬 낮은 농도로 포스핀을 검출했다고 주장했다.[29]

6. 이용

6. 1. 반도체 산업

포스핀은 반도체 도핑에 쓰이는 도펀트로 사용된다.[74] 또한 인화 갈륨, 인화 인듐 등 일부 화합물 반도체를 석출하는 과정에서 전구체 역할을 한다.[74][31]

6. 2. 농업

포스핀은 식물의 훈증제로 쓰인다.[49] 농약으로 쓰이는 고체 인화 알루미늄, 인화 칼슘/calcium phosphide영어, 인화 아연/zinc phosphide영어 등은 수증기나 쥐의 위산과 반응하여 포스핀을 생성하므로 인화를 막기 위한 처리가 되어 있다. 포스핀은 곤충과 설치류에 치명적이지만, 무독성인 인산으로 분해되기 때문에 매력적인 훈증제이다. 농업용으로는 인화알루미늄(AlP), 인화칼슘(Ca₃P₂), 인화아연(Zn₃P₂) 알갱이가 포스핀의 공급원으로 사용된다. 이러한 인화물은 대기 중의 수분이나 설치류의 위산과 접촉하면 포스핀을 방출한다. 이러한 알갱이에는 방출된 포스핀의 연소 또는 폭발 가능성을 줄이기 위한 시약도 포함되어 있다.[49]

대안으로는 포스핀 가스 자체를 사용하는 방법이 있는데, 이는 가연점 이하로 낮추기 위해 이산화 탄소(CO₂) 또는 질소(N₂) 또는 공기로 희석해야 한다. 가스를 사용하면 인화금속으로 인해 남는 고체 잔류물과 관련된 문제를 피할 수 있으며, 표적 해충을 더 빠르고 효율적으로 방제할 수 있다.[49]

6. 3. 유기인 화합물 합성

포스핀은 많은 유기인 화합물의 전구체이다.[30] 염산 존재 하에 포름알데하이드와 반응하여 테트라키스(히드록시메틸)포스포늄 클로라이드를 생성하는데, 이는 섬유 산업에 사용된다. 알켄의 히드로포스피네이션은 다양한 포스핀을 얻을 수 있는 다용도 경로이다. 예를 들어, 염기성 촉매 존재 하에 포스핀()은 마이클 수용체에 첨가된다. 따라서 아크릴로니트릴과 반응하여 트리스(시아노에틸)포스핀을 생성한다.[30]

: (Z는 , CN, 또는 })

산 촉매는 아이소부틸렌 및 관련 유사체를 이용한 히드로포스피네이션에 적용할 수 있다.

:

여기서 R은 , 알킬 등이다. 유기화학에서 인화수소의 유도체로, 일반식이 RR'R''P (R, R', R''는 H 또는 유기기)로 표현되는 일련의 유기인 화합물들을 '포스핀'이라고 한다.

7. 안전 및 규제

순수한 포스핀은 무색 무취이지만, 산업용으로 쓰이는 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다.[15] 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화/pyrophoricity영어할 수 있으며, 연소 시 흰색의 인산이 생성된다.[15]

: PH3 + 2 O2 → H3PO4

포스핀 가스는 공기보다 밀도가 높아 저지대에 고일 수 있고, 공기와 폭발성 혼합물을 형성하거나 자연 발화할 수 있다.[15]

7. 1. 폭발성

순수한 포스핀은 무색 무취이지만, 산업용 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다.[15] 다이포스페인(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화할 수 있으며, 연소 시 흰색의 인산이 생성된다.[15]

: PH3 + 2 O2 → H3PO4

포스핀 가스는 공기보다 밀도가 높아 저지대에 고일 수 있고, 공기와 폭발성 혼합물을 형성하거나 자연 발화할 수 있다.[15]

7. 2. 대한민국 법규

7. 3. 환경 문제

7. 4. 훈증 위험

산업용 포스핀은 치환된 화합물이나 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4) 때문에 마늘이나 썩은 생선같은 악취가 난다.[43][44] 다이포스페인/Diphosphane영어(P2H4)이 있는 경우 포스핀은 자연발화할 수 있으며, 태울 경우 흰색의 인산이 생성된다. 포스핀은 병해충 방제에 사용되지만, 높은 독성으로 인해 사용이 엄격히 규제된다. 포스핀 가스는 높은 사망률을 보이며, 스웨덴을 비롯한 다른 국가에서 사망 사고를 유발했다.[45][46][47][48]

과거 널리 사용되었던 훈증제인 메틸 브로마이드가 몬트리올 의정서에 따라 일부 국가에서 단계적으로 퇴출됨에 따라, 포스핀은 저장 품목에 잔류물을 남기지 않는, 널리 사용되고 비용 효율적이며 빠르게 작용하는 유일한 훈증제가 되었다. 아시아, 호주, 브라질에서는 포스핀에 대한 높은 수준의 저항성을 가진 해충이 흔해졌다. 다른 지역에서도 높은 수준의 저항성이 발생할 가능성이 있지만, 그만큼 면밀히 모니터링되지는 않았다. 포스핀에 대한 고수준 저항성에 기여하는 유전적 변이가 디하이드로리포아미드 탈수소효소 유전자에서 확인되었다.[49]

참조

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