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Fosfina: struttura, sintesi, reazioni

La fosfina o  triidruro di fosforo PH3  detta anche  fosfano, è un gas inodore, incolore e infiammabile; brucia a contatto con l’aria per dare pentossido di fosforo:
2 PH3 + 4 O2  P2O5 + 3 H2O

La fosfina, isolata per la prima volta da Philippe Gengembre nel 1783, è commercializzata con impurezze di fosfano sostituto e di difosfano,  un altro idruro di fosforo P2H4 che è autoinfiammabile e conferisce un odore altamente sgradevole di aglio e pesce in decomposizione.

Struttura della fosfina

La struttura, a forma piramidale,  è analoga a quella dell’ammoniaca sebbene l’angolo di legame H-P-H è di 93.5° risultando così inferiore a quello dell’ammoniaca che è di 107.5°. La fosfina è meno solubile in acqua rispetto all’ammoniaca ed ha un momento dipolare minore.

fosfina

È infiammabile, altamente tossica e corrosiva, prodotta in laboratorio e utilizzata quale arma chimica e tuttora utilizzata in campo agricolo per il controllo di parassiti.
La fosfina, tuttavia, è prodotta da alcune specie di organismi anaerobici in grado di assorbire minerali fosfatici e, dopo il metabolismo, espellerli come fosfina.

Sintesi

La fosfina può essere ottenuta dalla reazione dei fosfuri con acqua: sia il fosfuro di calcio che il fosfuro di sodio in acqua danno luogo alla fosfina secondo le reazioni:

Ca3P2 + 6 H2O 2 PH3 + Ca(OH)2

Na3P + 3 H2O 2 PH3 + 3 NaOH

La fosfina può essere ottenuta per decomposizione del fosfuro di alluminio in presenza di acido solforico:

2 AlP + 3 H2SO4 2 PH3 + Al2(SO4)3

Può essere ottenuta per riscaldamento dell’acido fosforoso:
4 H3PO3 3 H3PO4 + PH3

A livello industriale la fosfina è sintetizzata a partire da fosforo bianco e idrossido di potassio secondo la reazione:

P4 + 3 KOH + 3 H2O 3 KH2PO2 + PH3

La fosfina pura libera da impurezze di difosfano può essere ottenuta dalla reazione tra idrossido di potassio e ioduro di fosfonio:

PH4I + KOH PH3 + KI + H2O

La fosfina, scarsamente solubile in acqua mostra una maggiore solubilità in liquidi organici quali CS2 e CCl3COOH.

Le soluzioni acquose di fosfina sono neutre in quanto PH3 ha una scarsa tendenza a protonarsi o a deprotonarsi come può essere rilevato dai bassissimi valori delle relative costanti di equilibrio:
PH3 + H2O ⇄ PH4+ + OH         Kb = 4 · 10-28

PH3 + H2O ⇄ PH2.-  + H3O+       Ka = 1.6 · 10-29

Reazioni

Può addizionare a bassa temperatura alcuni acidi forti  in particolare gli  acidi alogenidrici come ad esempio HCl formando dei sali di fosfonio, come per esempio il cloruro di fosfonio PH4Cl.

La reazione è analoga a quella che trasforma l’ammoniaca in sali di ammonio  ma il carattere basico della fosfina è molto meno pronunciato di quello dell’ammoniaca e i sali di fosfonio si decompongono già a temperatura ambiente liberando la fosfina.

Il cloruro di fosfonio reagisce con BCl3 per dare PH4BCl4 .

Stante la presenza del doppietto elettronico solitario presente su fosforo,  agisce da legante con numerosi acidi di Lewis per dare composti di coordinazione come ad esempio [BH3(PH3)], [Cr(CO)2(PH3)4], [Cr(CO)3(PH3)3], [Ni(PF3)(PH3)2].

La reazione industriale più importante è l’idrofosforilazione della formaldeide in presenza di acido cloridrico:

PH3 +4 HCHO + HCl   [P(CH2OH)4]Cl

Il prodotto di sintesi detto cloruro tetrakis o idrossimetilfosfonio è usato nell’industria tessile in quanto rende il cotone ingualcibile e ignifugo.

Usi

E’ usata per il controllo dei parassiti tramite fumigazione  La fosfina è ampiamente usata come fumigante di prodotti immagazzinati come grano e tabacco. La tossicità della fosfina uccide i parassiti che potrebbero infestare il grano, ma non interessa il grano dormiente.

Durante l’applicazione,  viene generata, per idrolisi, dal fosfuro metallo. Il suo uso presenta i seguenti vantaggi: sono necessarie solo piccole quantità di fumigante,  il gas si diffonde rapidamente all’interno dei prodotti,  facilità di impiego,  assenza di residui, possibilità di ripetere la fumigazione.

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