Aluminiumphosphid (20859-73-8) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Aluminiumphosphid
Anorganisches Aluminiumphosphid, verwendet als feuchtigkeitsreaktives Begasungsmittel und Rodentizid sowie als Halbleiterzwischenprodukt; erfordert feuchtigkeitskontrollierte Lagerung und spezifikationsgerechte Beschaffung.
| CAS-Nummer | 20859-73-8 |
| Familie | Metallphosphide |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff (feuchtigkeitsempfindlich) |
| Gängige Qualität | BP, EP |
Aluminiumphosphid ist ein anorganisches binäres Metallphosphid und gehört zur Stoffklasse der Metall–Pniktogen-Salze. Im festen Zustand nimmt es ein kubisches Zinkblende-Gitter (Sphalerit-Typ) an und wird meist als dunkelgraues bis gelbes kristallines Material vorgefunden. Die Bindung im Festkörper wird am besten als überwiegend ionisch beschrieben mit formalen Ladungen von etwa \(\mathrm{Al^{3+}}\) und \(\mathrm{P^{3-}}\) innerhalb eines kovalent verzerrten Gitters; elektronisch handelt es sich um einen Halbleiter mit großer Bandlücke, dessen Elektronentransport- und optische Eigenschaften vom Aluminium-Phosphor-Rahmen und intrinsischen Defekten bestimmt werden.
Chemisch ist der Stoff hoch feuchtigkeitsempfindlich: bei Kontakt mit Wasser oder atmosphärischer Feuchtigkeit hydrolysiert er unter Bildung von Phosphin (\(\mathrm{PH_3}\)), einem brennbaren und hochgiftigen Gas, das sich in Luft spontan entzünden kann. Dieser hydrolytische Abbauweg dominiert sein umwelt- und toxikologisches Verhalten; trockenes Material ist relativ stabil und weist einen niedrigen Dampfdruck auf, aber Exposition gegenüber Säuren, Dampf oder feuchter Luft führt zu schneller und gefährlicher Gasentwicklung. Als anorganischer, ionischer Feststoff ist Aluminiumphosphid im Wesentlichen nicht lipophil und als molekulare Art unlöslich – das Risiko entsteht durch Gasbildung und nicht durch Lösungsmittelverteilung.
Die wichtigsten industriellen Anwendungen sind als Begasungsmittel, Rodentizid und Insektizid im Schutz gelagerter Produkte sowie als Phosphinquelle in bestimmten Halbleiterprozessen; die Wirksamkeit und Gefahren des Materials beruhen beide auf dessen Hydrolyse-/PH3-Chemie. Übliche kommerzielle Qualitätsstufen für diesen Stoff sind: BP, EP.
Grundlegende Physikalische Eigenschaften
Dichte
- Gemeldete Werte aus experimentellen Quellen umfassen: \(2.85\) (spezifisches Gewicht) bei \(59\,^\circ\mathrm{F}\) — dichter als Wasser; sinkt daher.
- Gemeldet: \(2.40\,\mathrm{g}\,\text{cm}^{-3}\) bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\).
- Relative Dichte (Wasser = 1): \(2.9\).
Diese Werte sind konsistent mit einem dichten kristallinen anorganischen Feststoff (Zinkblende-Typ). Rohdichte und scheinbare Dichte können je nach Partikelgröße, Porosität und Formulierung (Pellet/Tablette vs. kristallines Pulver) variieren.
Schmelz- oder Zersetzungspunkt
- „Schmilzt oder zersetzt sich nicht bei Temperaturen bis zu \(1832\,^\circ\mathrm{F}\).“
- Gemeldete Hochtemperaturwerte: \(2.550\,^\circ\mathrm{C}\) und ein anderer Wert nahe \(2.500\,^\circ\mathrm{C}\) (Quellen variieren).
Aluminiumphosphid ist als kondensierte Phase thermisch sehr stabil bis zu sehr hohen Temperaturen; Zersetzung bei erhöhter Temperatur führt zu Phosphoroxiden und anderen toxischen Dämpfen. Im praktischen Umgang wird das thermische Verhalten eher von der Hydrolyse bei niedrigeren Temperaturen als vom Schmelzen bestimmt.
Löslichkeit in Wasser
- Löslichkeitsbeschreibung: reagiert mit Wasser (Hydrolyse).
- „Obwohl trocken stabil, reagiert es mit feuchter Luft und heftig mit Säuren.“
- Löslichkeit in Wasser: chemische Reaktion (keine einfache Lösung; hydrolytische Zersetzung).
Die Hydrolyse verläuft unter Bildung von Aluminiumhydroxid (oder verwandten Al(III)-Spezies) und Phosphingas. Eine geeignete stöchiometrische Reaktionsgleichung ist: \[ \mathrm{AlP} + 3\,\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al(OH)_3} + \mathrm{PH_3} \] Die gefährliche Gasentwicklung macht den direkten Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit zur primären Inkompatibilität.
Lösungs-pH (qualitatives Verhalten)
Kein experimentell ermittelter pH-Wert für eine Bulk-Lösung liegt vor, da Aluminiumphosphid sich nicht als neutrales molekulares Solut löst; die Hydrolyse erzeugt Phosphingas und Aluminiumhydroxid. In neutralen oder basischen wässrigen Medien bildet die Hydrolyse kolloidale/basische Aluminiumhydroxide, während die Reaktion mit Säuren heftig ist und die Phosphinfreisetzung beschleunigt. Daher ist der pH für eine wässrige „Lösung“ von AlP kein sinnvoller einzelner numerischer Wert.
Chemische Eigenschaften
Säure-Base-Verhalten
Aluminiumphosphid zeigt keine klassische Säure-Base-Dissoziation als molekulares Solut; seine chemische Reaktivität mit protischen Medien bestimmt sein Verhalten. Im Kontakt mit Säuren (einschließlich Magensäure) hydrolysiert AlP heftig, wobei Phosphin (\(\mathrm{PH_3}\)) freigesetzt und Aluminium(III)-Spezies (z. B. \(\mathrm{Al^{3+}}\) als hydratisierte Ionen oder \(\mathrm{Al(OH)_3}\)-Niederschlag) gebildet werden. Das Material wird dadurch effektiv durch protischen Angriff in ein gasförmiges Reduktionsmittel (Phosphin) und eine Lewis-säurehaltige Aluminiumphase umgewandelt. Die Reaktion mit starken Säuren kann heftig verlaufen und von explosiver Gasfreisetzung begleitet sein.
Reaktivität und Stabilität
- Feuchtigkeitsempfindlich: zersetzt sich bei Kontakt mit feuchter Luft, Wasser oder Dampf unter Bildung von Phosphingas; Hydrolyserate steigt mit Säuregehalt und Temperatur.
- Luft- und wasserreaktiv: Phosphingas ist in Luft oft spontan entzündlich.
- Reaktiv mit Oxidationsmitteln und Mineralsäuren; Erhitzen bis zur Zersetzung führt zur Abgabe von Phosphoroxiden und Aluminium-Dämpfen.
- Stabil bei trockener Lagerung in geeigneten, feuchtigkeitsfreien Behältern; Dampfdruck ist selbst bei hohen Temperaturen sehr niedrig.
Da die Gefährdung im Wesentlichen auf Gasentwicklung zurückzuführen ist, liegt der Fokus der Reaktivitätskontrolle auf dem Ausschluss von Wasser, Feuchtigkeitskontrolle, Trennung von Säuren und Oxidationsmitteln sowie Trocknung des Materials.
Molekulare und Ionische Parameter
Formel und Molekulargewicht
- Molekulare Formel: AlP
- Molekulargewicht: \(57.955300\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
Konstituierende Ionen
- Formale konstituierende Ionen/Beschreibungen in berechneten Darstellungen: Al als \(\mathrm{Al^{3+}}\) und P als \(\mathrm{P^{3-}}\).
- Strukturelle Beschreibungen in maschinellen Darstellungen: SMILES = [Al+3].[P-3]; InChI = InChI=1S/Al.P/q+3;-3.
Der Feststoff ist ein kovalent beeinflusstes ionisches Gitter und kein diskretes molekulares Ion-Paar.
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
- CAS-Nummer: 20859-73-8
- EG-Nummer: 244-088-0
- UN/NA Transportnummer(n): UN 1397 (auch UN 3048 für als Pestizidformulierung berichtete Varianten)
- UNII: E23DR6L59S
- InChI: InChI=1S/Al.P/q+3;-3
- InChIKey: PGCGUUGEUBFBPP-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [Al+3].[P-3]
Synonyme und gebräuchliche Namen
Dokumentierte Synonyme und Handels-/gebräuchliche Namen umfassen (aus eingereichten Bezeichnungen ausgewählt): aluminum phosphide; aluminium phosphide; aluminum monophosphide; Aluminium monophosphide; AL‑Phos; Celphos; Phostoxin; Delicia gastoxin; Fumitoxin; ALUMINUM PHOSPHIDE (AlP). Die vollständige Liste historischer und vom Einreicher gelieferter Synonyme beinhaltet weitere proprietäre oder regionale Bezeichnungen.
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Funktionelle Rollen und Einsatzbereiche
Aluminiumphosphid fungiert hauptsächlich als Begasungsmittel und als Wirkstoff in Pestiziden (Rodentizid/Insektizid) zum Schutz gelagerter Produkte sowie zur Begasung von Höhlen bestimmter Schädlinge. Es wird in der landwirtschaftlichen Lagerung, der Rohstoffverarbeitung und der Schädlingsbekämpfung eingesetzt, wenn ein gasförmiges Begasungsmittel unter kontrollierten, luftdicht verschlossenen Bedingungen benötigt wird. Sekundäre Anwendungen nutzen seine Funktion als Phosphinquelle in der Halbleiterforschung und ausgewählten industriellen Chemieprozessen.
Typische Anwendungsbeispiele
- Begasung von landwirtschaftlichen Rohwaren, verarbeiteten Lebensmitteln und Nicht-Lebensmittelwaren in luftdicht verschlossenen Gebäuden oder Behältern zur Bekämpfung von Lager- und Vorratsschädlingen.
- Begasung von Höhlen im Freien zur Bekämpfung bestimmter Nagetiere und Maulwürfe in nicht-domestizierten Bereichen.
- Praktisch verwendete Formulierungen umfassen Pellets, Tabletten und Beutel, in denen Aluminiumphosphid als Wirkstoff enthalten ist (beispielsweise mit Wirkstoffgehalten von 60 % oder ca. 57 % in spezifischen Formulierungen).
- Verwendung als Labor- und Industriestoffquelle für Phosphin in der Halbleiterforschung und der chemischen Synthese im kleinen Maßstab.
Die Auswahl für eine bestimmte Anwendung basiert auf der Erfordernis eines gasförmigen Begasungsmittels, das Kornmassen oder geschlossene Räume durchdringen kann; seine Wirksamkeit und Gefährlichkeit erfordern geschulte, lizenzierte Anwender und strenge Verfahrenskontrollen.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Gesundheits- und Umweltgefahren
Aluminiumphosphid ist eine akut toxische, mit Wasser reagierende Chemikalie, deren primäre Gefahr von der Freisetzung von Phosphin (\(\mathrm{PH_3}\)) ausgeht. Wesentliche Gefahrenhinweise umfassen: Stoffe, die in Kontakt mit Wasser entzündbare Gase freisetzen (H260) und akute Toxizität bei Verschlucken, Einatmen oder Hautkontakt (z. B. H300, H311, H330, sofern angegeben). Der Stoff hat schwere Vergiftungen und Todesfälle beim Menschen nach Einnahme oder Kontakt mit befeuchteten Tabletten in geschlossenen Räumen verursacht, was zur Bildung von Phosphin führt.
Repräsentative toxikologische Werte aus experimentellen und klinischen Studien umfassen: LD50 (Ratte, oral) ≈ 11,5 mg·kg^-1; LC50 (Ratte, Einatmen, 4 h) ≈ 15,5 mg·m^-3. Bei Menschen wurden tödliche Dosen im niedrigen Bereich von mehreren zehn mg·kg^-1 nach Einnahme berichtet. Phosphinexposition führt zu einer Hemmung der Mitochondrienfunktion (Cytochrom-c-Oxidase), oxidativem Stress, Lungenödem, kardiovaskulärem Kollaps und Multiorganversagen. Der Stoff ist zudem sehr toxisch für aquatische Organismen; Freisetzungen in die Umwelt stellen ein akutes ökotoxisches Risiko dar.
Erste Hilfe und Notfallmaßnahmen bei akuter Exposition richten sich auf die Behandlung der Phosphineinwirkung über die Atemwege und systemischer Effekte; ein spezifisches, allgemein anerkanntes chemisches Antidot gegen Phosphin existiert nicht – die Behandlung ist vornehmlich unterstützend und symptomatisch.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
- Trocken, kühl und getrennt von Wasser, Feuchtigkeit, Säuren und inkompatiblen Oxidationsmitteln lagern; Behälter dicht verschlossen und an einem feuerfesten, nicht mit Sprinklern ausgestatteten Ort aufbewahren.
- Jeglicher Kontakt mit Wasser, Dampf oder feuchter Luft ist zu vermeiden; Formulierungen (Tabletten/Pellets) sollten in luftdichter Verpackung lagern und nur von geschultem Personal unter Einhaltung geeigneter Verfahrenskontrollen gehandhabt werden.
- Keine Wassereinsatz bei Verschüttungen oder Bränden mit Aluminiumphosphid; empfohlene Löschmittel bei kleinen Bränden und Verschüttungen sind trockener Sand, trockener Ton, trockenes Kalksteinmehl, Trockenlöschpulver oder Kohlendioxid; Brandklassenlöscher der Klasse D können bei Metallbränden geeignet sein. Bei größeren Bränden Evakuierung und kontrolliertes Abbrennen nur unter Fachaufsicht.
- Persönliche Schutzausrüstung bei Notfallmaßnahmen und Reinigungsarbeiten: Überdruck-Selbstatmungsgeräte (SCBA) sowie vollständig umschließende chemikaliendichte Schutzkleidung, wenn luftgetragene Phosphinkonzentrationen möglich sind; Staubunterdrückung und lokale Abzugssysteme bei normaler Handhabung, um luftgetragene Partikel und nachfolgende Hydrolyse zu verhindern.
- Maßnahmen bei unbeabsichtigter Freisetzung umfassen Isolation, Evakuierung in Windrichtung nach unten, Abdecken von Pulverschüttungen zum Trockenhalten (Plastik/Tarp) und Sammlung in trockene, dicht verschlossene Behälter zur Entsorgung gemäß geltenden Gefahrstoffvorschriften. Keine Einleitung in Kanalisation.
- Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und behördlichen Vorgaben sind die produktspezifischen Sicherheitsdatenblätter (SDS) und die jeweils anwendbare lokale Gesetzgebung zu beachten.
Für Transport und Notfallplanung wird Aluminiumphosphid als „bei Wasserentwicklung gefährlicher Stoff“ gehandhabt und ist mit regulierten Versandnummern verbunden; Sendungen müssen die geltenden Gefahrgutvorschriften und spezielle Verpackungsanforderungen zum Schutz vor Feuchtigkeit erfüllen.
