인산알루미늄 (20859-73-8) 물리적 및 화학적 특성
인산알루미늄
습기에 반응하는 훈증제 및 설치류 구제제로 사용되는 무기 인산알루미늄으로 반도체 중간체로도 활용됩니다. 습도 조절 저장과 규격에 기반한 구매가 필요합니다.
| CAS 번호 | 20859-73-8 |
| 계열 | 금속 인산염 |
| 일반 형상 | 분말 또는 결정 고체 (습기 민감) |
| 일반 등급 | BP, EP |
인산알루미늄은 금속-진균원 음이온 염류에 속하는 무기 이원 금속 인산염으로, 고체 상태에서 입방정계 아연 블렌드형 (스팔러라이트형) 격자를 형성하며 일반적으로 진회색에서 노란색 결정 물질로 존재합니다. 벌크 내 결합은 주로 이온성으로 설명할 수 있으며, 격자는 공유 결합에 의해 변형되며 형식 전하는 \(\mathrm{Al^{3+}}\)와 \(\mathrm{P^{3-}}\)에 가깝습니다. 전자적으로는 Al-P 프레임워크와 고유 결함이 전자 이동 및 광학 특성을 결정하는 넓은 밴드갭 반도체입니다.
화학적으로 매우 습기에 민감하여 물 또는 대기 중 습기와 접촉 시 인화성이고 고독성이 강한 가스인 포스핀(\(\mathrm{PH_3}\))이 생성되는 가수분해가 일어납니다. 이 가수분해 경로는 환경 및 독성 거동을 주도합니다. 건조한 상태에서는 상대적으로 안정적이며 증기압이 낮지만, 산, 증기 또는 습한 공기에 노출되면 빠르고 위험한 가스 발생이 일어납니다. 무기 이온 고체로서 본질적으로 친지질성이 없고 분자 상태로서 용해되지 않아, 위험성은 용질 분배보다는 가스 생성에 의해 주도됩니다.
주요 산업적 용도는 저장된 제품 보호용 훈증제, 설치류 구제제, 살충제 및 특정 반도체 공정에서 포스핀 공급원으로 사용됩니다. 이 물질의 효능과 위험성 모두 동일한 가수분해/포스핀 화학에 기인합니다. 일반 상업 등급으로는 BP, EP가 있습니다.
기본 물리적 특성
밀도
- 실험적 출처에서 보고된 값: \(59\,^\circ\mathrm{F}\)에서 비중 2.85 — 물보다 무거워 가라앉음.
- 보고된 값: \(25\,^\circ\mathrm{C}\)에서 \(2.40\,\mathrm{g/cm}^{3}\).
- 상대 밀도 (물=1): 2.9.
이 값들은 밀도가 높은 결정상 무기 고체(아연 블렌드형)와 일치합니다. 벌크 밀도 및 겉보기 밀도는 입자 크기, 다공성 및 제형(펠릿/정제 대 결정 분말)에 따라 달라질 수 있습니다.
녹는점 또는 분해점
- “\(1832\,^\circ\mathrm{F}\) 까지 녹거나 분해하지 않음.”
- 보고된 고온 값: \(2,550\,^\circ\mathrm{C}\) 및 약 \(2,500\,^\circ\mathrm{C}\) 근처 (출처마다 상이함).
인산알루미늄은 매우 높은 온도까지 응축상으로서 열적으로 안정합니다. 고온에서 분해 시 인 산화물 및 기타 독성 연기를 방출합니다. 실제 취급에서는 대량 용융보다는 저온 가수분해 경로가 열 거동을 지배합니다.
물에 대한 용해도
- 용해도 설명: 물과 반응하여 가수분해됨.
- “건조 상태에서는 안정하나, 습한 공기와 접촉 시, 산과는 격렬하게 반응함.”
- 물 속 용해도: 용해가 아닌 화학 반응(가수분해 분해).
가수분해는 인산알루미늄이 수산화알루미늄(또는 Al(III) 유사종)과 포스핀 가스를 형성합니다. 편리한 화학식 표현은 다음과 같습니다: \[ \mathrm{AlP} + 3\,\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al(OH)_3} + \mathrm{PH_3} \] 위험한 가스 발생으로 인해 물 또는 습기와의 직접 접촉이 주요 부적합성 요인입니다.
용액 pH (정성적 거동)
인산알루미늄은 중성 분자 용질로서 용해되지 않아 실험적으로 확립된 용액 pH 값이 없습니다. 가수분해 시 포스핀 가스와 수산화알루미늄이 생성됩니다. 중성 또는 염기성 수용액에서는 콜로이드성 또는 염기성 수산화알루미늄이 형성되며, 산과 반응 시 포스핀 방출이 가속화됩니다. 따라서 AlP 수용액의 pH는 하나의 수치적 속성으로 의미가 없습니다.
화학적 특성
산–염기 거동
인산알루미늄은 분자 용질로서 고전적 산–염기 해리를 보이지 않으며, 양성자 매질과의 반응성이 거동을 결정합니다. 산(위액 포함)과 접촉 시 격렬히 가수분해하여 포스핀(\(\mathrm{PH_3}\))을 방출하고 알루미늄(III)종(수화 이온 \(\mathrm{Al^{3+}}\) 또는 수산화알루미늄 \(\mathrm{Al(OH)_3}\))을 생성합니다. 따라서 양성자 공격에 의해 가스상 환원제(포스핀)와 루이스 산성 알루미늄 잔류물로 효과적으로 전환됩니다. 강산과의 반응은 폭발적인 가스 방출을 동반할 수 있습니다.
반응성 및 안정성
- 습기 민감: 습한 공기, 물 또는 증기 접촉 시 포스핀 가스를 방출하며 가수분해 속도는 산도와 온도에 따라 증가함.
- 공기 및 물과 반응: 생성된 포스핀은 공기 중에서 자발적으로 점화되는 경우가 많음.
- 산화제 및 무기산과 반응성 보유; 가열 시 분해되어 인산화물 및 알루미늄 연기를 방출함.
- 건조하고 적절한 습기 차단 용기에 보관 시 안정; 고온에서도 증기압 매우 낮음.
위험 모드는 가스 발생이므로, 반응성 제어는 물과 습기 차단, 산 및 산화제 분리, 건조 유지에 중점을 둡니다.
분자 및 이온 특성
분자식 및 분자량
- 분자식: AlP
- 분자량: \(57.955300\,\mathrm{g/mol}\)
구성 이온
- 계산 표현에서의 공식 구성 이온/설명자: Al은 \(\mathrm{Al^{3+}}\), P는 \(\mathrm{P^{3-}}\)
- 기계적 표현의 구조 설명자: SMILES = [Al+3].[P-3]; InChI = InChI=1S/Al.P/q+3;-3.
이 고체는 분리된 분자 이온 쌍이 아니라 공유 결합의 영향을 받은 이온 격자입니다.
식별자 및 동의어
등록 번호 및 코드
- CAS 번호: 20859-73-8
- EC 번호: 244-088-0
- UN/NA 운송 번호: UN 1397 (제형에 따라 UN 3048도 보고됨)
- UNII: E23DR6L59S
- InChI: InChI=1S/Al.P/q+3;-3
- InChIKey: PGCGUUGEUBFBPP-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [Al+3].[P-3]
동의어 및 일반 명칭
기록된 동의어 및 상품/일반 명칭은 다음과 같습니다 (등록된 이름 중 선택): aluminum phosphide; aluminium phosphide; aluminum monophosphide; Aluminium monophosphide; AL‑Phos; Celphos; Phostoxin; Delicia gastoxin; Fumitoxin; ALUMINUM PHOSPHIDE (AlP). 전체 목록에는 추가적인 독점명 또는 지역명이 포함되어 있습니다.
산업 및 상업적 응용
기능적 역할 및 사용 부문
인산알루미늄은 주로 저장 농산물 보존 및 특정 해충의 굴 fumigation을 위한 훈증제 및 살충제 활성 물질(쥐약/살충제)로 작용합니다. 이는 가스 훈증제가 요구되는 농업 저장, 상품 가공 및 해충 방제에 사용되며 제어되고 밀폐된 조건에서 사용됩니다. 2차 용도는 반도체 연구 및 특정 산업 화학 분야에서 인화수소(phosphine)의 공급원으로서의 역할을 이용합니다.
대표적 적용 예시
- 밀폐된 구조물이나 용기 내에서 원료 농산물, 가공 식품 상품 및 비식품 상품의 훈증을 통해 저장 해충을 방제합니다.
- 비거주 지역에서 특정 설치류 및 두더지 제어를 위한 굴 외부 훈증에 사용됩니다.
- 활성 성분으로 인산알루미늄을 포함하는 펠릿, 정제 및 봉지 제형이 실무에서 보고되었으며, 특정 제형에서 활성 성분 함량은 60% 또는 약 57% 등으로 나타납니다.
- 반도체 연구와 소규모 화학 합성에서 실험실 및 산업용 인화수소 공급원으로 사용됩니다.
특정 용도 선택은 곡물 덩어리나 밀폐 공간에 침투할 수 있는 기체 훈증제 필요성에 기반하며, 높은 효능과 위해도 때문에 훈련받은 면허 보유자와 엄격한 절차 통제 하에 사용됩니다.
안전 및 취급 개요
건강 및 환경 위험
인산알루미늄은 급성 독성을 가지며 수분과 반응하는 화학물질로, 주요 위험은 인화수소(\(\mathrm{PH_3}\)) 방출에서 발생합니다. 주요 위험성 지시어로는 물과 접촉 시 인화성 가스 발생(H260), 섭취/흡입/피부 노출에 의한 급성 독성(예: H300, H311, H330)이 보고되어 있습니다. 물질은 섭취 또는 밀폐 공간 내에서 정제가 습기와 접촉하여 인화수소를 발생시킨 경우 심각한 인체 중독 및 사망 사례를 유발하였습니다.
실험 및 임상 자료에 보고된 독성학적 대표 값은 다음과 같습니다: LD50 (쥐, 경구) ≈ 11.5 mg·kg^-1; LC50 (쥐, 흡입, 4시간) ≈ 15.5 mg·m^-3. 인체 치사량은 섭취 시 수십 mg·kg^-1 범위에서 보고되었습니다. 인화수소 노출은 미토콘드리아 억제(사이토크롬 c 산화효소), 산화 스트레스, 폐부종, 심혈관 붕괴 및 다장기 기능 부전을 야기합니다. 이 물질은 수생 생물에도 매우 독성이 강하며, 환경 누출 시 급성 생태 독성 위험을 초래합니다.
급성 노출 시 응급 처치 및 대응은 인화수소 흡입과 전신 영향 치료가 필요하며, 인화수소에 대한 특이적이고 보편적으로 인정된 해독제는 없으므로 처치는 주로 지지적이고 증상 완화적입니다.
저장 및 취급 주의사항
- 건조하고 서늘하며 물, 습기, 산 및 부적합한 산화제와 분리하여 보관하십시오. 용기는 꼭 닫고 스프링클러가 없는 방화 장소에 보관해야 합니다.
- 물, 증기 또는 습한 공기와의 모든 접촉을 피하십시오. 제형(정제/펠릿)은 밀폐 포장에 보관하고 적절한 절차 통제를 수행하는 훈련된 인력만 취급해야 합니다.
- 인산알루미늄이 포함된 누출물이나 화재에 물을 사용하지 마십시오. 소규모 화재 및 누출 시 권장 소화 매체는 건조 모래, 건조 점토, 건조 석회석, 건조 화학제 또는 이산화탄소입니다. 금속 화재에는 Class D 소화기가 적합할 수 있습니다. 대규모 화재의 경우 대피 후 전문가 감독하에 통제 소화를 실시하십시오.
- 응급 대응 및 정화 시 개인 보호 장비로는 양압식 독립형 호흡 장치(SCBA)와 완전 밀폐형 화학 보호복을 착용해야 하며, 일반 취급 시에는 분진 제어 및 국소 배기 환기를 통해 공기 중 입자 및 이후 가수분해를 방지해야 합니다.
- 사고 방출 조치는 격리, 하류 방향 대피, 분말 누출부를 마르도록 덮개(비닐/방수덮개)로 덮고 건조 밀폐 용기에 수거하여 적절한 유해 폐기물 규정에 따라 처리해야 합니다. 하수구로 씻어내지 마십시오.
- 세부 위험, 운송 및 규제 준수 사항은 제품별 안전보건자료(SDS)와 관련 지역 법규를 참조하십시오.
운송 및 비상 계획 시 인산알루미늄은 “습기 접촉 시 위험” 물질로 취급되며 규제된 화물 번호가 할당됩니다. 운송 시에는 적용되는 위험물 규칙과 습기 노출 방지를 위한 전문 포장 기준을 준수해야 합니다.
