Gallio Arseniuro Struttura, proprietà, usi, rischi

Lui Gallio Arseniuro Un composto inorganico formato da un atomo dell'elemento gallico (GA) e un atomo di arsenico (AS). La sua formula chimica è gaas. È un solido grigio scuro che può presentare una lucentezza metallica blu verdastra.

Le nanostrutture di questo composto sono state ottenute con potenziale per vari usi in molti campi dell'elettronica. Appartiene a un gruppo di materiali chiamati composti III-V per la posizione dei suoi elementi nella tavola periodica chimica.

Nanostrutture di GAAS. Ян the.Org/licenze/by-sa/4.0). Fonte: Wikimedia Commons.

È un materiale a semiconduttore, il che significa che l'elettricità può condurre solo in determinate condizioni. È ampiamente utilizzato in dispositivi elettronici, come transistor, GPS, luci a LED, laser, tablet e smartphone.

Ha caratteristiche che consentono di assorbire facilmente la luce e renderla elettricità. Pertanto viene utilizzato nelle celle solari del satellite e dello spazio.

Permette di generare radiazioni che penetrano vari materiali e anche organismi viventi, senza generare danni a questi. È stato studiato l'uso di un tipo laser GAAS che rigenera la massa muscolare deteriorata dal veleno di serpente.

Tuttavia, è un composto tossico e può causare cancro nell'uomo e negli animali. Le squadre elettroniche che vengono scartate nelle discariche possono rilasciare l'arsenico pericoloso ed essere dannosi per la salute delle persone, degli animali e dell'ambiente.

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Struttura

Il gallio arseniuro presenta un rapporto 1: 1 tra un elemento del gruppo III della tabella periodica e un elemento del gruppo V, quindi è chiamato composto III-V.

È considerato un solido intermetallico composto da arsenico (AS) e gallio (GA) con stati di ossidazione che vanno da GA⁽⁰⁾Asso⁽⁰⁾ a ga⁽⁺³⁾Asso^(-3).

Gallio Arseniuro Crystal. W. Oelen/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.

Nomenclatura

• Gallio Arseniuro
• Monoarers di gallio

Proprietà

Stato fisico

Solido cristallino grigio scuro con lucentezza blu verdastra o grigia. I suoi cristalli sono cubici.

Cristalli gaas. A sinistra: lato lucido. A destra: lato ruvido. MaterialScientist presso l'inglese Wikipedia/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.

Peso molecolare

144,64 g/mol

Punto di fusione

1238 ºC

Densità

5.3176 g/cm³ a 25 ° C.

Solubilità

In acqua: meno di 1 mg/ml a 20 ° C.

Proprietà chimiche

Ha un idrato che può formare sali acidi. È stabile in aria secca. In aria umida si oscura.

È possibile reagire con vapore, acidi e gas acido emettendo il gas velenoso chiamato Arsina, Arsano o Arsenico idruro (cenere₃). Reagisce con le basi che emettono gas idrogeno.

Viene attaccato da acido cloridrico concentrato e da alogeni. Quando è fuso, gli attacchi al quarzo. Se è inumidito, emana un odore di aglio e se subisce il riscaldamento fino a quando la sua decomposizione emette gas molto tossici dell'arsenico.

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Altre proprietà fisiche

È un materiale a semiconduttore che significa che può comportarsi come un conduttore di elettricità o come un isolante di questo a seconda delle condizioni in cui è presentato, come il campo elettrico, la pressione, la temperatura o la radiazione che riceve.

Bande elettroniche

Ha una larghezza del gap energetico di 1.424 eV (ElectronVolts). La larghezza del gap energetico, la banda proibita o il gap di band (inglese Bandgap) è lo spazio tra gli elettroni di un atomo.

Maggiore è la larghezza del gap energetico, maggiore è l'energia richiesta dagli elettroni per "saltare" allo strato successivo e far cambiare il semiconduttore a uno stato conduttivo.

I GaAs hanno una larghezza del gap energetico rispetto a quella del silicio e questo lo rende altamente resistente alle radiazioni. È anche una larghezza di gap diretta, quindi può emettere luce in modo più efficace del silicio, la cui larghezza del gap è indiretta.

Ottenimento

Può essere ottenuto passando una miscela di gas di idrogeno (h₂) e arsenico sull'ossido di gallio (III) (GA₂O₃) a 600 ° C.

Può anche essere preparato per reazione tra cloruro di gallio (III) (GACL₃) e ossido di arsenico (come₂O₃) a 800 ° C.

Utilizzare in celle solari

Il gallio arseniuro è stato utilizzato nelle celle solari dagli anni '70, in quanto ha caratteristiche fotovoltaiche eccezionali che gli danno vantaggio rispetto ad altri materiali.

Funziona meglio del silicio durante la conversione dell'energia solare in elettricità, in quanto offre più energia in condizioni di calore elevate o poca luce, due delle condizioni comuni che supportano le celle solari, dove vi sono cambiamenti nell'illuminazione e nei livelli di temperatura.

Alcune di queste celle solari sono utilizzate nelle auto che funzionano con energia solare, veicoli spaziali e satelliti.

Celle solari gaas in un piccolo satellite. Accademia navale degli Stati Uniti / dominio pubblico. Fonte: Wikimedia Commons.

Vantaggi di GAAS per questa applicazione

È resistente all'umidità e alle radiazioni ultraviolette, il che lo rende più resistente alle condizioni ambientali e consente di utilizzarlo in applicazioni aerospaziali.

Ha un coefficiente di temperatura a bassa temperatura, quindi non perde efficienza a temperature elevate e resiste ad alte dosi di radiazioni accumulate. Le radiazioni -Ins danni possono essere rimosse a temperatura a soli 200 ° C.

Ha un alto coefficiente di assorbimento di fotoni di luce, quindi ha prestazioni elevate con poca luce, cioè perde pochissima energia quando c'è una scarsa illuminazione del sole.

Può servirti: collegamento ionico: caratteristiche, come si forma e esempiLe celle solari gaas sono persino efficienti in presenza di poca luce. Autore: Arek Socha. Fonte: Pixabay.

Produce più energia per unità di superficie rispetto a qualsiasi altra tecnologia. Questo è importante quando è disponibile una piccola superficie come aerei, veicoli o piccoli satelliti.

È un materiale flessibile e a basso peso, essendo efficiente anche se applicato a strati molto sottili, il che rende la cella solare molto leggera, flessibile ed efficiente.

Celle solari per veicoli spaziali

I programmi spaziali usano le celle solari GAAS per più di 25 anni.

La combinazione di GAA con altri composti di germanio, indiano e fosforo ha permesso a ottenere celle solari molto elevate che vengono utilizzate nei veicoli che esplorano la superficie del pianeta Marte.

Versione artistica di The Curiosity Explorer su Marte. Questo artefatto ha celle solari gaas. Dominio NASA / JPL-Caltech / Pub. Fonte: Wikimedia Commons.

Gaos Svantaggio

È un materiale molto costoso rispetto al silicio, che ha costituito la barriera principale per la sua pratica implementazione nelle celle solari terrestri.

Tuttavia, vengono studiati metodi per l'uso a strati estremamente sottili, il che ridurrà i costi.

Utilizzare sui dispositivi elettronici

GAAAS ha più usi in vari dispositivi elettronici.

Nei transistor

I transistor sono elementi che servono ad amplificare segnali elettrici e circuiti aperti o chiusi, tra gli altri usi.

Utilizzato nei transistor, GAAAS ha una maggiore mobilità elettronica e una maggiore resistività rispetto al silicio, quindi tollera più energia e più condizioni di frequenza, generando meno rumore.

Transistor GAAS utilizzato per amplificare la potenza. EPOP / CC0. Fonte: Wikimedia Commons.

In GPS

Negli anni '80 l'uso di questo composto ha permesso la miniaturizzazione dei recettori del sistema di posizionamento globale o del GPS (acronimo di inglese Sistema di posizionamento globale).

Questo sistema consente di determinare la posizione di un oggetto o di una persona in tutto il pianeta con una precisione centimetri.

L'arseniuro di gallio viene utilizzato nei sistemi GPS. Autore: Foundry Co. Fonte: Pixabay.

Su dispositivi optoelettronici

I film GAAS ottenuti a temperature relativamente basse hanno eccellenti proprietà optoelettroniche, come l'alta resistività (richiede un'elevata energia per diventare un driver) e trasferimento rapido di elettroni.

Il suo divario energetico diretto lo rende adatto per l'uso in questo tipo di dispositivi. Sono dispositivi che trasformano l'elettricità in energia radiosa o viceversa, come LED, laser, rivelatore, diodi emessi alla luce, ecc.

Può servirti: ibridazione del carbonio: concetto, tipi e loro caratteristicheLanterna leggera a LED. Può contenere l'arseniuro di gallio. Autore: Hebi B. Fonte: Pixabay.

In radiazioni speciali

Le proprietà di questo composto hanno promosso il suo uso per generare radiazioni con frequenze di terahercios, che sono radiazioni che possono penetrare tutti i tipi di materiali ad eccezione dei metalli e dell'acqua.

La radiazione di terahercios perché non è -ionizzante può essere applicata nell'ottenere immagini mediche, in quanto non danneggia i tessuti dell'organismo o provoca cambiamenti nel DNA come i raggi X.

Queste radiazioni consentirebbero inoltre di rilevare armi nascoste in persone e bagagli, possono essere utilizzate nei metodi di analisi spettroscopica in chimica e biochimica e potrebbero aiutare a scoprire opere d'arte nascoste in costruzioni molto vecchie.

Potenziale trattamento medico

Un tipo di laser GAAS si è rivelato utile per migliorare la rigenerazione della massa muscolare danneggiata da un tipo di veleno di serpente nei topi. Tuttavia, sono necessari studi per determinarne l'efficacia nell'uomo.

Varie squadre

Viene utilizzato come semiconduttore in dispositivi Magiter, termistori, condensatori, trasmissione fotoelettronica di dati per fibra ottica, microonde, circuiti integrati utilizzati nei dispositivi per comunicazioni satellitari, sistemi radar, smartphone (tecnologia 4G) e tablet.

I circuiti elettronici degli smartphone possono contenere GAA. Autore: Arek Socha. Fonte: Pixabay.

Rischi

È un composto estremamente tossico. Esposizione prolungata o ripetutamente a questo materiale provoca danni al corpo.

I sintomi di esposizione possono includere ipotensione, insufficienza cardiaca, convulsioni, ipotermia, paralisi, edema respiratorio, cianosi, cirrosi epatica, danno renale, ematuria e leucopenia, tra molti altri.

Può causare fertilità al cancro e al danno. È tossico e cancerogeno anche per gli animali.

Spreco pericoloso

Il crescente uso di GAA su dispositivi elettronici ha generato preoccupazione per la destinazione di questo materiale nell'ambiente e i suoi potenziali rischi per la salute pubblica e ambientale.

Esiste un rischio latente di liberazione arsenica (tossico e velenoso.

Alcuni studi dimostrano che le condizioni di pH e ossidenuction nelle discariche sono importanti per la corrosione del rilascio GAAS e arsenico. Un pH di 7,6 e atmosfera di ossigeno a bassa normale può essere rilasciato fino al 15% di questa metalloide tossica.

Le apparecchiature elettroniche non devono essere scartate in dump di immondizia perché GAAS può rilasciare l'arsenico tossico. Autore: INESBY. Fonte: Pixabay.

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