Estrutura de Gálio Arseniuro, Propriedades, Usos, Riscos

Ele GALALIO ARSENIURO Um composto inorgânico formado por um átomo do elemento gálico (GA) e um átomo de arsênico (AS). Sua fórmula química é gaas. É um sólido cinza escuro que pode apresentar um brilho metálico azul esverdeado.

Nanoestruturas deste composto foram obtidas com potencial para vários usos em muitos campos de eletrônica. Pertence a um grupo de materiais chamados compostos III-V para a localização de seus elementos na tabela periódica química.

Nanoestruturas de GaAs. Н 12 de janeiro.Org/licenças/BY-SA/4.0). Fonte: Wikimedia Commons.

É um material semicondutor, o que significa que a eletricidade pode levar apenas sob certas condições. É amplamente utilizado em dispositivos eletrônicos, como transistores, GPs, luzes LED, lasers, tablets e smartphones.

Tem características que permitem absorver a luz facilmente e torná -la eletricidade. Portanto, é usado em células solares de satélite e veículos espaciais.

Permite gerar radiação que penetra vários materiais e também organismos vivos, sem gerar danos a estes. O uso de um tipo de laser gaas que regenera a massa muscular deteriorada por veneno de cobra foi estudada.

No entanto, é um composto tóxico e pode causar câncer em humanos e animais. Equipes eletrônicas descartadas em lixões de lixo podem liberar o arsênico perigoso e ser prejudicial à saúde de pessoas, animais e meio ambiente.

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Estrutura

O gálio Arseniuro apresenta uma proporção de 1: 1 entre um elemento do grupo III da tabela periódica e um elemento do grupo V, por isso é chamado de composto III-V.

É considerado um sólido intermetálico composto de arsênico (as) e gálio (GA) com estados de oxidação que variam de GA⁽⁰⁾Ás⁽⁰⁾ para ga⁽⁺³⁾Ás^(-3).

Cristal de Gálio Arseniuro. C. OELEN/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.

Nomenclatura

• GALALIO ARSENIURO
• Monoarsers de Gálio

Propriedades

Estado físico

Sólido cristalino cinza escuro com brilho de poeira azul esverdeado ou cinza. Seus cristais são cúbicos.

Cristais Gaas. Esquerda: lado polido. Direita: lado áspero. Materialscientist na Wikipedia inglesa/cc by-s (https: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0). Fonte: Wikimedia Commons.

Peso molecular

144,64 g/mol

Ponto de fusão

1238 ºC

Densidade

5.3176 g/cm³ a 25 ° C.

Solubilidade

Em água: menos de 1 mg/ml a 20 ° C.

Propriedades quimicas

Tem um hidrato que pode formar sais ácidos. É estável no ar seco. No ar úmido, escurece.

Você pode reagir com vapor, ácidos e gás ácido, emitindo o gás venenoso chamado arsina, arsano ou hidreto de arsênico (cinzas₃). Reage com bases emitindo gás hidrogênio.

É atacado por ácido clorídrico concentrado e por halogênios. Quando é derretido, os ataques de quartzo. Se estiver umedecido, emite um cheiro de alho e se sofrer aquecimento até que sua decomposição emite gases muito tóxicos de arsênico.

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Outras propriedades físicas

É um material semicondutor que significa que ele pode se comportar como um condutor de eletricidade ou como um isolador disso, dependendo das condições às quais é submetido, como o campo elétrico, a pressão, a temperatura ou a radiação que recebe.

Bandas eletrônicas

Possui uma largura de lacuna de energia de 1.424 eV (Electronvolts). A largura do espaço de energia, a banda proibida ou a lacuna de banda (inglês BandGap) é o espaço entre os elétrons de um átomo.

Quanto maior a largura do espaço de energia, maior a energia necessária pelos elétrons para "pular" para a próxima camada e fazer o semicondutor mudar para um estado condutor.

O GaaS tem uma largura de diferença de energia que a do silício e isso o torna altamente resistente à radiação. É também uma largura de lacuna direta, para que possa emitir luz de maneira mais eficaz que o silício, cuja largura do espaço é indireta.

Obtenção

Pode ser obtido passando uma mistura de gás de hidrogênio (h₂) e arsênico em óxido de gálio (iii) (GA₂QUALQUER₃) a 600 ° C.

Também pode ser preparado por reação entre cloreto de gálio (III) (GACL₃) e óxido de arsênico (como₂QUALQUER₃) a 800 ° C.

Use em células solares

O gálio Arseniuro tem sido usado em células solares desde a década de 1970, pois possui características fotovoltaicas excelentes que lhe dão vantagem sobre outros materiais.

Funciona melhor que o silício ao converter energia solar em eletricidade, pois oferece mais energia sob condições de calor alto ou pouca luz, duas das condições comuns que suportam células solares, onde há mudanças nos níveis de iluminação e temperatura.

Algumas dessas células solares são usadas em carros que trabalham com energia solar, veículos espaciais e satélites.

Células solares GaAs em um pequeno satélite. Academia Naval dos Estados Unidos / domínio público. Fonte: Wikimedia Commons.

Vantagens dos GaAs para este aplicativo

É resistente à umidade e radiação ultravioleta, o que o torna mais durável para as condições ambientais e permite que você a use em aplicações aeroespaciais.

Possui um coeficiente de baixo temperatura, por isso não perde eficiência em altas temperaturas e resiste a doses de radiação acumuladas altas acumuladas. Dano causado por radiação pode ser removido por temperado para apenas 200 ° C.

Ele tem um alto coeficiente de absorção de fótons de luz, por isso tem um alto desempenho com pouca luz, ou seja, perde muito pouca energia quando há uma iluminação solar ruim.

Pode servir a você: link iônico: características, como é formado e exemplosAs células solares GaAs são até eficientes na presença de pouca luz. Autor: Arek Socha. Fonte: Pixabay.

Produz mais energia por unidade de superfície do que qualquer outra tecnologia. Isso é importante quando a superfície pequena está disponível, como aeronaves, veículos ou pequenos satélites.

É um material flexível e de baixo peso, sendo eficiente mesmo quando aplicado em camadas muito finas, o que torna a célula solar muito leve, flexível e eficiente.

Células solares para veículos espaciais

Programas espaciais usam células solares GaAs há mais de 25 anos.

A combinação de GaAs com outros compostos de germânio, indiano e fósforo permitiu obter células solares de alta eficiência que estão sendo usadas em veículos que exploram a superfície do planeta Marte.

Versão artística do Curiosity Explorer em Marte. Este artefato tem células solares GaAs. Domínio da NASA / JPL-Caltech / Pub. Fonte: Wikimedia Commons.

Desvantagem do GAOS

É um material muito caro em comparação com o silício, que constituiu a barreira principal para sua implementação prática em células solares terrestres.

No entanto, os métodos estão sendo estudados para uso em camadas extremamente finas, o que reduzirá os custos.

Use em dispositivos eletrônicos

GAAAS tem vários usos em vários dispositivos eletrônicos.

Em transistores

Os transistores são elementos que servem para amplificar sinais elétricos e circuitos abertos ou próximos, entre outros usos.

Utilizado em transistores, os GaaAs têm maior mobilidade eletrônica e maior resistividade que o silício, por isso tolera mais energia e mais condições de frequência, gerando menos ruído.

Transistor de GaAs usado para amplificar o poder. EPOP / CC0. Fonte: Wikimedia Commons.

Em GPS

Na década de 1980, o uso deste composto permitiu a miniaturização dos receptores do sistema de posicionamento global ou GPS (sigla para inglês Sistema de Posicionamento Global).

Este sistema permite determinar a posição de um objeto ou pessoa em todo o planeta com uma precisão de centímetros.

GALALIO ARSENIURO é usado em sistemas GPS. Autor: Foundry Co. Fonte: Pixabay.

Em dispositivos optoeletrônicos

Os filmes GaAs obtidos em temperaturas relativamente baixas têm excelentes propriedades optoeletrônicas, como alta resistividade (requer alta energia para se tornar um motorista) e transferência rápida de elétrons.

Sua lacuna de energia direta o torna adequado para uso nesse tipo de dispositivos. São dispositivos que transformam eletricidade em energia radiante ou vice -versa, como LED, laser, detector, diodos emissores de luz, etc.

Pode atendê -lo: hibridação de carbono: conceito, tipos e suas característicasLanterna de luz LED. Pode conter o gálio arseniuro. Autor: Hebi B. Fonte: Pixabay.

Em radiação especial

As propriedades deste composto promoveram seu uso para gerar radiação com frequências de terahercios, que são radiação que podem penetrar em todos os tipos de materiais, exceto por metais e água.

A radiação de terahercios porque não é ionizante pode ser aplicada na obtenção de imagens médicas, pois não danifica os tecidos do organismo ou causa mudanças no DNA, como raios X.

Essa radiação também permitiria detectar armas ocultas em pessoas e bagagem, pode ser usada em métodos de análise espectroscópica em química e bioquímica e poderia ajudar a descobrir obras de arte ocultas em construções muito antigas.

Tratamento médico potencial

Um tipo de laser gaas se mostrou útil para melhorar a regeneração da massa muscular danificada por um tipo de veneno de cobra em ratos. No entanto, são necessários estudos para determinar sua eficácia em humanos.

Várias equipes

É usado como um semicondutor em dispositivos, termistores, capacitores, transmissão fotoeletrônica de dados por fibra óptica, microondas, circuitos integrados usados ​​em dispositivos para comunicações de satélite, sistemas de radar, smartphones (tecnologia 4G) e tablets.

Os circuitos eletrônicos de smartphones podem conter gaas. Autor: Arek Socha. Fonte: Pixabay.

Riscos

É um composto extremamente tóxico. Exposição prolongada ou repetidamente a esse material causa danos ao corpo.

Os sintomas de exposição podem incluir hipotensão, insuficiência cardíaca, convulsões, hipotermia, paralisia, edema respiratório, cianose, cirrose hepática, danos nos rins, hematúria e leucopenia, entre muitos outros.

Pode causar câncer e danificar a fertilidade. É tóxico e carcinogênico também para animais.

Desperdício perigoso

O crescente uso de GAAs em dispositivos eletrônicos gerou preocupação com o destino deste material no ambiente e seus riscos potenciais para a saúde pública e ambiental.

Existe um risco latente de libertação arsênica (tóxica e venenosa.

Certos estudos mostram que as condições de pH e oxidenção nos depósitos de lixo são importantes para a corrosão dos gaas e liberação de arsênico. Um pH de 7,6 e a atmosfera de oxigênio normal e baixa pode ser liberada até 15% deste metalóide tóxico.

Equipamento eletrônico não deve ser descartado em lixões de lixo porque os GaAs podem liberar tóxicos de arsênico. Autor: Inesby. Fonte: Pixabay.

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