Telururo de cadmio

Telururo de cadmio
Imagen ilustrativa del artículo Telururo de cadmio
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__ Cd __ Te
Aspecto y estructura del telururo de cadmio.
Identificación
Nombre IUPAC Telururo de cadmio
N o CAS 1306-25-8
N o ECHA 100,013,773
N o CE 215-149-9
Apariencia polvo / cristal cúbico gris-negro
Propiedades químicas
Fórmula bruta Cd Te   [Isómeros]
Masa molar 240,01 ± 0,04  g / mol
Cd 46,84%, Te 53,17%,
Propiedades físicas
T ° fusión 1041  ° C
T ° hirviendo 1130  ° C
Densidad 5,85  g · cm -3 , sólido
Propiedades electronicas
Banda prohibida 1,44  eV a 300  K
(espacio directo)
Cristalografía
Sistema de cristal cúbico
Clase de cristal o grupo espacial F 4 3 m
Estructura típica esfalerita
Parámetros de malla a = 6.4805  Å
Precauciones
Directiva 67/548 / CEE
Dañino
Xn Peligroso para el ambiente
NO Clasificación  :
tóxico y cancerígeno

Símbolos  :
Xn  : Nocivo
N  : Peligroso para el medio ambiente

Frases R  :
R20 / 21/22  : Nocivo por inhalación, en contacto con la piel y por ingestión.
R50 / 53  : Muy tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio acuático.

Frases S  :
S60  : Este material y su recipiente deben eliminarse como residuos peligrosos.
S61  : Evítese su liberación al medio ambiente. Consultar instrucciones especiales / ficha de datos de seguridad.

Frases R  :  20/21/22, 50/53,
Frases S  :  60, 61,
Inhalación no inhalar
Piel limpiar con agua
Ojos limpiar con agua
Ingestión inducir el vómito
Compuestos relacionados
Otros cationes Telururo de zinc
Otros aniones Seleniuro de cadmio
Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

El telururo de cadmio ( CdTe ) es un material de estructura cristalina cúbica ( grupo espacial F 4 3 m ) compuesto de cadmio y telurio .

Es un semiconductor de la familia II-VI .
El telururo de cadmio está disponible comercialmente como polvo o como cristales.

Usos

CdTe se utiliza para muchas aplicaciones, que incluyen:

desarrollado desde la década de 1960, este tipo de celda tiene ventajas (menor precio) y desventajas (uso de materiales raros y potencialmente alta toxicidad) en comparación con las celdas basadas en silicio;

CdTe y la producción de células fotovoltaicas

En los últimos años, para producir un panel fotovoltaico , un número creciente de empresas ha utilizado telururo de cadmio como compuesto semiconductor, en lugar de silicio .
De hecho, es un producto muy estable. Aumenta la eficiencia de los paneles, al tiempo que reduce su coste, gracias a una mejor capacidad de absorción de la luz (manteniendo un buen comportamiento en condiciones de poca luz, por la mañana y por la noche en particular) y a un bajo coeficiente térmico .

Se coloca así una capa de absorción de telururo de cadmio sobre un soporte de vidrio y luego se cubre con otra placa de vidrio que sella herméticamente el panel.
Los métodos de producción y uso de CdTe han permitido reducir la huella de carbono de las técnicas de producción de células y paneles fotovoltaicos. En el campo de los paneles fotovoltaicos, es la técnica que menor huella de carbono tiene para el ciclo de vida . Este producto, como derivado del cadmio, es tóxico.
En caso de incendio y fusión de los paneles, gracias a que la película de telururo de cadmio se coloca entre dos capas de vidrio, gracias a una presión de vapor muy baja, y gracias a los altos puntos de ebullición y fusión, es poco probable que las moléculas tóxicas contaminen. el medio ambiente, y quedan atrapados en la matriz de vidrio fundido , pero el telururo de cadmio, debido a su toxicidad intrínseca, requiere, no obstante, - aguas arriba y aguas abajo de la cadena - ser producido, utilizado y reciclado con cuidado.

Es recuperable y reciclable, los canales de recuperación y reciclaje aparecen en la década de 2000, con por ejemplo el de First Solar que anunció en 2008 reciclar el 90% (en masa) de los residuos de fabricación de módulos, pero también los módulos devueltos (en garantía o al final de life), esto a través de un programa completo y prefinanciado.

Propiedades físicas

CdTe tiene varias propiedades de interés industrial:

Propiedades magnéticas

El CdTe intrínseco es un semiconductor no magnético. Sin embargo, puede llegar a serlo al doparlo con metales de transición o tierras raras (elementos de alta correlación) y, a veces, incluso con elementos no magnéticos como el carbono o el nitrógeno. Se han realizado varios estudios en esta dirección utilizando diferentes técnicas, incluido el método ab-initio o el método de Monte Carlo.

Propiedades termales

Propiedades optoelectrónicas

CdTe es transparente en ciertas longitudes de onda (en el infrarrojo ) y emite fluorescencia a una longitud de onda de 790  nm . Si el tamaño de los cristales de CdTe se reduce a unos pocos nanómetros (o menos), sus propiedades de puntos cuánticos , los picos de fluorescencia cambian en el rango visible a ultravioleta.

Propiedades químicas

El CdTe exhibe una solubilidad muy baja en agua, pero como nanopartícula parece producir más fácilmente una mezcla homogénea en agua que otras nanopartículas probadas.
Puede ser atacado (o grabado) por muchos ácidos , incluidos los ácidos clorhídrico y bromhídrico , formando telurio de hidrógeno (que es un gas venenoso).

Se puede producir en nanocristales que pueden plantear problemas de salud ambiental .

Toxicidad

Se supone a priori que todos los compuestos de cadmio son tóxicos. Pueden ser más o menos que el cadmio solo, según las propiedades de la molécula y según el contexto.

Los datos sobre la toxicidad del CdTe faltante, las autoridades y organismos reguladores de los distintos países donde existen se refirieron primero a la toxicidad del cadmio (Cd) como una aproximación porque la toxicidad específica del telurio permaneció pobre durante mucho tiempo. El mayor uso de este producto, en particular para paneles solares, despertó el interés de los toxicólogos (sobre todo porque es uno de los muchos productos que también podrían producirse pronto en forma de nanopartículas).

Recientemente, un estudio comparó la toxicidad del CdTe con la del cadmio (en ratas, siguiendo un método estandarizado recomendado por la OCDE y la Agencia de Protección Ambiental ) para medir los efectos de un producto en la salud. La concentración letal de CdTe encontrada fue de 2,71  mg · l -1 , con muy poca variabilidad entre los sexos. La dosis letal media esperada fue superior a 2000  mg · kg -1 . Estos resultados, según sus autores, muestran claramente que el CdTe es menos tóxico que el cadmio, al menos en términos de exposición aguda.

El telururo de cadmio es tóxico si se inyecta o se ingiere (especialmente debido a los ácidos del estómago que liberan cadmio, probablemente haciéndolo más bioasimilable, y al telururo de hidrógeno (que no parece ser tóxico) o si se inhala en forma de polvo fino o nanopartículas puras (entonces es claramente citotóxico ), o si no se manipula correctamente (es decir, sin guantes adecuados y otras medidas de seguridad).

Se podrían plantear nuevos problemas si ocurriera que el telurio de cadmio se liberara al medio ambiente en forma no inerte de micropolvo o nanopartículas. De hecho, a escalas nanométricas , la toxicidad o ecotoxicidad de un material a menudo puede verse muy agravada. (Este parece ser el caso de muchos metales y otras moléculas que no plantean un problema en su forma "masiva", como el oro y la plata, por ejemplo). El CdTe podría ser entonces un contaminante potencial del aire, pero también del agua donde en el laboratorio y en forma de nanopolvo (partículas de unos 5 nanómetros) mezclado durante mucho tiempo en agua, adopta un comportamiento diferente al de los demás metales o aleaciones probadas.

Una vez inertizado adecuadamente (en una matriz o encapsulado o cubierto con un recubrimiento molecular en el caso de las nanopartículas) y mientras permanezca allí, se supone que el CdTe utilizado en procesos de fabricación o médicos es inofensivo. Sin embargo, no se sabe qué se convierte a medio y largo plazo en el medio ambiente si se pierde allí. Y antes del proceso de fabricación, cuando se utiliza en forma de microcristales, polvo o nanopartículas, debe manipularse con todas las precauciones posibles.

Estudios recientes confirman que la superficie proporcionalmente mucho más reactiva del telururo de cadmio puro, cuando está presente en forma de nanopartículas, lo hace más tóxico (un fenómeno frecuente para la mayoría de las nanopartículas).
Su diminuto tamaño le confiere entonces un comportamiento cercano al de los gases. Entonces puede penetrar fácilmente en los organismos y producir un daño significativo (por especies reactivas de oxígeno) a las células; añadido en forma de nanopartículas de CdTe puro a cultivos de células de cáncer de mama humano, provoca un daño extenso en las membranas celulares, mitocondrias y núcleos celulares. Y el metabolismo celular disminuyó en proporción a la cantidad de nanopartículas que ingresaron a las células, mientras que esta disminución no se correlacionó con la cantidad de iones Cd ++ presentes en la célula.
La naturaleza del daño observado no solo podría explicarse por la única toxicidad química intrínseca del cadmio, que sin embargo se podría temer legítimamente que, en forma de iones de Cd ++ posiblemente liberados por las nanopartículas de CdTe, tendría efectos deletéreos sobre el cuerpo. célula. Pero in vitro , solo el daño a los lisosomas (visible bajo microscopía) podría ser inducido por iones Cd ++ (así como por especies reactivas de oxígeno). La observación de las células y su metabolismo sugirió más bien un fuerte estrés oxidativo que podría ser inducido por la superficie altamente reactiva de las nanopartículas de CdTe. Para probar esta hipótesis, se agregó un poderoso antioxidante a los cultivos celulares; y de hecho, este antioxidante luego previno todo el daño celular visto en la primera serie de experimentos. La combinación de estos dos fenómenos puede en cualquier caso, in vitro , conducir a la muerte de las células.

En determinadas condiciones, películas muy delgadas de telururo de cadmio podrían recristalizarse en otro compuesto tóxico de cadmio (cloruro de cadmio).

Ecotoxicidad

Apenas está comenzando a ser explorado, pero recientemente se demostró en Canadá que el gran mejillón de agua dulce Elliptio complanata expuesto a nanopartículas de CdTe puede bioacumular estas moléculas. En este experimento, el 14% del Cd introducido inicialmente en forma de CdTe se encontró en la fase disuelta, lo que demuestra que el CdTe es menos estable en agua de lo que se pensaba anteriormente. Se demostró que el CdTe es tan bioacumulativo por este molde como el Cd en forma iónica. Se ha encontrado principalmente en las branquias y la glándula digestiva y en los niveles de metalotioneína (MT, la proteína que captura los metales en los fenómenos naturales de desintoxicación en muchas especies). En esta especie, la toxicidad del CdTe se comparó con la del Cd en forma de CdSO 4 .

Gestión de riesgos

Uno de los sectores que utiliza más CdTe es la producción de paneles solares. La gestión y eliminación seguras a largo plazo del telururo de cadmio es un problema conocido en la comercialización a gran escala de telururo de cadmio y en esta industria en particular. Según los productores y los grandes consumidores, se han realizado serios esfuerzos para comprender y superar estos problemas. Ya en 2003, un documento publicado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Incluía CdTe en el Programa Nacional de Toxicología (NTP) de los Estados Unidos, en colaboración con First Solar Inc., una de las empresas que fabrican los paneles. CdTe, con el apoyo del Ministerio de Energía y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL). Investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) concluyeron que el uso a gran escala de los paneles solares que los contienen no presenta ningún riesgo para la salud y el medio ambiente y que el reciclaje de los módulos al final de su vida útil reduciría por completo las preocupaciones ambientales. Durante su operación, estos módulos no producen contaminantes y, además, al reemplazar los combustibles fósiles u otras fuentes menos limpias y seguras, ofrecen importantes beneficios ambientales. Las células fotovoltaicas de este tipo incluso parecen ser el más respetuoso con el medio ambiente de todos los usos actuales y conocidos del cadmio.

La Unión Europea y China son aún más cuidadosos con el cadmio. Europa considera que el cadmio y todos sus compuestos son carcinógenos tóxicos y las regulaciones vigentes en China solo permiten la producción de Cd para la exportación.

Disponibilidad

El cadmio está ampliamente disponible y es económico (es notablemente un desperdicio de la refinación del mineral de zinc ). En la actualidad, el precio de las materias primas de cadmio y telurio es una proporción insignificante del costo de las células solares de tipo CdTe y otros productos que contienen CdTe. Sin embargo, el telurio es un elemento extremadamente raro (de 1 a 5 partes por mil millones de la corteza terrestre (ver el artículo abundancias de los elementos . Por lo tanto, podemos suponer que su precio aumentará a medida que crezca su demanda), lo que explica en parte el interés industrial en el reciclaje. CdTe.

Notas y referencias

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Ver también

Artículos relacionados

enlaces externos