Tellururo di cadmio

Tellururo di cadmio
Immagine illustrativa dell'articolo Tellururo di cadmio
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__ Cd __ Te
Aspetto e struttura del tellururo di cadmio.
Identificazione
Nome IUPAC Tellururo di cadmio
N o CAS 1306-25-8
N o ECHA 100.013.773
N o CE 215-149-9
Aspetto cristallo cubico polvere / grigio-nero
Proprietà chimiche
Formula bruta Cd Te   [Isomeri]
Massa molare 240,01 ± 0,04  g / mol
Cd 46,84%, Te 53,17%,
Proprietà fisiche
T ° fusione 1041  ° C
T ° bollitura 1130  ° C
Massa volumica 5,85  g · cm -3 , solido
Proprietà elettroniche
Band proibita 1,44  eV a 300  K
(gap diretto)
Cristallografia
Sistema cristallino cubo
Classe di cristallo o gruppo spaziale F 4 3 m
Struttura tipica sfalerite
Parametri della mesh a = 6,4805  Å
Precauzioni
Direttiva 67/548 / CEE
Dannoso
Xn Pericoloso per l'ambiente
NON Classificazione  :
tossico e cancerogeno

Simboli  :
Xn  : Nocivo
N  : Pericoloso per l'ambiente

Frasi R  :
R20 / 21/22  : Nocivo per inalazione, contatto con la pelle e per ingestione.
R50 / 53  : Altamente tossico per gli organismi acquatici, può provocare a lungo termine effetti negativi per l'ambiente acquatico.

Frasi S  :
S60  : Questo materiale e il suo contenitore devono essere smaltiti come rifiuti pericolosi.
S61  : evitare il rilascio nell'ambiente. Consultare le istruzioni speciali / la scheda dati di sicurezza.

Frasi R  :  20/21/22, 50/53,
Frasi S  :  60, 61,
Inalazione non inalare
Pelle pulire con acqua
Occhi pulire con acqua
Ingestione indurre il vomito
Composti correlati
Altri cationi Tellururo di zinco
Altri anioni Seleniuro di cadmio
Unità di SI e STP se non diversamente specificato.

Il tellururo di cadmio ( CdTe ) è un materiale a struttura cristallina cubica ( gruppo spaziale F 4 3 m ) composto da cadmio e tellurio .

È un semiconduttore della famiglia II-VI .
Il tellururo di cadmio è disponibile in commercio come polvere o come cristalli.

Utilizza

CdTe è utilizzato per molte applicazioni, tra cui:

sviluppato a partire dagli anni '60, questo tipo di cella presenta vantaggi (prezzo inferiore) e svantaggi (utilizzo di materiali rari e potenzialmente elevata tossicità) rispetto alle celle a base di silicio;

CdTe e la produzione di celle fotovoltaiche

Negli ultimi anni, per produrre un pannello fotovoltaico , un numero crescente di aziende ha utilizzato il tellururo di cadmio come composto semiconduttore, invece del silicio .
È davvero un prodotto molto stabile. Aumenta l'efficienza dei pannelli, riducendone il costo, grazie ad una migliore capacità di assorbimento della luce (mantenendo una buona resa in condizioni di scarsa luminosità, soprattutto al mattino e alla sera) e ad un basso coefficiente termico .

Uno strato assorbente al tellururo di cadmio viene così posto su un supporto di vetro e poi ricoperto da un'altra lastra di vetro che sigilla ermeticamente il pannello.
I metodi di produzione e utilizzo del CdTe hanno permesso di ridurre l' impronta di carbonio delle tecniche di produzione di celle e pannelli fotovoltaici. Nel campo dei pannelli fotovoltaici, è la tecnica che ha la più bassa impronta di carbonio per il ciclo di vita . Questo prodotto, come derivato del cadmio, è tossico.
In caso di incendio e fusione dei pannelli, grazie al fatto che il film di tellururo di cadmio viene posto tra due strati di vetro, grazie ad una pressione di vapore molto bassa, e grazie agli alti punti di ebollizione e fusione, è improbabile che le molecole tossiche contaminino l'ambiente, e rimangono intrappolati nella matrice di vetro fuso , ma il tellururo di cadmio, per la sua intrinseca tossicità, richiede tuttavia - a monte ea valle della catena - di essere prodotto, utilizzato e riciclato con cura.

È recuperabile e riciclabile, i canali di recupero e riciclaggio compaiono negli anni 2000, con, ad esempio, quello di First Solar che ha annunciato nel 2008 di riciclare il 90% (in massa) dei rifiuti di produzione dei moduli, ma anche i moduli restituiti (in garanzia o in fine della sua vita), questo tramite un programma completo e prefinanziato.

Proprietà fisiche

CdTe ha diverse proprietà di interesse industriale:

Proprietà magnetiche

Il CdTe intrinseco è un semiconduttore non magnetico. Tuttavia, può diventarlo drogandolo con metalli di transizione o terre rare (elementi ad alta correlazione) e talvolta anche con elementi non magnetici come carbonio o azoto. Diversi studi sono stati condotti in questa direzione utilizzando diverse tecniche tra cui il metodo ab-initio o il metodo Monte Carlo.

Proprietà termali

Proprietà optoelettroniche

CdTe è trasparente a determinate lunghezze d'onda ( nell'infrarosso ) e fluorescente a una lunghezza d' onda di 790  nm . Se la dimensione dei cristalli di CdTe viene ridotta a pochi nanometri (o meno), le sue proprietà del punto quantico , i picchi di fluorescenza cambiano nella gamma visibile all'ultravioletto.

Proprietà chimiche

CdTe mostra una solubilità in acqua molto bassa , ma come nanoparticella sembra produrre più facilmente una miscela omogenea in acqua rispetto ad altre nanoparticelle testate.
Può essere attaccato (o inciso) da molti acidi , compresi gli acidi cloridrico e bromidrico , formando idrogeno tellurio (che è un gas velenoso).

Può essere prodotto in nanocristalli che possono porre problemi di salute ambientale .

Tossicità

Tutti i composti del cadmio dovrebbero essere tossici a priori . Possono essere più o meno del solo cadmio, a seconda delle proprietà della molecola e del contesto.

I dati sulla tossicità del CdTe mancante, le autorità e gli organismi di regolamentazione nei vari paesi in cui esistono hanno prima fatto riferimento alla tossicità del cadmio (Cd) come un'approssimazione perché la tossicità specifica del tellurio è rimasta scarsa per lungo tempo. il maggior utilizzo di questo prodotto, in particolare per i pannelli solari, ha destato l'interesse dei tossicologi (soprattutto perché è uno dei tanti prodotti che presto potrebbero essere realizzati anche sotto forma di nanoparticelle).

Recentemente uno studio ha confrontato la tossicità del CdTe con quella del cadmio (nei ratti, seguendo un metodo standardizzato raccomandato dall'OCSE e dall'Environmental Protection Agency ) per misurare gli effetti di un prodotto sulla salute. La concentrazione letale di CdTe trovata era di 2,71  mg · l -1 , con una variabilità molto ridotta tra i sessi. La dose letale media attesa era maggiore di 2000  mg · kg -1 . Questi risultati, secondo i loro autori, mostrano chiaramente che CdTe è meno tossico del cadmio, almeno in termini di esposizione acuta.

Il tellururo di cadmio è tossico se viene iniettato o ingerito (soprattutto a causa degli acidi dello stomaco che rilasciano cadmio, rendendolo probabilmente più bioassimilabile, e del tellururo di idrogeno (che non sembra essere tossico) o se viene inalato sotto forma di polvere fine o nanoparticelle pure (è quindi chiaramente citotossico ), o se non è maneggiato correttamente (cioè senza guanti adatti e altre misure di sicurezza).

Nuovi problemi potrebbero sorgere se accadesse che il cadmio tellurio fosse rilasciato nell'ambiente sotto forma non inerte di micropolvere o nanoparticelle. In effetti, su scala nanometrica , la tossicità o l'ecotossicità di un materiale può spesso essere molto esacerbata. (Questo sembra essere il caso di molti metalli e altre molecole che non rappresentano un problema nella loro forma "massiccia", inclusi l'oro e l'argento per esempio). CdTe potrebbe quindi essere un potenziale inquinante dell'aria, ma anche dell'acqua dove in laboratorio e sotto forma di nanopolvere (particelle di circa 5 nanometri) miscelate a lungo in acqua, adotta un comportamento diverso dagli altri. Metalli oppure leghe testate.

Una volta adeguatamente inertizzato (in una matrice o incapsulato o coperto con un rivestimento molecolare nel caso di nanoparticelle) e fintanto che rimane lì, il CdTe utilizzato nei processi di produzione o medici si presume sia innocuo. Tuttavia, non è noto cosa diventi a medio e lungo termine nell'ambiente se vi si perde. E a monte del processo produttivo, quando viene utilizzato sotto forma di microcristalli, polvere o nanoparticelle, deve essere maneggiato con tutte le precauzioni possibili.

Studi recenti confermano che la superficie proporzionalmente molto più reattiva del tellururo di cadmio puro, quando è presente in forma di nanoparticelle, lo rende più tossico (un fenomeno frequente per la maggior parte delle nanoparticelle).
Le sue dimensioni ridotte gli conferiscono quindi un comportamento simile a quello dei gas. Può quindi penetrare facilmente negli organismi e produrre danni significativi (da specie reattive dell'ossigeno) alle cellule; aggiunto sotto forma di nanoparticelle CdTe pure a colture di cellule di cancro al seno umano, provoca danni estesi alle membrane cellulari, ai mitocondri e ai nuclei cellulari. E il metabolismo cellulare è diminuito in proporzione al numero di nanoparticelle che sono entrate nelle cellule, mentre questa diminuzione non è stata correlata al numero di ioni Cd ++ presenti nella cellula.
La natura del danno osservato potrebbe non solo essere spiegata dall'unica tossicità chimica intrinseca del cadmio, della quale si potrebbe tuttavia legittimamente temere che, sotto forma di ioni Cd ++ eventualmente rilasciati dalle nanoparticelle CdTe, avrebbe effetti deleteri sul cellula. Ma in vitro , solo il danno ai lisosomi (visibile al microscopio) potrebbe essere indotto dagli ioni Cd ++ (così come dalle specie reattive dell'ossigeno). L'osservazione delle cellule e del loro metabolismo ha invece suggerito un forte stress ossidativo che potrebbe essere indotto dalla superficie altamente reattiva delle nanoparticelle CdTe. Per testare questa ipotesi, un potente antiossidante è stato aggiunto alle colture cellulari; e in effetti, questo antiossidante ha poi prevenuto tutti i danni cellulari visti nella prima serie di esperimenti. La combinazione di questi due fenomeni può comunque, in vitro , portare alla morte delle cellule.

Film molto sottili di tellururo di cadmio potrebbero, in determinate condizioni, ricristallizzarsi in un altro composto tossico di cadmio (cloruro di cadmio).

Ecotossicità

Sta solo iniziando a essere esplorato, ma è stato recentemente dimostrato in Canada che la grande cozza d'acqua dolce Elliptio complanata esposta alle nanoparticelle CdTe può bioaccumulare queste molecole. In questo esperimento, il 14% del Cd inizialmente introdotto sotto forma di CdTe è stato trovato nella fase disciolta, il che dimostra che CdTe è meno stabile in acqua di quanto si pensasse in precedenza. CdTe ha dimostrato di essere bioaccumulabile da questa muffa come Cd in forma ionica. È stato riscontrato principalmente nelle branchie e nella ghiandola digestiva e nei livelli di metallotioneina (MT, la proteina che cattura i metalli nei fenomeni naturali di disintossicazione in molte specie). In questa specie, la tossicità del CdTe è stata confrontata con quella del Cd nella forma CdSO 4 .

Gestione del rischio

Uno dei settori che utilizzano più CdTe è la produzione di pannelli solari. La gestione e lo smaltimento sicuro a lungo termine del tellururo di cadmio è un problema noto nella commercializzazione su larga scala del tellururo di cadmio e in questo settore in particolare. Secondo i produttori e gli utenti pesanti, sono stati compiuti seri sforzi per comprendere e superare questi problemi. Già nel 2003, un documento pubblicato dal National Institutes of Health degli Stati Uniti includeva CdTe nel National Toxicology Program (NTP) degli Stati Uniti, in collaborazione con First Solar Inc., una delle società produttrici di pannelli. Uno dei maggiori utenti di CdTe, con il supporto del Ministero dell'Energia e del Laboratorio Nazionale per le Energie Rinnovabili (NREL). I ricercatori del Brookhaven National Laboratory (BNL) hanno concluso che l'uso su larga scala di pannelli solari che li contengono non presenta alcun rischio per la salute e l'ambiente e che il riciclaggio dei moduli alla fine della loro vita utile ridurrebbe completamente le preoccupazioni ambientali. Durante il loro funzionamento, questi moduli non producono sostanze inquinanti e inoltre, sostituendo i combustibili fossili o altre fonti meno pulite e sicure, offrono notevoli vantaggi ambientali. Le celle fotovoltaiche di questo tipo sembrano addirittura essere le più rispettose dell'ambiente tra tutti gli usi attuali e conosciuti del cadmio.

L' Unione Europea e la Cina sono ancora più attente al cadmio. L'Europa considera il cadmio e tutti i suoi composti cancerogeni tossici e le normative vigenti in Cina consentono solo la produzione di Cd per l'esportazione.

Disponibilità

Il cadmio è ampiamente disponibile ed economico (è in particolare uno spreco della raffinazione del minerale di zinco ). Attualmente, il prezzo delle materie prime di cadmio e tellurio è una parte trascurabile del costo delle celle solari di tipo CdTe e di altri prodotti contenenti CdTe. Tuttavia, il tellurio è un elemento estremamente raro (da 1 a 5 parti per miliardo di crosta terrestre (vedi articolo Abbondanze degli elementi . Possiamo quindi presumere che il suo prezzo aumenterà con la crescita della sua domanda, il che spiega in parte l'interesse industriale per il riciclaggio di CdTe .

Note e riferimenti

  1. massa molecolare calcolata dal "  peso atomico degli elementi 2007  " su www.chem.qmul.ac.uk .
  2. Tellururo di cadmio SIGMA-ALDRICH
  3. produttori di moduli fotovoltaici a film sottile riducono i costi di produzione e diventano più competitivi , Claire Vaille, newsletter elettroniche.
  4. NnoNews Information del 2005-12-12 (pubblicato dal "National Cancer Institute", USA) su uno studio "Unmodified Cadmium Telluride Quantum Dots Prove Toxic" (le nanoparticelle non modificate di CdTe sono tossiche per le cellule)
  5. Rifornimento di sangue del tumore dell'immagine mirata di punti quantici  ; Nanotech News 2006/05/01; Stanford University Center of Cancer Nanotechnology Excellence (CCNE)
  6. Fthenakis, VM, Kim, HC, Alsema, E., Emissions from Photovoltaic Life Cycles, Environmental Science & Technology, 2008; 42: 2168-2174.
  7. Nota intitolata cadmio tellurio Photovoltaic Technology , First Solar, dic 2009
  8. (in) F. Goumrhar L. Bahmad O. Mounkachi e A. Benyoussef , "  Proprietà magnetiche del CdTe drogato con vanadio: calcoli Ab initio  " , Journal of Magnetism and Magnetic Materials , vol.  428,aprile 2017, p.  368-371 ( DOI  10.1016 / j.jmmm.2016.12.041 , letto online , accesso 31 marzo 2021 )
  9. (in) F. Goumrhar L. Bahmad O. Mounkachi e A. Benyoussef , "  Proprietà magnetiche calcolate di CdTe co-drogato (V, P): calcoli dei primi principi  " , Computational Condensed Matter , vol.  13,dicembre 2017, p.  87-90 ( DOI  10.1016 / j.cocom.2017.09.009 , letto online , accesso 31 marzo 2021 )
  10. (in) F. Goumrhar O. Mounkachi L. Bahmad e E. Salmani , "  Magnetism in d0 impurities droged CdTe: Ab initio calculations  " , Applied Physics A , vol.  126, n o  1,gennaio 2020, p.  9 ( ISSN  0947-8396 e 1432-0630 , DOI  10.1007 / s00339-019-3191-7 , letto online , accesso 31 marzo 2021 )
  11. Palmer, DW (marzo 2008). Proprietà dei semiconduttori composti II-VI . Informazioni sui semiconduttori
  12. Bube, RH (1955). "Dipendenza dalla temperatura dell'ampiezza del band gap in diversi fotoconduttori". Physical Review 98: 431–3.
  13. Joseph Zayed e Suzanne Philippe; Tossicità acuta per via orale e per inalazione nei ratti con tellururo di cadmio  ; Giornale internazionale di tossicologia. 2009/08
  14. Am. Conf. Di Gov. Ind. Igienisti ACGIH 2000 Edition, incluso in un foglio informativo scritto da EIGA (European Association of Industrial Gases)] sul tellururo di idrogeno
  15. Chem Biol. 2005 novembre; 12 (11): 1227-34. Lovrić J, Cho SJ, Winnik FM, Maysinger D .; I punti quantici di tellururo di cadmio non modificati inducono la formazione di specie reattive dell'ossigeno che portano a danni multipli agli organelli e alla morte cellulare  ; PMID 16298302
  16. Gagné et al. Nanotossicità acquatica. Prospettive di ricerca . Ambiente Canada
  17. Cho SJ, Maysinger D, Jain M, Röder B, Hackbarth S, Winnik FM. L'esposizione a lungo termine ai punti quantici CdTe causa alterazioni funzionali nelle cellule vive  ; Langmuir; 13 febbraio 2007; 23 (4): 1974-80. Epub 2007, 12 gennaio; PMID 17279683
  18. Su Y, Hu M, Fan C, He Y, Li Q, Li W, Wang LH, Shen P, Huang Q; La citotossicità dei punti quantici CdTe e i relativi contributi degli ioni cadmio rilasciati e delle proprietà delle nanoparticelle  ; Biomateriali. Giugno 2010; 31 (18): 4829-34. Online marzo 2010; PMID 20346495
  19. Peyrot C, C Gagnon, Gagné F, Willkinson KJ, Turcotte P, Sauvé S; Effetti dei punti quantici di tellururo di cadmio sul bioaccumulo di cadmio e sulla produzione di metallotioneina nella cozza d'acqua dolce, Elliptio complanata
  20. Nomina del cadmio tellururo al programma nazionale di tossicologia ; Dipartimento della salute e dei servizi umani degli Stati Uniti. 2003-04-11. 2003, 13  p. Accesso 25/08/2010
  21. Fthenakis, VM (2004). Analisi dell'impatto del ciclo di vita del cadmio nella produzione fotovoltaica CdTe . Recensioni sull'energia rinnovabile e sostenibile 8: 303–334. DOI : 10.1016 / j.rser.2003.12.001
  22. Sinha, Parikhit; Kriegner, Christopher J .; Schew, William A .; Kaczmar, Swiatoslav W .; Traister, Matthew; Wilson, David J. (2008). "  Politica normativa che disciplina il fotovoltaico al tellururo di cadmio: un caso di studio che contrappone la gestione del ciclo di vita al principio di precauzione  " ( Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Cosa fare? ) . Politica energetica 36: 381; DOI : 10.1016 / j.enpol.2007.09.017
  23. Il cadmio tellururo getta l'ombra della morte su First Solar

Vedi anche

Articoli Correlati

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