Tellurid kademnatý | ||
__ Cd __ Te Vzhled a struktura teluridu kademnatého. |
||
Identifikace | ||
---|---|---|
Název IUPAC | Tellurid kademnatý | |
N O CAS | ||
Ne o ECHA | 100 013 773 | |
Ne o EC | 215-149-9 | |
Vzhled | prášek / šedočerný krychlový krystal | |
Chemické vlastnosti | ||
Hrubý vzorec |
Cd Te [izomery] |
|
Molární hmotnost | 240,01 ± 0,04 g / mol Cd 46,84%, Te 53,17%, |
|
Fyzikální vlastnosti | ||
T. fúze | 1041 ° C | |
T ° vroucí | 1130 ° C | |
Objemová hmotnost | 5,85 g · cm -3 , pevná látka | |
Elektronické vlastnosti | ||
Zakázané pásmo |
1,44 eV při 300 K (přímá mezera) |
|
Krystalografie | ||
Krystalový systém | krychlový | |
Křišťálová třída nebo vesmírná skupina | Ž 4 3 m | |
Typická struktura | sfalerit | |
Parametry sítě | a = 6,4805 Å | |
Opatření | ||
Směrnice 67/548 / EHS | ||
Xn NE Klasifikace : toxický a karcinogenní Symboly : Xn : Zdraví škodlivý N : Nebezpečný pro životní prostředí Rvěty : R20 / 21/22 : Zdraví škodlivý při vdechování, styku s kůží a při požití. R50 / 53 : Vysoce toxický pro vodní organismy, může vyvolat dlouhodobé nepříznivé účinky ve vodním prostředí. Světy : S60 : Tento materiál a jeho obal musí být zlikvidovány jako nebezpečný odpad. S61 : Zabraňte uvolnění do životního prostředí. Viz speciální pokyny / bezpečnostní list. R věty : 20/21/22, 50/53, S-věty : 60, 61, |
||
Inhalace | nevdechujte | |
Kůže | očistěte vodou | |
Oči | očistěte vodou | |
Požití | vyvolat zvracení | |
Související sloučeniny | ||
Jiné kationty | Tellurid zinečnatý | |
Jiné anionty | Selenid kademnatý | |
Jednotky SI a STP, pokud není uvedeno jinak. | ||
Telurid kadmia ( CdTe ) je kubickou krystalickou strukturu materiálu ( prostorová skupina F 4 3 m ), složený z kadmia a telluru .
Je to polovodič rodiny II-VI .
Tellurid kademnatý je komerčně dostupný jako prášek nebo jako krystaly.
CdTe se používá pro mnoho aplikací, včetně:
V posledních letech používá k výrobě fotovoltaického panelu rostoucí počet společností telurid kademnatý jako polovodičovou sloučeninu místo křemíku .
Je to opravdu velmi stabilní produkt. Zvyšuje účinnost panelů a snižuje jejich náklady díky lepší absorpční schopnosti světla (zachování dobrého výkonu při slabém osvětlení, zejména ráno a večer) a nízkému tepelnému koeficientu .
Absorpční vrstva teluridu kademnatého je tak umístěna na skleněnou podložku a poté zakryta další skleněnou deskou, která hermeticky utěsní panel.
Metody výroby a použití CdTe umožnily snížit uhlíkovou stopu výrobních technik pro fotovoltaické články a panely. V oblasti fotovoltaických panelů je to technika, která má nejnižší uhlíkovou stopu po celý životní cyklus . Tento produkt, jako derivát kadmia, je toxický.
V případě požáru a roztavení panelů je pravděpodobné, že toxické molekuly nekontaminují toxické molekuly díky skutečnosti, že film z kadmia teluridu je umístěn mezi dvěma vrstvami skla, díky velmi nízkému tlaku par a díky vysokým bodům varu a tavení prostředí a zůstávají uvězněni v matrici z roztaveného skla , ale telurid kademnatý vzhledem ke své vnitřní toxicitě nicméně vyžaduje - před a za řetězem -, aby byl vyráběn, používán a recyklován s opatrností.
Je využitelný a recyklovatelný, kanály pro využití a recyklaci se objevují ve 20. letech 20. století, například společnost First Solar, která v roce 2008 oznámila recyklaci 90% (hmotnostně) modulu vyrábějícího odpad, ale také vrátila moduly (v záruce nebo na na konci své životnosti), a to prostřednictvím kompletního a předem financovaného programu.
CdTe má několik průmyslově zajímavých vlastností:
Intrinsic CdTe je nemagnetický polovodič. Může se to však stát dopingem přechodnými kovy nebo vzácnými zeminami (prvky s vysokou korelací) a někdy dokonce s nemagnetickými prvky, jako je uhlík nebo dusík. V tomto směru bylo provedeno několik studií za použití různých technik, včetně metody ab-initio nebo metody Monte Carlo.
CdTe je při určitých vlnových délkách (v infračervené oblasti ) transparentní a fluoreskuje při vlnové délce 790 nm . Pokud je velikost krystalů CdTe snížena na několik nanometrů (nebo méně), jeho vlastnosti kvantových teček , posunou se fluorescenční píky ve viditelném do ultrafialového rozsahu.
CdTe vykazuje velmi nízkou rozpustnost ve vodě, ale jako nanočástice se zdá, že snadněji produkuje homogenní směs ve vodě než jiné testované nanočástice.
Může být napaden (nebo leptán) mnoha kyselinami , včetně kyseliny chlorovodíkové a bromovodíkové , za vzniku vodíku teluria (což je jedovatý plyn).
Může být vyroben v nanokrystalech, které mohou představovat zdravotní problémy pro životní prostředí .
Všechny sloučeniny kadmia jsou apriori považovány za toxické. Mohou být více či méně než samotné kadmium, v závislosti na vlastnostech molekuly a v závislosti na kontextu.
Údaje o toxicitě chybějícího CdTe, úřady a regulační orgány v různých zemích, kde existují, nejprve uváděly toxicitu kadmia (Cd) jako přibližnou, protože specifická toxicita teluru zůstávala po dlouhou dobu nízká. zvýšené používání tohoto produktu, zejména pro solární panely, vyvolalo zájem toxikologů (zejména proto, že je to jeden z mnoha produktů, které by také mohly být brzy vyrobeny ve formě nanočástic).
Nedávno studie porovnávala toxicitu CdTe s toxicitou kadmia (u potkanů podle standardizované metody doporučené OECD a Agenturou pro ochranu životního prostředí ) za účelem měření účinků produktu na zdraví. Letální CdTe koncentrace zjistili, bylo 2,71 mg · l -1 , s velmi malou variabilitou mezi pohlavími. Očekávaná průměrná smrtelná dávka byla vyšší než 2 000 mg · kg -1 . Tyto výsledky podle jejich autorů jasně ukazují, že CdTe je méně toxický než kadmium, alespoň pokud jde o akutní expozici.
Tellurid kademnatý je toxický, pokud je injektován nebo požit (zejména kvůli žaludečním kyselinám, které uvolňují kadmium, což ho pravděpodobně zvyšuje biologickou asimilací), a teluridu vodíku (který se nejeví jako toxický) nebo pokud je inhalován ve formě jemného prachu nebo čisté nanočástice (jsou tedy jasně cytotoxické ) nebo pokud se s nimi nezachází správně (tj. bez vhodných rukavic a dalších bezpečnostních opatření).
Mohly by vzniknout nové problémy, pokud by se telurium kadmium mělo uvolňovat do životního prostředí v neinertní formě mikroprášku nebo nanočástic. Ve skutečnosti v nanometrických měřítcích může být toxicita nebo ekotoxicita materiálu často velmi zhoršena. (Zdá se, že tomu tak je u mnoha kovů a dalších molekul, které nepředstavují problém v jejich „masivní“ formě, například zlato a stříbro). CdTe by pak mohl být potenciální znečišťující látkou ve vzduchu, ale také ve vodě, kde v laboratoři a ve formě nanoprášku (částice asi 5 nanometrů) smíchaného po dlouhou dobu ve vodě přijímá chování odlišné od ostatních. Kovy nebo slitiny testovány.
Jakmile je CdTe používaný ve výrobních nebo lékařských procesech řádně inertizovaný (v matrici nebo zapouzdřený nebo pokrytý molekulárním povlakem v případě nanočástic) a pokud tam zůstane, předpokládá se, že je neškodný. Není však známo, co se ve střednědobém a dlouhodobém horizontu stane v prostředí, pokud se tam ztratí. A pokud je před výrobním procesem používán ve formě mikrokrystalů, prášku nebo nanočástic, musí se s ním zacházet se všemi možnými opatřeními.
Nedávné studie potvrzují, že úměrně mnohem reaktivnější povrch čistého teluridu kademnatého, pokud je přítomen ve formě nanočástic, zvyšuje jeho toxicitu (častý jev pro většinu nanočástic).
Jeho malá velikost mu dává podobné chování jako plyny. Poté může snadno proniknout do organismů a způsobit výrazné poškození (reaktivními druhy kyslíku) v buňkách; přidán ve formě čistých nanočástic CdTe do kultur lidských buněk rakoviny prsu, způsobuje rozsáhlé poškození buněčných membrán, mitochondrií a buněčných jader. A buněčný metabolismus se snižoval úměrně k počtu nanočástic, které vstoupily do buněk, zatímco tento pokles nebyl korelován s počtem iontů Cd ++ přítomných v buňce.
Podstata pozorované škody nemohla být vysvětlena pouze vnitřní chemickou toxicitou kadmia, u které by se člověk mohl oprávněně obávat, že ve formě iontů Cd ++ případně uvolněných nanočásticemi CdTe bude mít škodlivé účinky na buňka. Ale in vitro by pouze ionty Cd ++ (stejně jako reaktivní formy kyslíku) mohly být vyvolány pouze poškození lysosomů (viditelné pod mikroskopem). Pozorování buněk a jejich metabolismu spíše naznačovalo silný oxidační stres, který by mohl být vyvolán vysoce reaktivním povrchem nanočástic CdTe. K testování této hypotézy byl do buněčných kultur přidán silný antioxidant; a tento antioxidant potom zabránil veškerému poškození buněk pozorovanému v první sadě experimentů. Kombinace těchto dvou jevů může v každém případě in vitro vést ke smrti buněk.
Velmi tenké vrstvy teluridu kademnatého by mohly za určitých podmínek rekrystalizovat na jinou toxickou sloučeninu kadmia (chlorid kademnatý).
Teprve se začíná zkoumat, ale v Kanadě se nedávno ukázalo, že velká sladkovodní slávka Elliptio complanata vystavená nanočásticím CdTe může tyto molekuly bioakumulovat . V tomto experimentu bylo 14% Cd původně zavedeného ve formě CdTe nalezeno v rozpuštěné fázi, což ukazuje, že CdTe je ve vodě méně stabilní, než se dříve myslelo. Ukázalo se, že CdTe je touto formou stejně bioakumulativní jako Cd v iontové formě. Byl nalezen hlavně ve žábrách a trávicí žláze a v hladinách metalothioneinu (MT, bílkovina, která zachycuje kovy v přírodních jevech detoxikace u mnoha druhů). V tomto druhu, toxicita CdTe se ve srovnání s CD v CdSO 4 formy .
Jedním ze sektorů využívajících nejvíce CdTe je výroba solárních panelů. Dlouhodobé bezpečné nakládání s teluridem kademnatým a jeho likvidace je známým problémem ve velkém rozsahu komercializace teluridu kademnatého a zejména v tomto odvětví. Podle výrobců a těžkých uživatelů bylo vyvinuto značné úsilí k pochopení a překonání těchto problémů. Již v roce 2003 zahrnoval dokument publikovaný americkými Národními instituty zdraví CdTe do Národního toxikologického programu Spojených států (NTP) ve spolupráci s First Solar Inc., jednou ze společností vyrábějících panely. Jedním z největších uživatelů CdTe, s podporou Ministerstva energetiky a Národní laboratoře pro obnovitelné zdroje energie (NREL). Vědci z Brookhaven National Laboratory (BNL) dospěli k závěru, že rozsáhlé používání solárních panelů, které je obsahují, nepředstavuje žádná rizika pro zdraví a životní prostředí a že recyklace modulů na konci jejich životnosti by zcela snížila obavy o životní prostředí. Během svého provozu tyto moduly neprodukují znečišťující látky a navíc nahrazením fosilních paliv nebo jinými méně čistými a bezpečnými zdroji nabízejí významné přínosy pro životní prostředí. Fotovoltaické články tohoto typu se dokonce zdají být nejekologičtějším ze všech současných a známých použití kadmia.
Evropská unie a Čína jsou ještě opatrnější kadmiem. Evropa považuje kadmium a všechny jeho sloučeniny za toxické karcinogeny a předpisy platné v Číně umožňují výrobu Cd pouze pro export.
Kadmium je široce dostupné a levné (jedná se zejména o odpad z rafinace zinkové rudy ). V současné době je cena surovin kadmia a teluru zanedbatelnou částí nákladů na solární články typu CdTe a další produkty obsahující CdTe. Tellur je však extrémně vzácný prvek (1 až 5 dílů na miliardu zemské kůry (viz článek Hojnosti prvků) . Můžeme tedy předpokládat, že se jeho cena bude zvyšovat s rostoucí poptávkou, což částečně vysvětluje průmyslový zájem o recyklaci CdTe .