Arseniuri: composti, usi

Gli arseniuri sono composti binari in cui è presente l’arsenico legato a un elemento meno elettronegativo e presentano analogie con i fosfuri. Infatti negli arseniuri l’arsenico è presente come As^3- e nei fosfuri il fosforo si trova come P^3-.

Tipicamente l’arsenico forma arseniuri con i metalli alcalini, alcalino-terrosi, con gli elementi del gruppo 12 e con gli elementi del gruppo 13

Esempi di arseniuri

Arseniuro di sodio

È un solido cristallino di colore viola scuro avente formula Na₃As preparato a 200-400 °C a partire dagli elementi:

3 Na + As → Na₃As

È utilizzato come semiconduttore

Arseniuro di calcio

L’arseniuro di calcio è un solido cristallino utilizzato come semiconduttore. Ha  formula Ca₃As₂ e può essere preparato a partire dagli elementi.

Poiché l’arsenico sublima a 614 °C e il calcio fonde a 839 °C, quest’ultimo è fuso a circa 875°C in un’atmosfera inerte e i vapori di arsenico sono trasportati nella zona di reazione da un flusso di gas argon:

3 Ca + 2 As → Ca₃As₂

Arseniuri degli elementi del gruppo 12

Arseniuro di cadmio

L’arseniuro di cadmio ha formula  Cd₃As₂ Si decompone termicamente a una temperatura compresa tra 220 e 280°C secondo la reazione:

2 Cd₃As_2(s) → 6 Cd_(g) + As_4(g)

È un semiconduttore ed è utilizzato in rivelatori a infrarossi, sensori di pressione, magnetoresistori e fotorilevatori.

Arseniuro di zinco

È un solido cristallino di colore grigio che si prepara dagli elementi secondo la reazione:

3 Zn + 2 As → Zn₃As₂

È utilizzato come semiconduttore

Arseniuro di mercurio

È un solido amorfo di colore nero presente nel minerale atheneite spesso associato a depositi di oro e palladio

Arseniuro di boro

Ha formula BAs ed è l’unico semiconduttore con conduttività termica elevata. Per le sue proprietà trova applicazioni  nelle celle solari, nei dispositivi che producono energia elettrica accoppiando un emettitore beta radioattivo a una giunzione a semiconduttore e nell’elettronica spaziale.

Ha un band gap di 1.82 eV, un indice di rifrazione ottico di 3.29 a temperatura ambiente e alla lunghezza d’onda di 657 nm e un modulo elastico di 326 GPa che è il doppio di quello del silicio. Ha una temperatura di fusione di 2076 °C.

L’arseniuro di boro, che è un semiconduttore termicamente stabile e chimicamente inerte, ha una conduttività termica elevata e oltre tre volte superiore rispetto a quella degli standard industriali ad alta conduttività come rame e carburo si silicio e due volte superiore a quella del nitruro di boro cubico.

Altri arseniuri degli elementi del Gruppo 13

Gli arseniuri di alluminio, gallio, indio e tallio hanno formula e sono caratterizzati da una elevata mobilità di portatori di carica e da una banda di energia proibita diretta. Ciò implica che possono essere utilizzati per emettere luce in modo efficiente.

Sono  semiconduttori comunemente usati per produrre dispositivi come diodi emettitori di infrarossi, diodi laser, circuiti integrati a frequenze di microonde e celle fotovoltaiche.

L’arseniuro di alluminio AlAs è utilizzato in varie applicazioni high-tech, che spaziano dall’elettronica ad alta velocità, all’optoelettronica e ai circuiti integrati, fino all’energia solare e alla tecnologia quantistica.

Il band gap più ampio dell’AlAs rispetto al GaAs ne aumenta l’idoneità per operazioni ad alta temperatura, applicazioni ad alta potenza e dispositivi ad alta frequenza

L’arseniuro di gallio è un materiale interessante con applicazioni nei telefoni cellulari , diodi laser , radar ad alta frequenza, generatori a microonde e celle solari. I dispositivi fotovoltaici a giunzione singola basati su GaAs hanno recentemente raggiunto un’efficienza di conversione record del 28,8%I wafer di arseniuro di gallio (GaAs) sono componenti essenziali nella produzione di vari dispositivi elettronici.

Questi wafer sono costituiti da monocristalli di arseniuro di gallio, che possiedono proprietà elettriche e ottiche uniche sebbene abbiano lo svantaggio di avere un costo elevato. Hanno un’elevata mobilità degli elettroni, che supera quella del silicio, rendendoli adatti per applicazioni ad alta velocità come dispositivi a microonde, transistor ad alta velocità e circuiti integrati

In tali wafer ogni atomo di gallio è circondato da atomi di arsenico in cui sono condivisi 5 elettroni di valenza degli atomi di arsenico e 3 elettroni di valenza degli atomi di gallio . Quindi, ciascuno degli atomi di gallio e arsenico ottiene 8 elettroni di valenza nel guscio esterno.

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