गैलियम आर्सेनाइड: संरचना, गुण, उपयोग, जोखिम - रसायन विज्ञान - 2025

गैलियम आर्सेनाइड एक अकार्बनिक गैलियम परमाणु तत्व (GA) और आर्सेनिक परमाणु (के रूप में) से मिलकर यौगिक। इसका रासायनिक सूत्र GaAs है। यह एक गहरे भूरे रंग का ठोस होता है जिसमें नीले-हरे धात्विक शीन हो सकते हैं।

इस परिसर के नैनोस्ट्रक्चर को कई क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनिक्स के विभिन्न उपयोगों की संभावना के साथ प्राप्त किया गया है। यह रासायनिक आवधिक तालिका में इसके तत्वों के स्थान के कारण यौगिक III-V नामक सामग्रियों के समूह से संबंधित है।

गैनोस्ट्रोस्ट्रक्चर। Яна Сычикова, Сергей Ковач /в / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

यह एक अर्धचालक सामग्री है, जिसका अर्थ है कि यह केवल कुछ शर्तों के तहत बिजली का संचालन कर सकती है। यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, जैसे ट्रांजिस्टर, जीपीएस, एलईडी लाइट्स, लेजर, टैबलेट और स्मार्ट फोन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इसमें ऐसी विशेषताएं हैं जो इसे आसानी से प्रकाश को अवशोषित करने और इसे विद्युत ऊर्जा में बदलने की अनुमति देती हैं। इस कारण इसका उपयोग उपग्रहों और अंतरिक्ष वाहनों के सौर सेल में किया जाता है।

यह विकिरण उत्पन्न करने की अनुमति देता है जो विभिन्न सामग्रियों और जीवित जीवों में प्रवेश करता है, बिना नुकसान पहुंचाए। एक प्रकार के GaAs लेज़र का उपयोग जो साँप के जहर से क्षतिग्रस्त मांसपेशियों को पुन: उत्पन्न करता है, का अध्ययन किया गया है।

हालांकि, यह एक जहरीला यौगिक है और मनुष्यों और जानवरों में कैंसर का कारण बन सकता है। लैंडफिल में निपटाए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण खतरनाक आर्सेनिक को छोड़ सकते हैं और लोगों, जानवरों और पर्यावरण के स्वास्थ्य के लिए हानिकारक हो सकते हैं।

संरचना

गैलियम आर्सेनाइड में आवर्त सारणी के समूह III के एक तत्व और समूह V के एक तत्व के बीच 1: 1 अनुपात है, यही कारण है कि इसे यौगिक III-V कहा जाता है।

इसे आर्सेनिक (अस) और गैलियम (गा) से बना एक इंटरमिटैलिक सॉलिड माना जाता है, जिसमें गाओ ⁽⁰⁾ अस ^{(0) से} लेकर गा ⁽⁺³⁾ अस ^(-3) तक के ऑक्सीकरण स्टेट्स होते हैं ।

गैलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल। डब्ल्यू। ओलेन / सीसी बाय-एसए (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

शब्दावली

• गैलियम आर्सेनाइड
• गैलियम मोनोआर्साइड

गुण

भौतिक अवस्था

गहरे हरे रंग की धात्विक चमक या ग्रे पाउडर के साथ गहरे ग्रे क्रिस्टलीय ठोस। इसके क्रिस्टल घन हैं।

क्रिस्टल पकड़ता है। वाम: पॉलिश पक्ष। राइट: रफ साइड। अंग्रेजी विकिपीडिया / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) पर भौतिकवादी। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

आणविक वजन

144.64 ग्राम / मोल

गलनांक

1238 º सी

घनत्व

5.3176 जी / सेमी ³ 25 डिग्री सेल्सियस पर।

घुलनशीलता

पानी में: 20 डिग्री सेल्सियस पर 1 मिलीग्राम / एमएल से कम।

रासायनिक गुण

इसमें एक हाइड्रेट होता है जो एसिड लवण का निर्माण कर सकता है। यह शुष्क हवा में स्थिर है। नम हवा में यह अंधेरा कर देता है।

यह भाप, एसिड और एसिड गैसों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, जो कि आर्सेन, आर्सेन या आर्सेनिक हाइड्राइड (AsH ₃) नामक जहरीली गैस का उत्सर्जन करता है । हाइड्रोजन गैस उत्सर्जित करने वाले ठिकानों के साथ प्रतिक्रिया करता है।

यह केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड और हैलोजेन द्वारा हमला किया जाता है। जब पिघला हुआ यह क्वार्ट्ज पर हमला करता है। यदि यह गीला हो जाता है, तो यह एक लहसुन की गंध को छोड़ देता है और अगर इसे सड़ने के लिए गर्म किया जाता है तो यह अत्यधिक जहरीली आर्सेनिक गैसों का उत्सर्जन करता है।

अन्य भौतिक गुण

यह एक अर्धचालक सामग्री है, जिसका अर्थ है कि यह बिजली के कंडक्टर के रूप में या एक इन्सुलेटर के रूप में व्यवहार कर सकता है, यह उन स्थितियों के आधार पर है, जैसे कि विद्युत क्षेत्र, दबाव, तापमान या विकिरण जो इसे प्राप्त करता है।

इलेक्ट्रॉनिक बैंड के बीच गैप

इसकी ऊर्जा अंतराल चौड़ाई 1,424 eV (इलेक्ट्रॉन वोल्ट) है। ऊर्जा अंतर की चौड़ाई, निषिद्ध बैंड या बैंडगैप एक परमाणु के इलेक्ट्रॉन गोले के बीच का स्थान है।

व्यापक ऊर्जा अंतराल, इलेक्ट्रॉनों द्वारा अगले शेल में "कूद" करने के लिए आवश्यक अधिक ऊर्जा और अर्धचालक को एक कंडक्टिंग स्थिति में बदलने का कारण बनता है।

GaAs में सिलिकॉन की तुलना में व्यापक ऊर्जा अंतर है और यह विकिरण के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी बनाता है। यह एक प्रत्यक्ष अंतराल चौड़ाई भी है, इसलिए यह सिलिकॉन की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से प्रकाश का उत्सर्जन कर सकता है, जिसकी अंतराल चौड़ाई अप्रत्यक्ष है।

प्राप्त

इसे 600 ° C पर हाइड्रोजन (H ₂) और आर्सेनिक से अधिक गैलियम (III) ऑक्साइड (Ga ₂ O ₃) के गैसीय मिश्रण को पास करके प्राप्त किया जा सकता है ।

इसे 800 ° C पर गैलियम (III) क्लोराइड (GaCl ₃) और आर्सेनिक ऑक्साइड (As ₂ O ₃) के बीच प्रतिक्रिया द्वारा भी तैयार किया जा सकता है ।

सौर कोशिकाओं में उपयोग करें

1970 के दशक से गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग सौर कोशिकाओं में किया गया है, क्योंकि इसमें बकाया फोटोवोल्टिक विशेषताएं हैं जो इसे अन्य सामग्रियों पर लाभ देती हैं।

यह सौर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने में सिलिकॉन की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करता है, उच्च ताप या कम प्रकाश की स्थिति में अधिक ऊर्जा प्रदान करता है, दो सामान्य स्थितियां जो सौर कोशिकाओं को सहन करती हैं, जहां प्रकाश स्तर और तापमान में परिवर्तन होते हैं।

इनमें से कुछ सौर सेल सौर ऊर्जा चालित कारों, अंतरिक्ष वाहनों और उपग्रहों में उपयोग किए जाते हैं।

एक छोटे उपग्रह पर सौर सेल गाए। संयुक्त राज्य नौसेना अकादमी / सार्वजनिक डोमेन। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

इस आवेदन के लिए GaAs के लाभ

यह नमी और पराबैंगनी विकिरण के लिए प्रतिरोधी है, जो इसे पर्यावरणीय परिस्थितियों के खिलाफ अधिक टिकाऊ बनाता है और इसे एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में उपयोग करने की अनुमति देता है।

इसमें कम तापमान गुणांक है, इसलिए यह उच्च तापमान पर दक्षता नहीं खोता है और विकिरण की उच्च संचित खुराक का विरोध करता है। सिर्फ 200 डिग्री सेल्सियस पर तड़के से विकिरण क्षति को हटाया जा सकता है।

इसमें प्रकाश के फोटोन का उच्च अवशोषण गुणांक होता है, इसलिए कम प्रकाश में इसका उच्च प्रदर्शन होता है, अर्थात यह सूर्य से खराब रोशनी होने पर बहुत कम ऊर्जा खोता है।

कम रोशनी में भी GaAs सौर सेल कुशल होते हैं। लेखक: आर्य समाज स्रोत: पिक्साबे

यह किसी भी अन्य तकनीक की तुलना में प्रति यूनिट क्षेत्र में अधिक ऊर्जा का उत्पादन करता है। यह महत्वपूर्ण है जब आपके पास एक छोटा क्षेत्र हो जैसे कि विमान, वाहन या छोटे उपग्रह।

यह एक लचीली और कम वजन की सामग्री है, जो बहुत पतली परतों में लागू होने पर भी कुशल होती है, जो सौर सेल को बहुत हल्का, लचीला और कुशल बनाती है।

अंतरिक्ष वाहनों के लिए सौर सेल

अंतरिक्ष कार्यक्रमों ने 25 से अधिक वर्षों के लिए GaAs सौर कोशिकाओं का उपयोग किया है।

जर्मेनियम, इंडियम और फास्फोरस के अन्य यौगिकों के साथ GaAs के संयोजन ने बहुत उच्च दक्षता वाले सौर कोशिकाओं को प्राप्त करना संभव बना दिया है जो कि मंगल ग्रह की सतह का पता लगाने वाले वाहनों में उपयोग किए जा रहे हैं।

क्यूरियोसिटी के कलाकार संस्करण मंगल पर घूमते हैं। इस उपकरण में GaAs के सौर सेल हैं। नासा / JPL-Caltech / सार्वजनिक डोमेन। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

GaAs का नुकसान

यह सिलिकॉन की तुलना में बहुत महंगी सामग्री है, जो स्थलीय सौर कोशिकाओं में इसके व्यावहारिक कार्यान्वयन का मुख्य अवरोध है।

हालांकि, बेहद पतली परतों में उनके उपयोग के तरीकों का अध्ययन किया जा रहा है, जिससे लागत कम हो जाएगी।

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग करें

GaAs विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में कई उपयोग हैं।

ट्रांजिस्टर में

ट्रांजिस्टर ऐसे तत्व हैं जो विद्युत संकेतों को बढ़ाने और अन्य उपयोगों के साथ ओपन या क्लोज सर्किट को परोसते हैं।

ट्रांजिस्टर में प्रयुक्त, GaAs में एक उच्च इलेक्ट्रॉनिक गतिशीलता और सिलिकॉन की तुलना में अधिक प्रतिरोधकता होती है, इसलिए यह उच्च ऊर्जा और उच्च आवृत्ति की स्थितियों को सहन करता है, जिससे कम शोर उत्पन्न होता है।

गैस ट्रांजिस्टर का उपयोग शक्ति को बढ़ाने के लिए किया जाता है। एपोप / सीसी ०। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

GPS पर

1980 के दशक में इस कंपाउंड के उपयोग ने ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम या जीपीएस (ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम) रिसीवरों के लघुकरण की अनुमति दी।

यह प्रणाली सेंटीमीटर की सटीकता के साथ पूरे ग्रह पर किसी वस्तु या व्यक्ति की स्थिति निर्धारित करना संभव बनाती है।

गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग जीपीएस सिस्टम में किया जाता है। लेखक: फाउंड्री कंपनी स्रोत: पिक्साबे।

ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों में

अपेक्षाकृत कम तापमान पर प्राप्त GaAs फिल्मों में उत्कृष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुण होते हैं, जैसे उच्च प्रतिरोधकता (कंडक्टर बनने के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है) और तेजी से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण।

इसका प्रत्यक्ष ऊर्जा अंतर इस प्रकार के उपकरण में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाता है। वे उपकरण हैं जो विद्युत ऊर्जा को उज्ज्वल ऊर्जा या इसके विपरीत में बदलते हैं, जैसे कि एलईडी लाइट, लेजर, डिटेक्टर, प्रकाश उत्सर्जक डायोड, आदि।

लेड फ्लैशलाइट। गैलियम आर्सेनाइड हो सकता है। लेखक: हेबी बी। स्रोत: पिकाबे

विशेष विकिरण में

इस यौगिक के गुणों ने इसके उपयोग को टेराहर्ट्ज़ की आवृत्तियों के साथ विकिरण उत्पन्न करने के लिए प्रेरित किया है, जो विकिरण हैं जो धातुओं और पानी को छोड़कर सभी प्रकार की सामग्रियों में प्रवेश कर सकते हैं।

टेराहर्ट्ज़ विकिरण, क्योंकि यह गैर-आयनीकरण है, चिकित्सा छवियों को प्राप्त करने में लागू किया जा सकता है, क्योंकि यह शरीर के ऊतकों को नुकसान नहीं पहुंचाता है या डीएनए में एक्स-रे जैसे परिवर्तन का कारण बनता है।

इन विकिरणों से लोगों और सामानों में छिपे हुए हथियारों का पता लगाना भी संभव हो जाएगा, रसायन विज्ञान और जैव रसायन में स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण विधियों का उपयोग किया जा सकता है, और बहुत पुरानी इमारतों में कला के छिपे हुए कार्यों को उजागर करने में मदद मिल सकती है।

संभावित चिकित्सा उपचार

चूहों में एक प्रकार के सांप के जहर से क्षतिग्रस्त मांसपेशियों के उत्थान को बढ़ाने के लिए एक प्रकार का गास लेजर दिखाया गया है। हालांकि, मनुष्यों में इसकी प्रभावशीलता को निर्धारित करने के लिए अध्ययन की आवश्यकता होती है।

विभिन्न टीमें

इसका उपयोग मैग्नेटोरेसिस्टेंस उपकरणों, थर्मिस्टर्स, कैपेसिटर, फोटोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर ऑप्टिक डेटा ट्रांसमिशन, माइक्रोवेव, सैटेलाइट संचार के लिए उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले एकीकृत सर्किट, रडार सिस्टम, स्मार्टफोन (4 जी तकनीक) और टैबलेट के रूप में सेमीकंडक्टर के रूप में किया जाता है।

स्मार्टफ़ोन में इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में GaAs हो सकते हैं। लेखक: आर्य समाज स्रोत: पिक्साबे

जोखिम

यह एक अत्यधिक विषैला यौगिक है। लंबे समय तक या बार-बार इस सामग्री के संपर्क में आने से शरीर को नुकसान होता है।

जोखिम के लक्षणों में हाइपोटेंशन, दिल की विफलता, दौरे, हाइपोथर्मिया, लकवा, श्वसन शोफ, सायनोसिस, यकृत सिरोसिस, गुर्दे की क्षति, हेमट्यूरिया और ल्यूकोपेनिया शामिल हो सकते हैं।

यह कैंसर का कारण बन सकता है और प्रजनन क्षमता को नुकसान पहुंचा सकता है। यह जानवरों के लिए भी विषैला और कैंसरकारी है।

खतरनाक अपशिष्ट

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में GaAs के बढ़ते उपयोग ने पर्यावरण में इस सामग्री के भाग्य और इसके सार्वजनिक और पर्यावरणीय स्वास्थ्य के लिए संभावित जोखिमों के बारे में चिंताएं बढ़ा दी हैं।

जब नगरपालिका के ठोस अपशिष्ट लैंडफिल में गैसे युक्त उपकरणों का निपटान किया जाता है, तो आर्सेनिक रिलीज (विषाक्त और जहरीले तत्व) का एक अव्यक्त जोखिम होता है।

अध्ययन बताते हैं कि GaAs जंग और आर्सेनिक रिलीज के लिए लैंडफिल में पीएच और रेडॉक्स स्थिति महत्वपूर्ण हैं। पीएच 7.6 और एक सामान्य ऑक्सीजन वातावरण में, इस विषाक्त मैटलॉयड का 15% तक जारी किया जा सकता है।

लैंडफिल में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का निपटान नहीं किया जाना चाहिए क्योंकि गैसे विषाक्त आर्सेनिक को मुक्त कर सकते हैं। लेखक: INESby स्रोत: पिक्साबे

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