Estudio de la composición de equilibrio del sistema Ga-As-Cl2. Comparación con resultados experimentales

F. M. TÚNEZ; M. DEL C. RUIZ; J. A. GONZÁLEZ

Tandil

Congreso; XV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2007

La composición de equilibrio del sistema Ga-As-Cl2 fue estudiada usando el software HSC Chemistry for Windows versión 5.1. Este software tiene en su base de datos 28 compuestos con estos elementos. El cálculo de composición de equilibrio se basa en la minimización de energía del sistema y los resultados muestran lo siguiente: A) El efecto de la temperatura sobre la cloración de GaAs, con la cantidad suficiente de gas cloro y a presión atmosférica, indica que la formación de GaCl3 y AsCl3 (sólido, líquido o gas según la temperatura) es termodinámicamente factible entre 0 y 1000 °C. Para el caso particular del galio, las especies predominantes son (GaCl3)2(g) entre 200 y 500 °C, y GaCl3(g) a mayor temperatura. La cloración de GaAs con gas cloro se verificó experimentalmente entre 0 y 1000 °C mediante termogravimetría, aunque no pudo diferenciarse (GaCl3)2(g) del GaCl3(g). B) El efecto de la cantidad de gas cloro (estequiometría) en la cloración de GaAs mostró que, hasta 800 °C se produce primero la cloración de galio dando como productos GaCl3/(GaCl3)2 y arsénico elemental. Luego, cuando la cantidad de gas cloro es suficiente, comienza la cloración del arsénico para dar AsCl3. A partir de 800 °C, los cálculos predicen la formación de GaCl(g) y GaCl2(g) como productos previos a la formación de GaCl3(g). Los resultados experimentales, a distintas temperaturas, mostraron que al detener la reacción antes de la conversión total no se produce arsénico elemental, sino GaCl3, AsCl3 y GaAs sin reaccionar. Por lo tanto la reacción: AsCl3(l,g) + GaAs(s) = 2As(s) + GaCl3(s,l,g) que es termodinámicamente factible, no pudo confirmarse entre 0 y 1000 °C. C) El efecto de la dilución del gas cloro con un gas inerte mostró poco cambio en el equilibrio, solo una leve tendencia a predominar GaCl3(g) respecto de (GaCl3)2(g). Los resultados experimentales de la cloración de GaAs con gas cloro puro y diluido con N2 a distintas temperaturas, no mostraron diferencias en los productos. D) El cálculo del efecto de la presión total del sistema mostró como dato destacable, el predominio de las especies GaCl(g) y GaCl2(g) a bajas presiones. Si bien, nuestro sistema experimental no permite realizar este estudio, los cálculos concuerdan con los resultados de otros autores que detectaron, que a baja presión, desorbe GaCl y GaCl2 de la superficie de GaAs previamente clorada. Los resultados teóricos y experimentales muestran que la cloración es una metodología aprovechable en la recuperación de galio a partir de desechos electrónicos tales como GaAs, GaP, GaInAs, etc.