Curso: Fisica Electronica

1. SOLIDOS
CRISTALINOS
SILICIO, GERMANIO, GALIO
ANDRÉS JOHAN PERALTA QUEDENA
INGENIERÍA DE SISTEMAS
IV CICLO

2. SOLIDOS CRISTALINOS
 Los sólidos cristalino están compuestos por átomos cuya estructura está
ordenados de manera regular formando redes cristalina, cuya
configuración regular puede alcanzar distancias muy grandes.
 Una base para clasificar los sólidos cristalinos es la naturaleza de las
fuerzas que mantienen unidos los átomos en el ordenamiento de la red
cristalina. La energía de cohesión de los átomos en un cristal, depende
de las fuerzas de enlace dominantes entre esos átomos.
 Los sólidos cristalinos pueden ser de carácter iónicos, covalentes,
moleculares o metálicos.
 Existe una variedad de sólidos cristalinos tales como la sal de mesa
(Cloruro de sodio NaCl) y el azucar (sacarosa C12H22O11). A su vez
existen otros elementos con estructura cristalinas como el Silicio, el
Germanio y el Galio.

3. EL SILICIO
 Es un elemento químico metaloide, número
atómico 14 y situado en el grupo 14 de la
tabla periódica de los elementos de símbolo
Si. Es el segundo elemento más abundante
en la corteza terrestre (27,7 % en peso)
después del oxígeno. Se presenta en forma
amorfa y cristalizada; el primero es un polvo
parduzco, más activo que la variante
cristalina, que se presenta en octaedros de
color azul grisáceo y brillo metálico.

4. Nombre Silicio
Número atómico 14
Valencia 4
Estado de oxidación 4
Electronegatividad 1,8
Radio covalente (Å) 1,11
Radio iónico (Å) 0,41
Radio atómico (Å) 1,32
Configuración electrónica [Ne]3s23p2
Primer potencial de ionización (eV) 8,15
Masa atómica (g/mol) 28,086
Densidad (g/ml) 2,33
Punto de ebullición (ºC) 2680
Punto de fusión (ºC) 1410
Descubridor Jons Berzelius en 1823

5.  El silicio elemental crudo y sus compuestos intermetálicos se emplean como
integrantes de aleaciones para dar mayor resistencia al aluminio, magnesio,
cobre y otros metales. el silicio metalúrgico con pureza del 98-99% se utiliza
como materia prima en la manufactura de compuestos organosilícicos y resinas
de silicona, elastómeros y aceites. Los chips de silicio se emplean en circuitos
integrados. Las células fotovoltaicas para la conversión directa de energía solar
en eléctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado
electrónico.
 El dióxido de silicio se emplea como materia prima para producir silicio
elemental y carburo de silicio. Los cristales grandes de silicio se utilizan para
cristales piezoeléctricos. Las arenas de cuarzo fundido se transforman en vidrios
de silicio que se usan en los laboratorios y plantas químicas, así como en
aislantes eléctricos. Se emplea una dispersión coloidal de silicio en agua como
agente de recubrimiento y como ingrediente de ciertos esmaltes.

6.  El silicio natural contiene 92.2% del isótopo de masa número 28, 4.7% de silicio-29
y 3.1% de silicio-30. Además de estos isótopos naturales estables, se conocen
varios isótopos radiactivos artificiales. El silicio elemental tiene las propiedades
físicas de los metaloides, parecidas a las del germanio, situado debajo de él en
el grupo IV de la tabla periódica. En su forma más pura, el silicio es un
semiconductor intrínseco, aunque la intensidad de su semiconducción se ve
enormemente incrementada al introducir pequeñas cantidades de impurezas.
El silicio se parece a los metales en su comportamiento químico. Es casi tan
electropositivo como el estaño y mucho más positivo que el germanio o el
plomo. De acuerdo con este carácter más bien metálico, forma iones
tetrapositivos y diversos compuestos covalentes; aparece como un ion negativo
sólo en unos pocos siliciuros y como un constituyente positivo de oxiácidos o
aniones complejos.

8.  Por su abundancia, el silicio excede en mucho a cualquier otro elemento, con
excepción del oxígeno. Constituye el 27.72% de la corteza sólida de la Tierra,
mientras que el oxígeno constituye el 46.6%, y el siguiente elemento después del
silicio, el aluminio se encuentra en un 8.13%.
 Se sabe que el silicio forma compuestos con 64 de los 96 elementos estables y
probablemente forme siliciuros con otros 18 elementos. Además de los siliciuros
metálicos, que se utilizan en grandes cantidades en metalurgia, forma
compuestos importantes y de empleo frecuente con hidrógeno, carbono, los
halógenos, nitrógeno, oxígeno y azufre. Además, se han preparado derivados
organosilícicos de gran utilidad

9. GERMANIO
 Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco
grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a
temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura
cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.
 Forma gran número de compuestos organometálicos y
es un importante material semiconductor utilizado en
transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría
de semiconductores, el germanio tiene una pequeña
banda prohibida (band gap) por lo que responde de
forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en
amplificadores de baja intensidad.

10.  Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se
investiga su sustitución por materiales más económicos.
 Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se
investiga su sustitución por materiales más económicos.
 Fibra óptica.
 Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálgicos del
sonido de la primera época del rock and roll; aleaciones SiGe en circuitos integrados de alta
velocidad. También se utilizan compuestos sandwich Si/Ge para aumentar la movilidad de los
electrones en el silicio (streched silicon).
 Óptica de infrarrojos: Espectroscopios, sistemas de visión nocturna y otros equipos.
 Lentes, con alto índice de refracción, de ángulo ancho y para microscopios.
 En joyería se usa la aleación Au con 12% de germanio.
 Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.
 Quimioterapia.
 El tetracloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de
polímeros (PET).

11. Nombre Germanio
Número atómico 32
Valencia 4
Estado de oxidación 4
Electronegatividad 1,8
Radio covalente (Å) 1,22
Radio iónico (Å) 0,53
Radio atómico (Å) 1,37
Configuración electrónica [Ar]3d104s24p2
Primer potencial de
ionización (eV) 8,16
Masa atómica (g/mol) 72,59
Densidad (g/ml) 5,32
Punto de ebullición (ºC) 2830
Punto de fusión (ºC) 937,4
Descubridor Clemens Winkler 1886

12.  Las propiedades del germanio son tales que este elemento tiene varias
aplicaciones importantes, especialmente en la industria de los semiconductores.
El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de germanio. Los
cristales especiales de germanio se usan como sustrato para el crecimiento en
fase vapor de películas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisores de
luz. Se emplean lentes y filtros de germanio en aparatos que operan en la región
infrarroja del espectro. Mercurio y cobre impregnados de germanio son
utilizados en detectores infrarrojos; los granates sintéticos con propiedades
magnéticas pueden tener aplicaciones en los dispositivos de microondas para
alto poder y memoria de burbuja magnética; los aditivos de germanio
incrementa los amper-horas disponibles en acumuladores.

13. Efectos del hidruro de Germanio y el
tetrahidruro de germanio sobre la salud
 El hidruro de germanio y el tetrahidruro de germanio son extremadamente
inflammables e incluso explosives cuando son mezclados con el aire. Inhalación:
Calambres abdominales. Sensación de quemadura. Tos. Piel: Enrojecimiento.
Dolor. Ojos: Enrojecimiento. Dolor.
 Peligros físicos: El gas es más pesado que el aire y puede viajar por el suelo; es
posible la ignición a distancia.
 Vías de exposición: La sustancia puede ser absorbida por el cuerpo por
inhalación.
 Riesgo de inhalación: En caso de pérdidas en el contenedor se alcanzará
rápidamente una concentración peligrosa del gas en el aire.
 Efectos de la exposición a corto plazo: La sustancia irrita los ojos, la piel y el
tracto respiratorio. La sustancia puede tener efectos en la sangre, resultando en
lesiones de las células sanguíneas. La exposición puede resultar en la muerte.

14. GALIO
 Es un metal blando, grisáceo en estado líquido y
plateado brillante al solidificar, sólido deleznable
a bajas temperaturas que funde a temperaturas
cercanas a la del ambiente (como cesio,
mercurio y rubidio) e incluso cuando se sostiene
en la mano por su bajo punto de fusión (28,56
°C). El rango de temperatura en el que
permanece líquido es uno de los más altos de los
metales (2174 °C separan sus puntos de fusión y
ebullición) y la presión de vapor es baja incluso a
altas temperaturas. El metal se expande un 3,1%
al solidificar y flota en el líquido al igual que el
hielo en el agua.

15.  Presenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo del punto de fusión
(permaneciendo aún en estado líquido) por lo que es necesaria una semilla (un
pequeño sólido añadido al líquido) para solidificarlo. La cristalización no se
produce en ninguna de las estructuras simples; la fase estable en condiciones
normales es ortorrómbica, con 8 átomos en cada celda unitaria en la que cada
átomo sólo tiene otro en su vecindad más próxima a una distancia de 2,44 Å y
estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura el enlace químico formado
entre los átomos más cercanos es covalente siendo la molécula Ga2 la que
realmente forma el entramado cristalino.
 A otra presión y temperatura se han encontrado numerosas fases estables y
metaestables distintas.
 El galio corroe otros metales al difundirse en sus redes cristalinas.

17. Nombre Galio
Número atómico 31
Valencia 3
Estado de oxidación 3
Electronegatividad 1,6
Radio covalente (Å) 1,26
Radio iónico (Å) 0,62
Radio atómico (Å) 1,41
Configuración electrónica [Ar]3d104s24p1
Primer potencial de ionización
(eV) 6,02
Masa atómica (g/mol) 69,72
Densidad (g/ml) 5,91
Punto de ebullición (ºC) 2237
Punto de fusión (ºC) 29,8

18. PAGINAS WEBS VISITADAS
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/si.htm
http://eltamiz.com/2008/02/02/conoce-tus-elementos-el-silicio/
http://es.wikipedia.org/wiki/Germanio
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ge.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Galio
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ga.htm