El documento describe las propiedades y aplicaciones del silicio, germanio y galio. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y se utiliza ampliamente en chips de silicio, células solares y vidrios. El germanio es un semiconductor que se emplea en fibra óptica, lentes y sistemas de visión nocturna. El galio se usa en curaciones dentales, termómetros y escáneres médicos debido a su bajo punto de fusión.
3. 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]3s2
3p2
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
4. Silano o hidruro de silicio (IV). SiH4
Silicatos. SiO4
4-
Sílice o dióxido de silicio. SiO2
5. Aleaciones con Al, Mg, Cu…
Silicio metalúrgico: silicona, elastómeros
y aceites.
Chips de silicio.
Células fotovoltaicas.
Vidrios de silicio.
6. Irritación de piel y ojos por contacto;
pulmones y membrana mucosa por
inhalación.
Cáncer de pulmón en lugares de
trabajo.
Puede afectar al sistema inmunitario.
Bronquitis, enfermedad crónica de
obstrucción pulmonar (COPD) y
enfisema.
7.
8. Caract erí s t i cas
pri nci pal es :
Es un element o duro, con la misma
est ruct ura crist alina que el
diamant e.
Present a apariencia met álica, pero
no suele present ar las propiedades
de los met ales, es un met aloide.
Es un import ant e semiconduct or y
responde con ef icacia a la
radiación inf rarroj a debido a que
present a una banda prohibida.
9. • Símbolo Ge
• Número at ómico 32
• Masa at ómica 72,59
• Grupo 14
• Valencia 4
• Conf iguración elect rónica [Ar]3d10
4s2
4p2
• Densidad (g/ cm3
) 5,35
• Calor específ ico 0,32
• Punt o de f usión (°C) 960
• Punt o de ebullición (°C) 2830
10. Apl i caci ones :
• Fibra ópt ica
• Lent es
• Radares y amplif icadores
• Ópt ica de inf rarroj os: sist ema de visión noct urna
y espect roscopios
• J oyería se usa una aleación de oro con Ge.
• Quimiot erapia
• Cómo endurecedor de aluminio, est año y magnesio.
11. Las aplicaciones del germanio se ven limit adas por su
elevado cost e.
Los minerales rent ables para su ext racción son la
germanit a y la ranierit a.
La mayor part e se obt iene en f orma de óxido (GeO2)
como subproduct o de la obt ención del cinc o la
combust ión del carbono.
El germanio abrió la puert a a numerosas aplicaciones
elect rónicas que hoy son cot idianas. Ent re 1950 y 1970,
hubo una enorme demanda de germanio en la indust ria
elect rónica, hast a que f ue sust it uido por el silicio, que
t iene más propiedades eléct ricas.
12. Se invest igan sus propiedades bact ericidas: Son
let ales para las bact erias pero escasa t oxicidad en
mamíf eros.
El germanio no se localiza en ningún t ej ido, se
excret a rápidament e por la orina.
Una int oxicación de germanio daña los pulmones y
causa una diarrea int ensa que provoca
deshidrat ación, hemoconcent ración, caída de la
presión art erial e hipot ermia.
14. El galio se descubrió espectroscópicamente
en 1875 por el químico francés Paul Émile
Lecoq de Boisbaudran y recibió su
denominación en honor de Francia, que
antiguamente se llamaba Galia.
Es uno de los elementos cuyas
propiedades predijo Mendeléiev (eka-
aluminio).
El galio aparece en pequeñas cantidades
en minerales de aluminio y zinc, pero las
fuentes más ricas contienen menos del 1%de
galio.
La parte más importante de la producción
de galio sirve para la producción de
arseniuro de galio.
15. GRUPO DEL BORO
Número atómico:31
Grupo:13
Periodo:4
Conf. Elect.:[Ar]
3d10
4s2
4p1
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
17. El galio sólido parece
gris azulado cuando se
expone a la atmósfera.
El galio líquido es
blanco plateado, con
una superficie reflejante
brillante.
Su punto de
congelación es más
bajo que el de
cualquier metal con
excepción del mercurio
(-39ºC o -38ºF) y el cesio
(28.5ºC u 83.3ºF).
18. El galio "congelado" adquiere la forma de
pequeños cristales. El metal se derrite a
unos 29.6 grados C.
La moneda de galio se escurre por entre
los dedos, al derretirse rápidamente con el
calor de la mano
19. Los clavos formados con este costoso metal
pueden introducirse perfectamente en la
madera, pero . . .
Al primer síntoma de calor, el calvo se derrite
como una vela y las gotas de metal caen
lentamente
20. El galio es semejante químicamente al aluminio.
Es anfótero, pero poco más ácido que el aluminio.
La valencia normal del galio es 3+ y forma
hidróxidos, óxidos y sales.
Reacciona vigorosamente con agua hirviendo, pero
ligeramente con agua a temperatura ambiente.
Las sales de galio son incoloras; se preparan de
manera directa a partir del metal, dado que la
purificación de éste es más simple que la de sus
sales.
El galio forma aleaciones eutécticas de bajo punto
de fusión con varios metales, y compuestos
intermetálicos con muchos otros.
21.
22.
23. El galio se encuentra en el cuerpo, pero en cantidades muy pequeñas.
No tiene beneficios probados en las funciones corporales, y lo más
probable es que solo esté presente debido a las pequeñas cantidades
en el ambiente natural, en el agua, y en los residuos en los vegetales o
frutas.
Se sabe que algunas vitaminas y aguas de distribución comercial
contienen cantidades traza de galio de menos de una parte por millón.
El galio puro no es una sustancia peligrosa por contacto para los
humanos.
Incluso el componente radioactivo del galio, citrato de galio (67Ga),
puede ser inyectado en el cuerpo y usado para escáneres con galio sin
efectos perjudiciales.
Aunque no es peligroso en pequeñas cantidades, el galio no debe ser
consumido a propósito en grandes dosis.
Algunos compuestos del galio pueden ser de hecho muy peligrosos, sin
embargo. Por ejemplo, altas exposiciones al cloruro de galio (III) pueden
causar irritación de la garganta, dificultades de respiración, dolores
pectorales, y sus vapores pueden provocar afecciones muy graves
como edema pulmonar y parálisis parcial.
24. Curaciones dentales
Suelda materiales no
metálicos
Como semiconductor
para uso en
rectificadores, transistores,
fotoconductores, fuentes
de luz, diodos láser o
máser y aparatos de
refrigeración.
Construcción de espejos
En termómetros de alta
temperatura por su bajo
punto de fusión.
El isótopo Ga-67 se usa en
medicina nuclear.
PROPIEDADES QUÍMICAS: El silicio elemental tiene las propiedades físicas de los metaloides, intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja. El silicio natural contiene 92.2% del isótopo 28, 4.7% de silicio-29 y 3.1% de silicio-30. Además de estos isótopos naturales estables, se conocen varios isótopos radiactivos artificiales. 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%.
COMPUESTOS PRINCIPALES: El silicio no existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Se sabe que forma compuestos con 64 de los 96 elementos estables. Silano o hidruro de silicio (SiH 4 ): De una forma general, un silano es cualquier análogo de los alcanos, pero derivado del silico. Los silanos consisten en una cadena de átomos de silicio unidos covalentemente a átomos de hidrógeno. Los silanos tienden a ser menos estables que sus análogos de carbono puesto que el enlace Si—Si es de menor energía que el enlace C—C. Silicatos (SiO 4 4- ): Son el grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyen más del 75% de la corteza terrestre, además del grupo de más importancia geológica por ser petrogénicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno. Estos elementos pueden estar acompañados de otros entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio. Los silicatos forman materiales basados en la repetición de la unidad tetraédrica SiO 4 4- . Sílice o dióxido de silicio (SiO 2 ): compuesto que se forma al poner el silicio en contacto con el aire (RQ muy favorable). Muy abundante, lo podemos encontrar en la arena, cuarzo, cristobalita, tridimita, o en el ópalo. Además de en muchas estructuras rígidas de seres vivos.
APLICACIONES: 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 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 finas planchas de cristales simples de silicio sobre la que se construyen microcircuitos. 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.
EFECTOS SOBRE LA SALUD: El silicio cristalino irrita la piel y los ojos por contacto. Su inhalación causa irritación de los pulmones y de la membrana mucosa. El cáncer de pulmón está asociado con exposiciones a silicio cristalino (especialmente cuarzo y cristobalita) en lugares de trabajo. El silicio cristalino puede afectar el sistema inmunitario, resultando en infecciones microbacterianas (tuberculosas y no tuberculosas) o fúngicas, especialmente en trabajadores. La exposición ocupacional al silicio cristalino respirable está asociada con bronquitis, enfermedad crónica de obstrucción pulmonar (COPD) y enfisema. Algunos estudios epidemiológicos sugieren que estos efectos sobre la salud pueden ser menos frecuentes o ausentes en los no fumadores (otro motivo para dejar de fumar). Por todo esto, es primordial para los trabajadores del silicio utilizar mascarilla.
UNO DE LOS METALES menos conocidos, el galio, presenta características extremadamente singulares y es desde hace años un enigma para los expertos. Como el galio lo mismo es sólido que líquido, los técnicos no saben en qué emplearlo. Cuando se le da la forma de una moneda, se asemeja mucho a uno de estos codiciados discos, pero al cogerla con la mano el calor hace que se derrita; El galio es lo suficientemente fuerte para hacer clavos, pero, a los primeros síntomas de calor, se derrite como una vela. Su punto de fusión es 29.5 grados centígrados. Al solidificarse se parece a la plata; cuando se derrite se asemeja al mercurio. Sin embargo, como una curiosidad este metal es demasiado costoso, ya que un só1o kilogramo vale más de 3000 dólares. Nunca se le encuentra como metal libre, y su precio elevadísimo refleja lo mucho que cuesta separarlo del plomo y zinc. En la actualidad este metal carece de empleo útil. Pero esta situación tal vez no dure mucho tiempo. ¡Después de todo, no hace muchos años que el uranio era una curiosidad de laboratorio!
En aleación con plata y estañó, el galio suple en forma adecuada la amalgama en curaciones dentales; también sirve para soldar materiales no metálicos, incluyendo gemas o amtales El galio ha dado excelentes resultados como semiconductor para uso en rectificadores, transistores, fotoconductores, fuentes de luz, diodos láser o máser y aparatos de refrigeración. Por su intenso y brillante plateado y la capacidad de mojar superficies de vidrio y porcelana se utiliza en la construcción de espejos. Se emplea para dopar materiales semiconductores y construir dispositivos diversos como transistores. En termómetros de alta temperatura por su bajo punto de fusión. El galio se alea con facilidad con la mayoría de los metales y se usa en aleaciones de bajo punto de fusión. El isótopo Ga-67 se usa en medicina nuclear . Termómetro higiénico de cristal con una aleación de galio como líquido medidor. El aspecto de la aleación es parecido al del mercurio, pero totalmente inocuo y no tóxico. El revestimiento de cristal puede desinfectarse, lo que permite proceder a las mediciones de manera higiénica. Termómetro que permite una medición exacta sin necesidad de pilas ni de calibraciones. Para desecharlo puede tirarse directamente a la basura El gammagrama de galio es un tipo de escáner nuclear en el que se utiliza galio radioactivo para determinar si un paciente tiene inflamación en los pulmones. Se inyecta el galio en la vena y se toma una serie de rayos X para identificar dónde se acumuló el galio en los pulmones. Esta prueba generalmente se realiza cuando existe evidencia de inflamación de los pulmones (sarcoidosis).