Descripcion de los solidos cristalinos

1. Sólidos Cristalinos
Edinción CLAVERIANO FLORES
ING. SISTEMAS E INFORMÁTICA
ODE HUARAZ
FÍSICA ELECTRÓNICA

2. Sólidos
Cristalinos
Silicio
GalioGermanio

3. El Silicio
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. Propiedades del Silicio
Sus propiedades son 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 tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una
densidad relativa de 2,33(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de masa atómica).
Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es
atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado
inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas
hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas
elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe la
reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro de
silicio y cloruro de silicio, respectivamente.
No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos
complejos. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y
los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la
naturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en
concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el
suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y zeolitas, y de piedras
semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

5. Aplicaciones del Silicio
Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria de la cerámica técnica y, debido a que es un material
semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico
para la creación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos
electrónicos.
El silicio es un elemento vital en numerosas industrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente del
hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland.
Como material refractario, se usa en cerámicas, vidriados y esmaltados.
Como elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio, para la agricultura.
Como elemento de aleación en fundiciones.
Fabricación de vidrio para ventanas y aislantes.
El carburo de silicio es uno de los abrasivos más importantes.
Se usa en láseres para obtener una luz con una longitud de onda de 456 nm.
Se utiliza en la industria del acero como componente de las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida el
acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; el acero común contiene menos de un 0,30 % de silicio. El acero al
silicio, que contiene de 2,5 a 4 % de silicio, se usa para fabricar los núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleación
presenta baja histéresis (véase Magnetismo). Existe una aleación de acero, el durirón, que contiene un 15 % de silicio y es dura,
frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equipos industriales que están en contacto con productos químicos
corrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones de cobre, como el bronce y el latón.
El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es un silicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro y soluble en
agua, que funde a 1088 °C. Se obtiene haciendo reaccionar sílice (arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, o calentando
arena con hidróxido de sodio concentrado a alta presión. La disolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservar
huevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y otros contenedores; para unir gemas artificiales; como agente
incombustible, y como relleno y adherente en jabones y limpiadores. Otro compuesto de silicio importante es el carborundo,
un compuesto de silicio y carbono que se utiliza como abrasivo.
El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger materiales, recubriéndolos de forma que la superficie exterior se oxida al
dióxido, SiO2. Estas capas se aplican también a los filtros de interferencias.

6. El 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 metálicos y es un
importante material semiconductor utilizado en
transistores y foto-detectores. 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.

7. Propiedades del Germanio
El germanio forma parte de los elementos denominados
metaloides o semimetales. Este tipo de elementos tienen
propiedades intermedias entre metales y no metales. En
cuanto a su conductividad eléctrica, este tipo de
materiales al que pertenece el germanio, son
semiconductores.
El estado del germanio en su forma natural es sólido. El
germanio es un elemento químico de aspecto blanco
grisáceo y pertenece al grupo de los metaloides. El
número atómico del germanio es 32. El símbolo químico
del germanio es Ge. El punto de fusión del germanio es
de 1211,4 grados Kelvin o de 939,25 grados celsius o
grados centígrados. El punto de ebullición del germanio
es de 3093 grados Kelvin o de 2820,85 grados celsius o
grados centígrados.

8. Aplicaciones del Germanio
La producción principal de germanio es un subproducto de la obtención del zinc y no se
producen más de 100 toneladas al año. Es muy demandado por sus importantes aplicaciones:
• El germanio se utiliza como material semiconductor. Se usa generalmente, junto al silicio,
en los circuitos integrados de alta velocidad para mejorar su rendimiento. En algunos casos
se está planteando sustituir al silicio por germanio para hacer chips miniaturizados.
• También se utiliza en las lámparas fluorescentes y algunos diodos LED.
• Algunos pedales de guitarra contienen transistores de germanio para producir un tono de
distorsión característico.
• Se puede utilizar en los paneles solares. De hecho, los robots exploradores de marte
contienen germanio en sus células solares.
• El germanio se combina con el oxígeno para su uso en las lentes de las cámaras y la
microscopía. También se utiliza para la fabricación del núcleo de cables de fibra óptica.
• También se utiliza en aplicaciones de imágenes térmicas para uso militar y la lucha contra
incendios.
• El germanio se utiliza en el control de los aeropuertos para detectar las fuentes de
radiación.
• Hay algunos indicios de que puede ayudar al sistema inmunológico de pacientes con
cáncer, pero esto todavía no está probado. Actualmente el germanio está considerado como
un peligro potencial para la salud cuando se utiliza como suplemento nutricional.

9. El Galio
Símbolo Ga, número atómico 31 y peso atómico 69.72. Lo descubrió Lecoq de Boisbaudran
en Francia en 1875.
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).
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. El galio
funde al contacto con el aire cuando se calienta a 500ºC (930ºF). 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. Todo el aluminio contiene cantidades
pequeñas de galio, como impureza inofensiva, pero la penetración intergranular de grandes
cantidades a 30ºC causa fallas catastróficas.

10. Propiedades del Galio
El 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.
Presenta una acusada tendencia a enfriarse 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.

11. Aplicaciones del Galio
El galio tiene una amplia variedad de usos en diferentes industrias:
El uso principal del galio es en semiconductores donde se utiliza comúnmente en circuitos de
microondas y en algunas aplicaciones de infrarrojos.
También se utiliza en para fabricar diodos LED de color azul y violeta y diodos láser.
El galio se usa en las armas nucleares para ayudar a estabilizar el plutonio.
Se puede utilizar en el interior de un telescopio para encontrar neutrinos.
El galio se usa como un componente en algunos tipos de paneles solares.
También se utiliza en la producción de espejos.
El galinstano que es una aleación de galio, indio y estaño, se utiliza en muchos termómetros
médicos. Este ha sustituido a los tradicionales termómetros de mercurio que pueden ser
peligrosos. Actualmente se encuentra en proceso de investigación la sustitución con galio del
mercurio de los empastes dentales permanentes.
El galinstano se puede aplicar al aluminio de modo que pueda reaccionar con el agua y
generar hidrógeno.
También tiene muchas aplicaciones médicas. Por ejemplo, las sales de galio se usan para
tratar a personas con exceso de calcio en su sangre.
Los isótopos de galio se utilizan en medicina nuclear para explorar a los pacientes en ciertas
circunstancias.

12. Estructura de un Sólido Cristalino
Disposición de los átomos de silicio en una célula unitaria.
El silicio cristaliza con el mismo patrón que el diamante.
Las líneas entre los átomos de silicio en la ilustración de la red, indican los enlaces con los
vecinos más próximos. El lado del cubo de silicio es 0,543 nm.
El germanio tiene la misma estructura del diamante, con una dimensión de celda de 0,566
nm.

13. Fuentes
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/sili2.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://electronicageneralenet1.blogspot.com/2013/05/semiconductor-puro-de-silicio.html
http://elementos.org.es/germanio
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ga.htm#ixzz3ZDlhdSTb