Solidos cristalinos

SOLIDOS CRISTALINOSSOLIDOS CRISTALINOS
Estructura, propiedades yEstructura, propiedades y
aplicaciones de losaplicaciones de los
siguientessiguientes Elementos:Elementos:
 SilicioSilicio
 GermanioGermanio
 GalioGalio

SILICIOSILICIO
Polvo de silicio Poli cristal de silicio Olivino.

SILICIOSILICIO
 El silicio es un elemento químico metaloide, número atómicoEl silicio es un elemento químico metaloide, número atómico
14 y situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los14 y situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los
elementos formando parte de la familia de los carbonoideoselementos formando parte de la familia de los carbonoideos
de símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en lade símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en la
corteza terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Secorteza terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Se
presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es unpresenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un
polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que sepolvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se
presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillopresenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo
metálico.metálico.

ESTRUCTURA CRISTALINAESTRUCTURA CRISTALINA
DEL SILICIODEL SILICIO

SILICIOSILICIO
Estructura cristalina Cúbica centrada en las
caras
N° CAS 7440-21-3
N° EINECS 231-130-8
Calor específico 700 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 4.35 10· -4
S/m
Conductividad térmica 148 W/(K m)·
Velocidad del sonido 8433 m/s a
293,15 K(20 °C)
DEL SILICIODEL SILICIO

PROPIEDADESPROPIEDADES
 Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. EnSus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En
forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico yforma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y
color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la accióncolor grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción
de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. Elde 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 radiaciónsilicio transmite más del 95% de las longitudes de onda de la radiación
infrarroja.infrarroja.
 Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o de cristales negros-Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o de cristales negros-
grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con ungrisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un
agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicioagente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicio
cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5
a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición dea 7. 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. Su masa atómica es 28,086.2.355 °C y una densidad relativa de 2,33. Su masa atómica es 28,086.

 Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gasSe disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas
tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por lostetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los
ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido deácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de
silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve ensilicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en
hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gashidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas
hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacadohidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado
por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con elpor el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con el
oxígeno formando una capa de sílice que impide queoxígeno formando una capa de sílice que impide que
continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona tambiéncontinúe la reacción. A altas temperaturas reacciona también
con nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro decon nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de
silicio respectivamente.silicio respectivamente.

 El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en estadoEl silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en estado
libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatoslibre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos
complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca delcomplejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del
40% de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90% de los40% de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90% de los
minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, susminerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus
variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y losvariedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los
minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del siliciominerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio
existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componenteexistentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componente
principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio yprincipal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y
magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y lasmagnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y las
rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, yrocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, y
de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio yde piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y
turmalina.turmalina.

APLICACIONESAPLICACIONES
 Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria deSe utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria de
la cerámica técnica y, debido a que es un material semiconductor muyla cerámica técnica y, debido a que es un material semiconductor muy
abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica yabundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y
microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips quemicroelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips que
se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad dese pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de
circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas industrias.circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas industrias.
El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente delEl dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente del
hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland.hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland.
Por sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricación de transistores,Por sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricación de transistores,
células solares y todo tipo de dispositivos semiconductores; por esta razón secélulas solares y todo tipo de dispositivos semiconductores; por esta razón se
conoce como Silicon Valley (Valle del Silicio) a la región de California en laconoce como Silicon Valley (Valle del Silicio) a la región de California en la
que concentran numerosas empresas del sector de la electrónica y laque concentran numerosas empresas del sector de la electrónica y la
informática. Otros importantes usos del silicio son:informática. Otros importantes usos del silicio son:

 Como material refractario, se usa en cerámicas, vidriados y esmaltados.Como material refractario, se usa en cerámicas, vidriados y esmaltados.
 Como elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio,Como elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio,
para la agricultura.para la agricultura.
 Como elemento de aleación en fundiciones.Como elemento de aleación en fundiciones.
 Fabricación de vidrio para ventanas y aislantes.Fabricación de vidrio para ventanas y aislantes.
 El carburo de silicio es uno de los abrasivos más importantes.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 456Se usa en láseres para obtener una luz con una longitud de onda de 456
nm.nm.
 La silicona se usa en medicina en implantes de seno y lentes de contacto.La silicona se usa en medicina en implantes de seno y lentes de contacto.

 Se utiliza en la industria del acero como componente de lasSe utiliza en la industria del acero como componente de las
aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida elaleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida el
acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; elacero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; el
acero común contiene menos de un 0,30 % de silicio. El acero alacero 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 fabricarsilicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio, se usa para fabricar
los núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleaciónlos núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleación
presenta baja histéresis (ver Magnetismo). Existe una aleación depresenta baja histéresis (ver Magnetismo). Existe una aleación de
acero, el durirón, que contiene un 15% de silicio y es dura, frágilacero, el durirón, que contiene un 15% de silicio y es dura, frágil
y resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equiposy resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equipos
industriales que están en contacto con productos químicosindustriales que están en contacto con productos químicos
corrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones decorrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones de
cobre, como el bronce y el latón.cobre, como el bronce y el latón.

 El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corrienteEl silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente
eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metaleseléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales
y la de los aislantes. La conductividad del silicio se puedey la de los aislantes. La conductividad del silicio se puede
controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezascontrolar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas
llamadas dopantes. La capacidad de controlar lasllamadas dopantes. La capacidad de controlar las
propiedades eléctricas del silicio y su abundancia en lapropiedades eléctricas del silicio y su abundancia en la
naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de losnaturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de los
transistores y circuitos integrados que se utilizan en latransistores y circuitos integrados que se utilizan en la
industria electrónica.industria electrónica.

 La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio,La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio,
barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen importantesbarnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen importantes
aplicaciones individuales. La sílice fundida, que es un vidrio queaplicaciones individuales. La sílice fundida, que es un vidrio que
se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetracloruro dese obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetracloruro de
silicio, se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación y unasilicio, se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación y una
alta resistencia a la mayoría de los productos químicos. El gel dealta resistencia a la mayoría de los productos químicos. El gel de
sílice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; se preparasílice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; se prepara
eliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso de ácidoeliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso de ácido
silícico, SiO2 H2O, el cual se obtiene añadiendo ácido clorhídrico·silícico, SiO2 H2O, el cual se obtiene añadiendo ácido clorhídrico·
a una disolución de silicato de sodio. El gel de sílice absorbea una disolución de silicato de sodio. El gel de sílice absorbe
agua y otras sustancias y se usa como agente desecante yagua y otras sustancias y se usa como agente desecante y
decolorante.decolorante.

 El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es unEl silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es un
silicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro y soluble ensilicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro y soluble en
agua, que funde a 1088 °C. Se obtiene haciendo reaccionar síliceagua, que funde a 1088 °C. Se obtiene haciendo reaccionar sílice
(arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, o calentando(arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, o calentando
arena con hidróxido de sodio concentrado a alta presión. Laarena con hidróxido de sodio concentrado a alta presión. La
disolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservardisolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservar
huevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas yhuevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y
otros contenedores; para unir gemas artificiales; como agenteotros contenedores; para unir gemas artificiales; como agente
incombustible, y como relleno y adherente en jabones yincombustible, y como relleno y adherente en jabones y
limpiadores. Otro compuesto de silicio importante es ellimpiadores. Otro compuesto de silicio importante es el
carborundo, un compuesto de silicio y carbono que se utilizacarborundo, un compuesto de silicio y carbono que se utiliza
como abrasivo.como abrasivo.

 El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger materiales,El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger materiales,
recubriéndolos de forma que la superficie exterior se oxida alrecubriéndolos de forma que la superficie exterior se oxida al
dióxido, SiO2. Estas capas se aplican también a los filtros dedióxido, SiO2. Estas capas se aplican también a los filtros de
interferencias.interferencias.
 Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787.Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787.
Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/SilicioReferencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

GERMANIOGERMANIO
• El germanio es un elemento químico con número atómico 32,El germanio es un elemento químico con número atómico 32,
y símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódicay símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica
de los elementos.de los elementos.

DEL GERMANIODEL GERMANIO

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

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

GALIOGALIO
• Elemento químico metálico, raro, blanco, duro y maleable,Elemento químico metálico, raro, blanco, duro y maleable,
parecido al aluminio, que suele aparecer en minerales de cinc.parecido al aluminio, que suele aparecer en minerales de cinc.
Núm. atóm. 31. Símb. Ga.Núm. atóm. 31. Símb. Ga.

ESTRUCTURAESTRUCTURA
CRISTALINA DEL GALIOCRISTALINA DEL GALIO

DEL GALIODEL GALIO

 El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido yEl galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y
plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajasplateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajas
temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la de latemperaturas que funde a temperaturas cercanas a la de la
ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuandoambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando
se lo agarra con la mano por su bajo punto de fusión (28,56se lo agarra con la mano por su bajo punto de fusión (28,56
°C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es°C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es
uno de los más altos de los metales (2174 °C separan susuno de los más altos de los metales (2174 °C separan sus
punto de fusión y ebullición) y la presión de vapor es bajapunto de fusión y ebullición) y la presión de vapor es baja
incluso a altas temperaturas. El metal se expande un 3,1% alincluso 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.solidificar y flota en el líquido al igual que el hielo en el agua.

 Presenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo delPresenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo del
punto de fusión (permaneciendo aún en estado líquido) por lopunto de fusión (permaneciendo aún en estado líquido) por lo
que es necesaria una semilla (un pequeño sólido añadido alque es necesaria una semilla (un pequeño sólido añadido al
líquido) para solidificarlo. La cristalización no se produce enlíquido) para solidificarlo. La cristalización no se produce en
ninguna de las estructuras simples; la fase estable en condicionesninguna de las estructuras simples; la fase estable en condiciones
normales es ortorrómbica, con 8 átomos en cada celda unitarianormales es ortorrómbica, con 8 átomos en cada celda unitaria
en la que cada átomo sólo tiene otro en su vecindad más próximaen 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 estaa 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 másestructura el enlace químico formado entre los átomos más
cercanos es covalente siendo la molécula Ga2 la que realmentecercanos es covalente siendo la molécula Ga2 la que realmente
forma el entramado cristalino.forma el entramado cristalino.

• La principal aplicación del galio (arseniuro de galio) es laLa principal aplicación del galio (arseniuro de galio) es la
construcción de circuitos integrados y dispositivosconstrucción de circuitos integrados y dispositivos
optoelectrónicos como diodos láser y LED.optoelectrónicos como diodos láser y LED.
• Se emplea para dopar materiales semiconductores y construirSe emplea para dopar materiales semiconductores y construir
dispositivos diversos como transistores.dispositivos diversos como transistores.
• En termómetros de alta temperatura por su bajo punto de fusión.En termómetros de alta temperatura por su bajo punto de fusión.
• El galio se alea con facilidad con la mayoría de los metales y seEl galio se alea con facilidad con la mayoría de los metales y se
usa en aleaciones de bajo punto de fusión.usa en aleaciones de bajo punto de fusión.
• El isótopo Ga-67 se usa en medicina nuclear.El isótopo Ga-67 se usa en medicina nuclear.

 Se ha descubierto recientemente que aleaciones galio-aluminioSe ha descubierto recientemente que aleaciones galio-aluminio
en contacto con agua produce una reacción química dando comoen contacto con agua produce una reacción química dando como
resultado hidrógeno. Este método para la obtención de hidrógenoresultado hidrógeno. Este método para la obtención de hidrógeno
no es rentable, ni ecológico, ya que requiere la doble fundiciónno es rentable, ni ecológico, ya que requiere la doble fundición
del aluminio, con el consiguiente gasto energético.del aluminio, con el consiguiente gasto energético.
 También se ha descubierto más recientemente que una aleaciónTambién se ha descubierto más recientemente que una aleación
de galio-antimonio sumergida en agua y en la cual incide la luzde galio-antimonio sumergida en agua y en la cual incide la luz
solar provoca la separación de las moléculas de agua ensolar provoca la separación de las moléculas de agua en
hidrógeno y oxígeno. Gracias al uso potencial de esta aleación nohidrógeno y oxígeno. Gracias al uso potencial de esta aleación no
será necesario el uso de combustibles fósiles para generarserá necesario el uso de combustibles fósiles para generar
hidrógeno a partir del agua, reduciendo con ello las emisiones dehidrógeno a partir del agua, reduciendo con ello las emisiones de
CO2.CO2.
Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/GalioReferencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Galio

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