ELABORADO POR RICARDO LARA DAVILA

1. Sólidos
Cristalinos
Física Electrónica
Por: Ricardo Lara Davila

2. Silicio
Símbolo Si, número atómico 14 y peso atómico
28.086. El silicio es el elemento electropositivo más
abundante de la corteza terrestre. Es un metaloide
con marcado lustre metálico y sumamente
quebradizo. Por lo regular, es tetravalente en sus
compuestos, aunque algunas veces es divalente, y es
netamente electropositivo en su comportamiento
químico. Además, se conocen compuestos de silicio
pentacoordinados y hexacoordinados.
El silicio constituye un 28% de la
corteza terrestre. No existe en
Se presenta en forma amorfa y estado libre, sino que se
cristalizada; el primero es un polvo encuentra en forma de dióxido
parduzco, más activo que la de silicioy de silicatos complejos.
variante cristalina, que se Los minerales que contienen
presenta en octeadros de color silicio constituyen cerca del 40%
azul grisáceo y brillo metálico. de todos los minerales comunes,
incluyendo más del 90% de los
minerales que forman rocas
volcánicas.

3. Estructura del silicio
Como podemos observar en el dibujo, el átomo de
silicio presenta un enlace covalente, esto quiere decir
que cada átomo está unido a otros cuatro átomos y
compartiendo sus electrones de valencia. Es así,
porque de otra manera el silicio no tendría el equilibrio
en la capa de valencia, necesita 8 electrones para su
estabilidad. El enlace covalente lo forman todos los
elementos del grupo IV de la tabla periódica, al cual
pertenece el silicio.
Al aplicarle energía externa, ya sea de calor
o de luz, se rompen los enlaces quedando
un electrón libre por cada enlace roto, pero
a su vez, se tiene un hueco vacío, el que
ocupaba el electrón. De esta forma se
obtiene corriente eléctrica, por el
movimiento de los electrones hacía los
potenciales positivos y del movimiento de
los huecos hacía los potenciales negativos.
Esto sucede así siempre que se utiliza al
silicio como un semiconductor intrínseco.

4. Propiedades del silicio
El silicio 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
silicio, son semiconductores.
El estado del silicio en su forma natural es sólido (no magnético). El
silicio es un elmento químico de aspecto gris oscuro azulado y
pertenece al grupo de los metaloides. El número atómico del silicio
es 14. El símbolo químico del silicio es Si. El punto de fusión del silicio
es de 16,7 grados Kelvin o de 1413,85 grados celsius o grados
centígrados. El punto de ebullición del silicio es de 31,3 grados Kelvin
o de 2899,85 grados celsius o grados centígrados.

5. Propiedades atómicas del silicio
La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones y protones
que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición
donde encontrar el silicio dentro de la tabla periódica de los elementos, el silicio se encuentra en el
grupo 14 y periodo 3. El silicio tiene una masa atómica de 28,0855 u. La configuración electrónica
del silicio es [Ne]3s2 3p2. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma el la
cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del silicio es
de 1,0 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 1,1 pm, su radio covalente es de 1,1 pm y su
radio de Van der Waals es de 2,0 pm. El silicio tiene un total de 14 electrones cuya distribución es la
siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones y en su tercera
capa tiene 4 electrones.

6. 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. Por sus
propiedades semiconductoras se usa en la
fabricación de transistores, células solares y
todo tipo de dispositivos semiconductores;
por esta razón se conoce como Silicón
Valley (Valle del Silicio) a la región de
California en la que concentran numerosas
empresas del sector de la electrónica y la
informática

7. Germanio
El germanio es un
elemento químico con
número atómico 32, y
símbolo Ge
perteneciente al grupo 4
de la tabla periódica de
los elementos.
Forma gran número de
compuestos organometálicos y es
un importante material
Es un metaloide sólido duro, semiconductor utilizado en
cristalino, de color blanco transistores y fotodetectores. A
grisáceo lustroso, quebradizo, diferencia de la mayoría de
que conserva el brillo a semiconductores, el germanio
temperaturas ordinarias. tiene una pequeña banda
Presenta la misma estructura prohibida (band gap) por lo que
cristalina que el diamante y responde de forma eficaz a la
resiste a los ácidos y álcalis. radiación infrarroja y puede usarse
en amplificadores de baja
intensidad.

8. 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
elmento 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 938,25 grados celsius o grados
centígrados. El punto de ebullición del
germanio es de 30,3 grados Kelvin o de
2819,85 grados celsius o grados
centígrados.

9. Aplicaciones del Germanio
Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga su
sustitución por materiales más económicos.
El germanio tiene aplicaciones
electrónicas, con ella se elabora 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).
Se emplea también en la 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, se usa como elemento
endurecedor del aluminio, magnesio y
estaño.

10. Galio
El galio es un metal blando, grisáceo Presenta una acusada
en estado líquido y plateado tendencia a subenfriarse por
brillante al solidificar, sólido debajo del punto de fusión
deleznable a bajas temperaturas (permaneciendo aún en
que funde a temperaturas cercanas estado líquido) por lo que es
a la del ambiente (como cesio, necesaria una semilla (un
mercurio y rubidio) e incluso cuando pequeño sólido añadido al
se sostiene en la mano por su bajo líquido) para solidificarlo. La
punto de fusión (28,56 °C). El rango cristalización no se produce
de temperatura en el que en ninguna de las estructuras
permanece líquido es uno de los simples; la fase estable en
más altos de los metales (2174 °C condiciones normales es
separan sus punto de fusión y ortorrómbica, con 8 átomos
ebullición) y la presión de vapor es en cada celda unitaria en la
baja incluso a altas temperaturas. El que cada átomo sólo tiene
metal se expande un 3,1% al El galio es un otro en su vecindad más
solidificar y flota en el líquido al igual elemento químico de próxima a una distancia de
que el hielo en el agua. la tabla periódica de 2,44 Å y estando los otros seis
número atómico 31 y a 2,83 Å. En esta estructura el
símbolo Ga. enlace químico formado
entre los átomos más
cercanos es covalente siendo
la molécula Ga2 la que
realmente forma el
entramado cristalino

11. Propiedades del galio
El galio pertenece al grupo de El estado del galio en su forma natural es
elementos metálicos conocido sólido. El galio es un elemento químico de
como metales del bloque p que aspecto blanco plateado y pertenece al
están situados junto a los grupo de los metales del bloque p. El
metaloides o semimetales en la número atómico del galio es 31. El
tabla periódica. Este tipo de símbolo químico del galio es Ga. El punto
elementos tienden a ser blandos de fusión del galio es de 302,91 grados
y presentan puntos de fusión Kelvin o de 29,76 grados Celsius o grados
bajos, propiedades que también centígrados. El punto de ebullición del
se pueden atribuir al galio, dado galio es de 24,7 grados Kelvin o de
que forma parte de este grupo 2203,85 grados Celsius o grados
de elementos. centígrados.

12. Aplicaciones del Galio
La principal aplicación del galio (arseniuro de
galio) es la construcción de circuitos integrados y
dispositivos optoelectrónicos como diodos láser y
LED. 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.
En medicina nuclear se emplea el galio como
elemento trazador (escáner de galio) para el
diagnóstico de enfermedades inflamatorias o
infecciosas activas, tumores y abscesos ya que se
acumula en los tejidos que sufren dichas
patologías. El isótopo Ga-67 se inyecta en el
torrente sanguíneo a través de una vena del
brazo en la forma de citrato de galio realizándose
el escáner 2 o tres días después para dar tiempo
a que éste se acumule en los tejidos afectados.
Posteriormente se elimina principalmente en la
orina y las heces. La exposición a la radiación es
inferior a la debida a otros procedimientos como
los rayos X o TAC