SÓLIDOS CRISTALINOS a) Silicio b) Germanio c) Galio

1. FISICA
ELECTRONICA
SOLIDOS CRISTALINOS
CASTROMONTE NATIVIDAD ABELARDO LOLI

2. SOLIDOS CRISTALINOS
ESTRUCTURA CRISTALINA, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS SIGUIENTES
ELEMENTOS:
 SILICIO
 GERMANIO
 GALIO

3. SILICIO
POLVO DE SILICIO
POLICRISTAL DE
SILICIO OLIVINO

4. SILICIO
EL SILICIO ES UN ELEMENTO QUÍMICO METALOIDE, NÚMERO ATÓMICO 14 Y SITUADO
EN EL GRUPO 4 DE LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS FORMANDO PARTE DE LA
FAMILIA DE LOS CARBONOIDEOS 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.

5. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL SILICIO
POLVO DE SILICIO
POLICRISTAL DE
SILICIO OLIVINO

6. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL SILICIO
SILICIO
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)

7. PROPIEDADES
 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.
 SE PREPARA EN FORMA DE POLVO AMORFO AMARILLO PARDO O DE CRISTALES
NEGROS-GRISÁCEOS. SE OBTIENE CALENTANDO SÍLICE, O DIÓXIDO DE SILICIO
(SIO2), CON UN AGENTE 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 5 A 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.

8. PROPIEDADES
 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.
 EL 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 SILICATOS
COMPLEJOS. LOS MINERALES QUE CONTIENEN SILICIO CONSTITUYEN CERCA DEL 40% DE
TODOS LOS MINERALES COMUNES, INCLUYENDO MÁS DEL 90% DE LOS MINERALES QUE
FORMAN ROCAS VOLCÁNICAS. 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 CEOLITAS, Y DE PIEDRAS SEMIPRECIOSAS COMO EL OLIVINO, GRANATE, ZIRCÓN,
TOPACIO Y TURMALINA.

9. APLICACIONES
 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 SILICON VALLEY (VALLE DEL SILICIO) A LA REGIÓN DE CALIFORNIA
EN LA QUE CONCENTRAN NUMEROSAS EMPRESAS DEL SECTOR DE LA ELECTRÓNICA
Y LA INFORMÁTICA. OTROS IMPORTANTES USOS DEL SILICIO SON:

10. APLICACIONES
 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.
 LA SILICONA SE USA EN MEDICINA EN IMPLANTES DE SENO Y LENTES DE
CONTACTO.

11. APLICACIONES
 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 (VER 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.

12. APLICACIONES
 EL SILICIO ES UN SEMICONDUCTOR; SU RESISTIVIDAD A LA CORRIENTE ELÉCTRICA A
TEMPERATURA AMBIENTE VARÍA ENTRE LA DE LOS METALES Y LA DE LOS
AISLANTES. LA CONDUCTIVIDAD DEL SILICIO SE PUEDE CONTROLAR AÑADIENDO
PEQUEÑAS CANTIDADES DE IMPUREZAS LLAMADAS DOPANTES. LA CAPACIDAD DE
CONTROLAR LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS DEL SILICIO Y SU ABUNDANCIA EN LA
NATURALEZA HAN POSIBILITADO EL DESARROLLO Y APLICACIÓN DE LOS
TRANSISTORES Y CIRCUITOS INTEGRADOS QUE SE UTILIZAN EN LA INDUSTRIA
ELECTRÓNICA.
 LA SÍLICE Y LOS SILICATOS SE UTILIZAN EN LA FABRICACIÓN DE VIDRIO, BARNICES,
ESMALTES, CEMENTO Y PORCELANA, Y TIENEN IMPORTANTES APLICACIONES
INDIVIDUALES. LA SÍLICE FUNDIDA, QUE ES UN VIDRIO QUE SE OBTIENE FUNDIENDO
CUARZO O HIDROLIZANDO TETRACLORURO DE SILICIO, SE CARACTERIZA POR UN
BAJO COEFICIENTE DE DILATACIÓN Y UNA ALTA RESISTENCIA A LA MAYORÍA DE LOS
PRODUCTOS QUÍMICOS. EL GEL DE SÍLICE ES UNA SUSTANCIA INCOLORA, POROSA Y
AMORFA; SE PREPARA ELIMINANDO PARTE DEL AGUA DE UN PRECIPITADO
GELATINOSO DE ÁCIDO SILÍCICO, SIO2·H2O, EL CUAL SE OBTIENE AÑADIENDO
ÁCIDO CLORHÍDRICO A UNA DISOLUCIÓN DE SILICATO DE SODIO. EL GEL DE SÍLICE

13. APLICACIONES
 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.
 FUE IDENTIFICADO POR PRIMERA VEZ POR ANTOINE LAVOISIER EN 1787.
REFERENCIA: HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/SILICIO

14. GERMANIO

15. 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.

16. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GERMANIO

17. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GERMANIO
GERMANIO
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
N° CAS 7440-56-4
N° EINECS 231-164-3
Calor específico 320 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 1,45 S/m
Conductividad térmica 59,9 W/(K·m)
Velocidad del sonido 5400 m/s a 293,15 K(20 °C)

18. PROPIEDADES
 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.

19. APLICACIONES
LAS APLICACIONES DEL GERMANIO SE VEN LIMITADAS POR SU ELEVADO COSTO
 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).
REFERENCIA: HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/GERMANIO

20. GALIO

21. GALIO
ELEMENTO QUÍMICO METÁLICO, RARO, BLANCO, DURO Y MALEABLE, PARECIDO AL
ALUMINIO, QUE SUELE APARECER EN MINERALES DE CINC. NÚM. ATÓM. 31. SÍMB. GA.

22. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GALIO

23. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GALIO
galio
Estructura cristalina Ortorrómbica
N° CAS 7440-55-3
N° EINECS 231-163-8
Calor específico 370 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 6,78 106 S/m
Conductividad térmica 40,6 W/(K·m)
Velocidad del sonido 2740 m/s a 293,15 K(20 °C)

24. PROPIEDADES
 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 DE LA AMBIENTE (COMO CESIO,
MERCURIO Y RUBIDIO) E INCLUSO CUANDO SE LO AGARRA CON 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 PUNTO 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 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

25. APLICACIONES
 LA PRINCIPAL APLICACIÓN DEL GALIO (ARSENIURO DE GALIO) ES LA CONSTRUCCIÓN
DE CIRCUITOS INTEGRADOS Y DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS COMO DIODOS
LÁSER Y LED.
 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.
 SE HA DESCUBIERTO RECIENTEMENTE QUE ALEACIONES GALIO-ALUMINIO EN
CONTACTO CON AGUA PRODUCE UNA REACCIÓN QUÍMICA DANDO COMO
RESULTADO HIDRÓGENO. ESTE MÉTODO PARA LA OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO NO
ES RENTABLE, NI ECOLÓGICO, YA QUE REQUIERE LA DOBLE FUNDICIÓN DEL
ALUMINIO, CON EL CONSIGUIENTE GASTO ENERGÉTICO.

26. APLICACIONES
 TAMBIÉN SE HA DESCUBIERTO MÁS RECIENTEMENTE QUE UNA ALEACIÓN DE GALIO-
ANTIMONIO SUMERGIDA EN AGUA Y EN LA CUAL INCIDE LA LUZ SOLAR PROVOCA
LA SEPARACIÓN DE LAS MOLÉCULAS DE AGUA EN HIDRÓGENO Y OXÍGENO. GRACIAS
AL USO POTENCIAL DE ESTA ALEACIÓN NO SERÁ NECESARIO EL USO DE
COMBUSTIBLES FÓSILES PARA GENERAR HIDRÓGENO A PARTIR DEL AGUA,
REDUCIENDO CON ELLO LAS EMISIONES DE CO2.
REFERENCIA: HTTP://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/GALIO