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Sólidos cristalinos
- 1. SÓLIDOS CRISTALINOS SILICIO, GERMANIO Y GALIO
- 2. ¿Qué es un sólido cristalino? Los sólidos cristalinos están compuestos por átomos cuyas estructuras están ordenados de manera regular formando redes cristalina, cuya configuración regular puede alcanzar distancias muy grandes. Una base para clasificar los sólidos cristalinos es la naturaleza de las fuerzas que mantienen unidos los átomos en el ordenamiento de la red cristalina. La energía de cohesión de los átomos en un cristal, depende de las fuerzas de enlace dominantes entre esos átomos. Los sólidos cristalinos pueden ser de carácter iónicos, covalentes, moleculares o metálicos.
- 3. 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 • Después del oxígeno, el silicio es el elemento mas abundante de la corteza terrestre. Cuando está formando el sílice (SiO2) o arena, sus propiedades físicas no parecen muy especiales.
- 4. • El silicio cristalino irrita la piel y los ojos por contacto. Su inhalación causa irritación de los pulmones y de la membrana mucosa. La irritación de los ojos provoca lagrimeo y enrojecimiento. Enrojecimiento, formación de costras y picores son características de la inflamación cutánea.. • El cáncer de pulmón está asociado con exposiciones a silicio cristalino (especialmente cuarzo y cristobalita) en lugares de trabajo. En estudios realizados a mineros, trabajadores con tierra de diatomeas, trabajadores del granito, trabajadores de cerámica, trabajadores de ladrillos refractarios y otros trabajadores se ha documentado una relación exposición-respuesta. • Estudios epidemiológicos recientes han informado de asociaciones estadísticamente significativas de exposiciones ocupacionales a silicio cristalino con enfermedades renales y cambios renales subclínicos. • La exposición ocupacional al silicio cristalino respirable está asociado 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. Efectos del Silicio sobre la Salud.
- 5. • Los cereales integrales son una de las fuentes naturales más ricas en Silicio orgánico. Las legumbres y las hortalizas como la remolacha, la patata y la alfalfa también son buenas fuentes. Entre las plantas medicinales ricas en Silicio orgánico destaca sin lugar a dudas la Cola de caballo (Equisetum Arvense) Es el vegetal conocido más rico en Silicio orgánico ya que puede (según el clima y el tipo de suelo) contener entre un 10 y un 60 % de este mineral. • Hay terapias naturales, como las Sales de Schussler y la Homeopatía, que utilizan el Silicio orgánico desde hace muchísimos años con buenísimos resultados en dolencias muy diversas. Suele venderse en forma de comprimidos. • La fitoterapia también utiliza la Cola de Caballo desde hace siglos para aportar Silicio orgánico y remineralizar a los pacientes (fracturas de huesos, osteoporosis, etc.) Se puede tomar la planta en forma de infusión, en gotas, comprimidos, cápsulas, etc. • Hoy en día se toma principalmente en forma líquida o en forma gelatinosa. Se trata del denominado Silicio orgánico OS5 o de quinta generación. Es el resultado de la investigación que el químico Norbert Duffaut inició en 1957 y que continuó Le Ribault. En 1994 se sintetizó por fin este Silicio orgánico más asimilable. • Ayuda a remineralizarnos. Osteoporosis, fracturas óseas, épocas de crecimiento, artrosis, reumatismos, artritis y la mayoría de enfermedades que afectan a huesos, tendones, cartílagos y articulaciones y que cursan con dolor o inflamación pueden beneficiarse de las propiedades del Silicio orgánico Los beneficios del Silicio sobre la Salud.
- 6. • 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. • Tiene propiedades semiconductoras, se usa en la fabricación de transistores, células solares. Como material refractario, se usa en cerámicas, vidriados y esmaltados. También como, elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio, para la agricultura. Como elemento de aleación en fundiciones, en la fabricación de vidrio para ventanas y aislantes. Es un semiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales y la de los aislantes Aplicaciones del silicio.
- 7. Placa delgada de silicio, de unos pocos milímetros cuadrados de superficie, que sirve de soporte de las partes activas de un circuito integrado. Circuitos integrados analógicos. • Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos Circuitos integrados digitales. • Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores. • Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. Poo ejemplo, excitadores de buses, generadores de reloj, etc., es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas Chip.
- 8. son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de la luz solar en electricidad. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico en su forma más simple, estos materiales se compone de un ánodo y un cátodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiación, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente de silicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre). Actualmente, existen celdas fotovoltaicas, por ejemplo, en nuestras calculadoras solares así como en los cohetes espaciales. Celdas Fotovoltaicas.
- 9. sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin sufrir en sí ningún cambio químico. • Algunas de las aplicaciones de los nuevos catalizadores están basadas en el proceso de desinfección puede ser usado para purificar el agua potable, esterilizar instrumentos quirúrgicos y hasta eliminar huellas dactilares no deseadas en componentes electrónicos y ópticos delicados. • Además de las aplicaciones germicidas, el nuevo catalizador también podría ser utilizado para eliminar huellas dactilares en superficies ópticas, y en pantallas de ordenadores y de teléfonos móviles. • La denominada terapia fotodinámica consiste en introducir foto catalizadores en las células tumorales, de tal manera que cuando reciben radiación luminosa el foto catalizador las destruye. • El ejemplo más conocido; es el del convertidor catalítico: su finalidad es eliminar productos nocivos para la salud que provienen de los gases de escape y transformarlos para limitar la polución en el aire Catalizador.
- 10. La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nano- materiales). • Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. • Nano es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto; de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja. Nanotecnología.
- 11. Germanio. • Elemento químico, metálico, gris plata, quebradizo, símbolo Ge, número atómico 32, peso atómico 72.59, punto de fusión 937.4ºC (1719ºF) y punto de ebullición 2830ºC (5130ºF), con propiedades entre el silicio y estaño. El germanio se encuentra muy distribuido en la corteza terrestre con una abundancia de 6.7 partes por millón (ppm). El germanio se halla como sulfuro o está asociado a los sulfuros minerales de otros elementos, en particular con los del cobre, zinc, plomo, estaño y antimonio. • El germanio tiene una apariencia metálica, pero exhibe las propiedades físicas y químicas de un metal sólo en condiciones especiales, dado que está localizado en la tabla periódica en donde ocurre la transición de metales a no metales. A temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico y, en consecuencia, se comporta como un material quebradizo. • El germanio es divalente o tetravalente. Los compuestos divalentes (óxido, sulfuro y los halogenuros) se oxidan o reducen con facilidad. Los compuestos tetravalentes son más estables. Los compuestos organogermánicos son numerosos y, en este aspecto, el germanio se parece al silicio. El interés en los compuestos organogermánicos se centra en su acción biológica.
- 12. PROPIEDADES
- 13. APLICACIONES • Las propiedades del germanio son tales que este elemento tiene varias aplicaciones importantes, especialmente en la industria de los semiconductores. El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de germanio. Los cristales especiales de germanio se usan como sustrato para el crecimiento en fase vapor de películas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisores de luz. Se emplean lentes y filtros de germanio en aparatos que operan en la región infrarroja del espectro. Mercurio y cobre impregnados de germanio son utilizados en detectores infrarrojos; los granates sintéticos con propiedades magnéticas pueden tener aplicaciones en los dispositivos de microondas para alto poder y memoria de burbuja magnética; los aditivos de germanio incrementa los amper-horas disponibles en acumuladores. • Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga su sustitución por materiales más económicos. • 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).
- 14. 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 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 realmente forma el entramado cristalino. Símbolo atómico Visto al microcoscopi o
- 15. PROPIEDADES
- 16. APLICACIONES • El galio es una sustancia plateado blanda y se funde a temperaturas ligeramente superiores a la temperatura ambiente. Fue descubierto en 1875 por el químico francés Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. La mayor parte de producción de galio se produce como un subproducto de la producción de aluminio o zinc. El galio tiene una amplia variedad de usos en diferentes industrias. Si alguna vez te has preguntado para qué sirve el galio, a continuación tienes una lista de sus posibles usos: • 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. • 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.