El documento describe las propiedades y aplicaciones del silicio, germanio y galio. El silicio se utiliza ampliamente en la electrónica debido a sus propiedades semiconductoras y es un componente clave de los chips de computadora. El germanio se usa en fibra óptica y detectores infrarrojos. El galio tiene aplicaciones en circuitos integrados y termómetros debido a su bajo punto de fusión.

1. SOLIDOS CRISTALINOS
Curso Física Electrónica
Alumno: Jonathan Piñas Caysahuana
Ciclo: IV

2. SOLIDOS CRISTALINOS
Estructura cristalina, propiedades y
aplicaciones de los siguientes
elementos:
Silicio
Germanio
Galio

3. 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.

4. Estructura Cristalina del Silicio

5. 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.

6. 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.

7. Propiedades
 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.

8. 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:

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Aplicaciones
 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 absorbe agua y otras sustancias y se
usa como agente desecante y decolorante.

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.

14. Aplicaciones
 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

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. 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.

18. 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

19. Galio
 El galio es un elemento químico de la
tabla periódica de número atómico 31 y
símbolo Ga.

20. Estructura Cristalina del
Galio

21. 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.

22. Propiedades
 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.

23. 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.

24. Aplicaciones
 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.
 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