2. SÓLIDOS CRISTALINOS
• CURSO: FÍSICA ELECTRÓNICA
• CICLO: IV
• ALUMNO: LEONEL ALEXANDRO MONTES CADENAS
• TUTOR: JORGE CARMONA ESPINOZA
2015
3. SÓLIDOS CRISTALINOS
• INVESTIGA EN EL INTERNET SOBRE LOS SIGUIENTES ELEMENTOS, DESCRIBE SU
ESTRUCTURA CRISTALINA, PROPIEDADES Y APLICACIONES:
• SILICIO
• GERMANIO
• GALIO
• ELABORA UNA PRESENTACIÓN TIPO INFOGRAFÍA (INFORMACIÓN SOLO CON IMÁGENES DE
LA WEB, CON SU DEBIDA LEYENDA) USANDO POWERPOINT, PUBLICA TU PRESENTACIÓN EN:
WWW.SLIDESHARE.NET
• ENVÍA LA DIRECCIÓN DE TU PUBLICACIÓN A TU PROFESOR.
• IMPORTANTE: EN TUS PRESENTACIONES, HAZ REFERENCIA A LA FUENTE DE INFORMACIÓN
DE DÓNDE HAS OBTENIDO LAS IMÁGENES. ESTO DEMOSTRARÁ QUE HAS REALIZADO UNA
BUENA INVESTIGACIÓN.
5. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL SILICIO
• ES POCO SOLUBLE EN SU ESTADO CRISTALINO Y TRANSMITE MÁS DEL 95% DE LONGITUDES DE ONDA
INFRARROJA, AUNQUE TIENE RESISTIVIDAD A LA CORRIENTE ELÉCTRICA A TEMPERATURA AMBIENTE QUE
VARÍA ENTRE LOS METALES Y LOS AISLANTES, MISMA QUE PUEDE CONTROLARSE AL AÑADIRSE DOPANTES.
• EL SILICIO SE PUEDE ENCONTRAR EN TRES ESTADOS CRISTALINOS:
• MONOCRISTALINO Y POLICRISTALINO (QUE SON UTILIZADOS EN EL DESARROLLO DE LOS DISPOSITIVOS
ELECTRÓNICOS EN LOS QUE SE BASA LA REVOLUCIÓN ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA ACTUAL) Y AMORFO (EN
EL QUE EL ORDEN ATÓMICO ESTÁ LIMITADO SÓLO A UN ORDEN DE CORTA DISTANCIA).
• LA FIG. 1 MUESTRA LA DISPOSICIÓN DE LOS ÁTOMOS DE SILICIO EN UNA CÉLULA UNITARIA, CON NÚMEROS
QUE INDICAN LA ALTURA DEL ÁTOMO POR ENCIMA DE LA BASE DEL CUBO, COMO UNA FRACCIÓN DE LA
DIMENSIÓN DE LA CELDA.
• EL ÁTOMO DE SILICIO PRESENTA UN ENLACE COVALENTE, ESTO QUIERE DECIR QUE CADA ÁTOMO ESTA
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.
Fig. 1
6. PROPIEDADES DEL SILICIO
EL SILICIO ES UN ELEMENTO QUÍMICO METALOIDE, NÚMERO
ATÓMICO 14 Y SITUADO EN EL GRUPO 14 DE LA TABLA
PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS DE SÍMBOLO SI. ES EL
SEGUNDO ELEMENTO MÁS ABUNDANTE EN LA CORTEZA
TERRESTRE (28 % EN PESO) DESPUÉS DEL OXÍGENO.
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 1687 GRADOS KELVIN O DE 1414,85
GRADOS CELSIUS O GRADOS CENTÍGRADOS. EL PUNTO DE
EBULLICIÓN DEL SILICIO ES DE 3173 GRADOS KELVIN O DE
2900,85 GRADOS CELSIUS O GRADOS CENTÍGRADOS.
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.
Silicio en polvo
Silicio en estado
solido (amorfo)
7. APLICACIONES DEL SILICIO
• 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.
• TAMBIÉN SE ESTÁN ESTUDIANDO LAS POSIBLES APLICACIONES DEL SILICENO, QUE ES UNA
FORMA ALOTRÓPICA DEL SILICIO QUE FORMA UNA RED BIDIMENSIONAL SIMILAR AL GRAFENO.
OTROS IMPORTANTES USOS DEL SILICIO SON:
• COMO MATERIAL REFRACTARIO, SE USA EN CERÁMICAS, VIDRIADOS Y ESMALTADOS.
• COMO ELEMENTO FERTILIZANTE EN FORMA DE MINERAL, 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.
9. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GERMANIO
• PRESENTA LA MISMA ESTRUCTURA CRISTALINA QUE EL DIAMANTE (ESTRUCTURA CRISTALINA CÚBICA
CENTRADA EN LAS CARAS) Y RESISTE A LOS ÁCIDOS Y ÁLCALIS.
• UN DIAMANTE ES UN CRISTAL TRANSPARENTE DE ÁTOMOS DE CARBONO ENLAZADOS TETRAEDRALMENTE
(SP3) QUE CRISTALIZA EN LA RED DE DIAMANTE, QUE ES UNA VARIACIÓN DE LA ESTRUCTURA CÚBICA
CENTRADA EN LA CARA.
10. PROPIEDADES DEL GERMANIO
• 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 ÓRGANO METÁLICOS Y ES UN
IMPORTANTE MATERIAL SEMICONDUCTOR UTILIZADO EN TRANSISTORES Y FOTO
DETECTORES. 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.
11. APLICACIONES DEL GERMANIO
• ELECTRÓNICA: RADARES Y AMPLIFICADORES DE GUITARRAS ELÉCTRICAS USADOS POR
MÚSICOS NOSTÁLGICOS DEL SONIDO DE LA PRIMERA ÉPOCA DEL ROCK AND ROLL
• EL GERMANIO SE UTILIZA COMO MATERIAL SEMICONDUCTOR (JUNTO AL SILICIO) EN LOS
CIRCUITOS INTEGRADOS DE ALTA VELOCIDAD PARA MEJORAR SU RENDIMIENTO.
• TAMBIÉN SE UTILIZA EN LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES Y ALGUNOS DIODOS LED.
• ÓPTICA DE INFRARROJOS: ESPECTROSCOPIOS, SISTEMAS DE VISIÓN NOCTURNA Y OTROS
EQUIPOS.
• SE LES DA UTILIDAD EN LOS PANELES SOLARES, LOS ROBOTS EXPLORADORES DE MARTE
CONTIENEN GERMANIO EN SUS CÉLULAS SOLARES.
• EN JOYERÍA SE USA LA ALEACIÓN AU CON 12% DE GERMANIO.
• COMO ELEMENTO ENDURECEDOR DEL ALUMINIO, MAGNESIO Y ESTAÑO.
• QUIMIOTERAPIA, EL GERMANIO SE UTILIZA PARA DETECTAR LAS FUENTES DE RADIACIÓN.
• EL TETRACLORURO DE GERMANIO ES UN ÁCIDO DE LEWIS Y SE USA COMO CATALIZADOR EN
LA SÍNTESIS DE POLÍMEROS (PET).
13. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GALIO
• EL GALIO POSEE UNA ESTRUCTURA CRISTALINA ORTORRÓMBICA.
• 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.
• A OTRA PRESIÓN Y TEMPERATURA SE HAN ENCONTRADO NUMEROSAS
FASES ESTABLES Y METAESTABLES DISTINTAS.
• EL GALIO CORROE OTROS METALES AL DIFUNDIRSE EN SUS REDES
CRISTALINAS.
14. PROPIEDADES DEL GALIO
• 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.
• EL GALIO PERTENECE AL GRUPO DE ELEMENTOS METÁLICOS CONOCIDO COMO METALES DEL
BLOQUE P QUE ESTÁN SITUADOS JUNTO A LOS METALOIDES O SEMIMETALES EN LA TABLA
PERIÓDICA. ESTE TIPO DE ELEMENTOS TIENDEN A SER BLANDOS Y PRESENTAN PUNTOS DE
FUSIÓN BAJOS, PROPIEDADES QUE TAMBIÉN SE PUEDEN ATRIBUIR AL GALIO, DADO QUE FORMA
PARTE DE ESTE GRUPO DE ELEMENTOS.
• EL ESTADO DEL GALIO EN SU FORMA NATURAL ES SÓLIDO. EL GALIO ES UN ELMENTO QUÍMICO
DE ASPECTO BLANCO PLATEADO Y PERTENECE AL GRUPO DE LOS METALES DEL BLOQUE P. EL
NÚMERO ATÓMICO DEL GALIO ES 31. EL SÍMBOLO QUÍMICO DEL GALIO ES GA. EL PUNTO DE
FUSIÓN DEL GALIO ES DE 302,91 GRADOS KELVIN O DE 30,76 GRADOS CELSIUS O GRADOS
CENTÍGRADOS. EL PUNTO DE EBULLICIÓN DEL GALIO ES DE 2477 GRADOS KELVIN O DE
2204,85 GRADOS CELSIUS O GRADOS CENTÍGRADOS.
15. APLICACIONES DEL GALIO
• SE USA PRINCIPALMENTE EN: SEMICONDUCTORES, CIRCUITOS DE MICROONDAS, DIODOS
LASER, DIODOS LED DE COLORES (AZUL Y VIOLETA), PANELES SOLARES, ESPEJOS Y EN
ALGUNAS APLICACIONES DE INFRARROJOS.
• EL GALIO SE USA EN LAS ARMAS NUCLEARES PARA AYUDAR A ESTABILIZAR EL PLUTONIO.
• EL GALINSTANO (ALEACIÓN DE GALIO, INDIO Y ESTAÑO) SE UTILIZA EN MUCHOS
TERMÓMETROS MÉDICOS, PUES HA SUSTITUIDO A LOS TRADICIONALES TERMÓMETROS DE
MERCURIO.
• SE PUEDE APLICAR GALINSTANO AL ALUMINIO DE MODO QUE PUEDA REACCIONAR CON EL
AGUA Y GENERAR HIDRÓGENO.
• LAS SALES DE GALIO SE USAN PARA TRATAR A PERSONAS CON EXCESO DE CALCIO EN SU
SANGRE.
• 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.
