El documento describe las propiedades y usos del silicio, germanio y galio. El silicio cristaliza con una estructura de diamante y es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. Se utiliza ampliamente en la electrónica y en la industria de los semiconductores. El germanio y el galio también cristalizan con estructuras similares y tienen aplicaciones en fibra óptica, electrónica, medicina y más.
1. SILICIO, GERMANIO Y GALIO
CURSO: FISICA ELECTRONICA ALUMNO: RENZO NACHO ENCISO
COLLAO
2. 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.
Polvo
Cristalizado
3. El silicio cristaliza con el mismo
patrón que el diamante, en una
estructura que Ashcroft y Mermin
llaman celosías primitivas, "dos
cubos interpenetrados de cara
centrada". Las líneas entre los
átomos de silicio en la ilustración de
la red, indican los enlaces con los
vecinos más próximos. El lado del
cubo de silicio es 0,543 nm. El
germanio tiene la misma estructura
del diamante, con una dimensión de
celda de 0,566 nm.
La ilustración de arriba 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.
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5. 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 dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente del hormigón y
los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento.
Por sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricación de transistores,
células solares y todo tipo de dispositivos semiconductores.
6. 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.
Se utiliza en la industria del acero como componente de las aleaciones de silicio-acero.
La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio, barnices, esmaltes,
cemento y porcelana, y tienen importantes aplicaciones individuales.
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.
7. 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.
Polvo
Cristalizado
8. Se sabe que estos elementos tienen
una estructura más estable si
comparten electrones, formando
enlaces covalentes, de forma que al
compartir estos electrones con
átomos vecinos todos ellos tengan en
la última capa ocho electrones,
situación que es muy estable.
Esto hace que se forme una malla de
átomos que se denomina red
cristalina. El diamante es un
ejemplo de este tipo de estructura
cristalina formada por átomos de
carbono. El silicio y el germanio
forman redes similares.
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10. Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se
investiga su sustitución por materiales más económicos.
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).
11. 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).
Polvo
Cristalizado
12. 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 6 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 meta estables distintas.
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14. El galio tiene una amplia variedad de usos en diferentes industrias.
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.
El galio se usa en las armas nucleares para ayudar a estabilizar el plutonio.
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.
También tiene muchas aplicaciones médicas. Por ejemplo, las sales de galio se usan
para tratar a personas con exceso de calcio en su sangre. Los isótopos de galio se
utilizan en medicina nuclear para explorar a los pacientes en ciertas circunstancias.
