El documento describe las propiedades cristalinas del silicio, germanio y galio. Explica que el silicio se puede encontrar en tres estados cristalinos y que depende de su cristalinidad se pueden aplicar diferentes métodos para extraerlo y utilizarlo. También discute la absorción y el coste como factores importantes. Luego proporciona detalles sobre las características atómicas y de enlace de cada elemento, incluidos sus puntos de fusión, ebullición, estructura cristalina y usos principales.

1. SÓLIDOS CRISTALINOS
José Luis de la Puente Ríos
SILICIO, GERMANIO, GALIO

2. El silicio
El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y
situado en el grupo 14 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.

3. 1. La cristalinidad. Es un factor esencial, dependiendo de la
cristalinidad se podrá ejecutar un método u otro para extraer y
utilizar el elemento. La cristalinidad se refiere a la disposición
que tienen los átomos en la estructura cristalina. El silicio
se puede encontrar en tres estados cristalinos:
monocristalino, policristalino y amorfo.
2. 2. Absorción. Nos referimos al coeficiente de absorción que
tienen los elementos sobre la luz, o mejor dicho, sobre unas
longitudes de onda. Si un material dispone de un coeficiente
pequeño significará que tiene poca absorción. Por esto, las
células de silicio cristalino tienen un espesor
considerable, porque su coeficiente no es elevado.
3. 3. El coste. Por supuesto, tenemos que tener en cuenta este
factor. Siempre estará extrechamente relacionado con la
extracción del material, su manipulación, los métodos para
purificarlo, etc.
El silicio

4. Número Atómico: 14
Masa Atómica: 28,0855
Número de protones/electrones: 14
Número de neutrones (Isótopo 28-Si): 14
Estructura electrónica: [Ne] 3s2 3p2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 4
Números de oxidación: -4, +2, +4
Electronegatividad: 1,90
Energía de ionización (kJ.mol-1): 786
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 134
Radio atómico (pm): 118
Radio iónico (pm) (carga del ion): 26 (+4), 271 (-4)
El silicio
Símbolo: Si
Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14 Metaloide

5. Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 39,6
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 383,3
Punto de Fusión (ºC): 1414
Punto de Ebullición (ºC): 3265
Densidad (kg/m3): 2329; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 12,06
Estructura cristalina: Cúbica
Color: El silicio cristalino es gris con brillo
metálico. El amorfo es marrón.
Descubierto en: 1822
Descubierto por: Berzelius (silicio amorfo) y Deville (1854) (silicio cristalino)
Fuentes: Sílice y otros minerales: olivino [(Mg,Fe)2(SiO4)], granate
[Ca3Al2(SiO4)3], espodumena [(LiAl)(Si2O6)], talco [Mg3(Si4O10)(OH)2]
Usos: Semiconductores (hiperpuro o dopado con boro, galio, fósforo o arsénico):
transistores, células solares, rectificadores y otros dispositivos de estado sólido;
vidrios, material refractario, porcelanas, cementos, aleaciones (ferrosilicio). El silicio
amorfo hidrogenado se emplea en células solares
El silicio

6. En la electrónica de estado sólido, ya sea el
silicio como el germanio puros pueden ser
utilizados como semiconductores intrínsecos,
los cuales forman el punto de partida para la
fabricación. Cada uno de ellos tienen cuatro
electrones de valencia, pero el germanio a
una determinada temperatura tiene mas
electrones libres y una mayor conductividad.
El silicio es de lejos, el semiconductor mas
ampliamente utilizado en electrónica,
particularmente porque se puede usar a
mucho mayor temperatura que el germanio.
Germanio

7. 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 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.
Características principales

8. Símbolo: Ge
Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14 Metaloide
Número Atómico: 32
Masa Atómica: 72,61
Número de protones/electrones: 32
Número de neutrones (Isótopo 73-Ge): 41
Estructura electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 4
Números de oxidación: +2, +4
Electronegatividad: 2,01
Energía de ionización (kJ.mol-1): 784
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 116
Radio atómico (pm): 122
Radio iónico (pm) (carga del ion): 272(-4), 90(+2)
Germanio

9. Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 34,7
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 334,3
Punto de Fusión (ºC): 938,25
Punto de Ebullición (ºC): 2833
Densidad (kg/m3): 5323; (25 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 13,64
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Grisáceo
Germanio
Descubierto en: 1886
Descubierto por: C. Winkler
Fuentes: Refinado de cobre, cinc, plomo. Productos de combustión de ciertos carbones.
Minerales: argirodita [4Ag2S.GeS2], germanita [FeCu6GeS8, que contiene hasta un 8% del
elemento y galio, arsénico y cinc].
Usos: Semiconductores y transistores. En forma de monocristales para la fabricación de
elementos ópticos (lentes, prismas y ventanas) para espectroscopía infrarroja:
Espectroscopios, detectores de infrarrojos. El alto índice de refracción del óxido de
germanio lo hace útil para la fabricación de lentes gran angular de cámaras fotográficas y
objetivos de microscopio. Aleaciones (alguna con niobio y aluminio es superconductora a
20,7 K). Catalizador.

10. 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 puntos 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.
Galio

11. Galio
El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al sodificar,
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 coge en la mano por su
bajo punto de fusión (28,76 ºC). El rango de temperatura en el que permanece líquido es
uno de los más altos de los metales (2174 ºC 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 solidificar el líquido. 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.
Características principales

12.  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 azule 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.
Usos del galio Galio

13. Símbolo: Ga
Clasificación: Elementos térreos Grupo 13 Otros Metales
Número Atómico: 31
Masa Atómica: 69,723
Número de protones/electrones: 31
Número de neutrones (Isótopo 70-Ga): 39
Estructura electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p1
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 3
Números de oxidación: +1, +3
Electronegatividad: 1,81
Energía de ionización (kJ.mol-1): 577
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 29
Radio atómico (pm): 153
Radio iónico (pm) (carga del ion): 113(+1), 62(+3)
Galio

14. Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 5,59
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 256,1
Punto de Fusión (ºC): 29,76
Punto de Ebullición (ºC): 2204
Densidad (kg/m3): 5906; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 11,81
Estructura cristalina: Ortorrómbica
Color: Blanco con brillo plateado.
Descubierto en: 1875
Descubierto por: P. E. Lecoq de Boisbaudran
Fuentes: Minerales: galita [CuGaS2], sohngeita [Ga(OH)3], germanita. Trazas del
elemento se encuentran en diásporo, esfalerita, bauxita y carbón (en algunas cenizas
de chimeneas donde se quema carbón se ha encontrado que contienen hasta 1,5% de
galio).
Usos: Semiconductores (arseniuro de galio) (transistores, memoria de
ordenadores), aleaciones para fusibles (de bajo punto de fusión), aleaciones
superconductoras a baja temperatura, aparatos de medida de temperatura (600 a 1200
ºC en estado líquido), materiales magnéticos, espejos.
Galio

15.  http://es.scribd.com/doc/102713406/Solidos-Cristalinos
 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/solids/sili.html
 http://solete.nichese.com/silicio.html
 http://www.google.com.pe/search?q=estructura+cristalina+Silicio&hl=es&qscrl=1&biw=1440&bih
=775&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=BTxwUdSBNs_H4APn74HYCg&ved=0CCoQsAQ
 http://www.lenntech.es/periodica/elementos/si.htm
 http://www.rdnattural.es/plantas-y-nutrientes-para-el-organismo/minerales/silicio/
 http://www.slideshare.net/victoreus/los-solidos-cristalinos
 http://www.textoscientificos.com/quimica/cristales/estructura-cristalina
 http://www.uam.es/docencia/elementos/spV21/conmarcos/elementos/ge.html
 http://www.uam.es/docencia/elementos/spV21/sinmarcos/elementos/si.html
 http://www.uam.es/docencia/museovir/web/Museovirtual/tperiodica/elementos2/si.htm
 https://sites.google.com/site/3scbequipo7/unidad3/3-4-aplicaciones-en-la-ingenieria-silicio-galio-
germanio-etc
FUENTES DE INFORMACIÓN