El documento describe las propiedades y aplicaciones del silicio, germanio y galio. El silicio cristaliza con una estructura cúbica centrada en las caras, es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y se utiliza ampliamente en la industria electrónica. El germanio tiene una estructura cristalina similar al silicio y propiedades intermediarias. El galio es un metal blando grisáceo que se funde a temperatura ambiente y se utiliza en fibra óptica y electrónica.

1. SILICIO, GERMANIO Y
GALIO
Elaborado por: Edgar Nolberto Talledo
Larraín
Estructura Cristalina, Propiedades y
Aplicaciones

2. SÓLIDOS
CRISTALINOS
SILICIO
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
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 0,566nm.
Nº CAS 7440-21-3
Nº EINECS 231-130-8
Calor especifico 700 j/(k.kg)
Conductividad eléctrica 4.35.10-4 S/m
Conductividad térmica 148 W/(K. m)
Velocidad del sonido 8433 m/s a 293,15 k (20ºC)

3. 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.
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4. PROPIEDADES
Policristal de
Silicio
Olivino

5. PROPIEDADES
PROPIEDADES ATÓMICAS
Radio medio 120pm
Electronegatividad 1,9 (Pauling)
Radio atómico 111pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 111pm
Radio de van der Waals 210pm
Estado(s) de oxidación 4
Óxido Anfótero
PROPIEDADES FÍSICAS
Estado ordinario Sólido (no magnético)
Densidad 2330 kg/m3
Punto de fusión 1687 k (1414ºC)
Punto de ebullición 3173 K (2900ºC)
Entalpía de vaporización 384,22 KJ/mol
Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol
Presión de vapor 4,77 Pa a 1683K

6.  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 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(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u
(unidad de masa atómica).

7.  Se disuelve en ácido sulfúrico 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.
 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 zeolitas, 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 el 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 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.

9. SÓLIDOS CRISTALINOS
GERMANIO
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
Nº CAS 7440-56-4
Nº EINECS 231-164-3
Calor especifico 320 J/(k.kg)
Conductividad eléctrica 1,45 S/m
Conductividad térmica 59,9 W/(K. m)
Velocidad del sonido 5400 m/s a 293,15 k (20ºC)

10. GERMANIO
El germanio es un
elemento químico con
número atómico 32, y
símbolo Ge
perteneciente al
período 4 de la tabla
periódica de los
elementos.

11. PROPIEDADES
PROPIEDADES ATÓMICAS
Radio medio 125pm
Electronegatividad 2,02 (Pauling)
Radio atómico 125pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 122pm
Radio de van der Waals Sin datos pm
Estado(s) de oxidación 4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4.
Óxido Anfótero
PROPIEDADES FÍSICAS
Estado ordinario Sólido
Densidad 5323 kg/m3
Punto de fusión 1211,4 k (938ºC)
Punto de ebullición 3093 K (2820ºC)
Entalpía de vaporización 330,9 KJ/mol
Entalpía de fusión 36,94 kJ/mol
Presión de vapor 0,0000746 Pa a 1210 K

12. PROPIEDADES
Las propiedades del
germanio (del latín
Germania, Alemania)
fueron predichas en 1871
por Mendeleyev en función
de su posición en la tabla
periódica, elemento al que
llamó eka-silicio.
El alemán Clemens
Winkler demostró en 1886
la existencia de este
elemento, descubrimiento
que sirvió para confirmar la
validez de la tabla
periódica, habida cuenta
con las similitudes entre
las propiedades predichas
y las observadas:
Propiedad Ekasilicio Germanio
(Predichas, 1871) (Observadas, 1886)
Masa atómica 72 72,59
Densidad (g/cm3) 5,5 5.35
Calor específico
(kJ/kg.K)
0,31 0,32
Punto de fusión (ºC) alto 960
Fórmula del óxido RO2 GeO2
Fórmula del cloruro RCI4 GeCl4
Densidad del óxido
(g/cm3)
4,7 4,7
Punto de ebullición
del cloruro (ºC)
100 86
Color gris Gris

13. APLICACIONES
 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).

14. SÓLIDOS CRISTALINOS
GALIO
Estructura cristalina Ortorrómbica
Nº CAS 7440-55-3
Nº EINECS 231-163-8
Calor especifico 370 J/(k.kg)
Conductividad eléctrica 6,78 10 6 S/m
Conductividad térmica 40,6 W/(K. m)
Velocidad del sonido 2740 m/s a 293,15 k (20ºC)

15. GALIO
El galio es un elemento químico de la tabla
periódica de número atómico 31 y símbolo
Ga.
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

16. PROPIEDADES
PROPIEDADES ATÓMICAS
Radio medio 130pm
Electronegatividad 1,81 (Pauling)
Radio atómico 136pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 126pm
Radio de van der Waals 187 pm
Estado(s) de oxidación 3
Óxido Anfótero
PROPIEDADES FÍSICAS
Estado ordinario Sólido
Densidad 5904 kg/m3
Punto de fusión 302,91 k (30ºC)
Punto de ebullición 2477 K (2204ºC)
Entalpía de vaporización 258,7 KJ/mol
Entalpía de fusión 5,59 kJ/mol
Presión de vapor
9,31 X 10 -36 Pa a
302,9K