Este documento describe las propiedades y aplicaciones de tres elementos químicos: el silicio, el germanio y el galio. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y se usa ampliamente en la electrónica y la industria debido a sus propiedades semiconductoras. El germanio es un metaloide que se utiliza en aplicaciones similares al silicio aunque de forma más limitada debido a su mayor costo. El galio es un metal blando que se emplea principalmente en circuitos integrados y dispositivos optoelectr

1. Sólidos Cristalinos
Física Electrónica
Juan Villacorta

2. SILICIO

3. Elemento químico metaloide o
semimetálico cuyo símbolo es "Si" y
su número atómico es 14. Pertenece
al grupo 14 (IVA) de la tabla
periódica de los elementos y forma
parte de la familia de los
carbonoideos.
El silicio amorfo es un polvo
pardo, mas activo químicamente
que la variedad cristalina. Se une
El silicio no existe libre en la con el flúor a temperaturas
naturaleza. Como dióxido se ordinarias, y con oxigeno, cloro,
encuentra en varias formas de bromo, azufre, nitrógeno,
cuarzo: Cristal de roca, Amatista, carbono y boro a temperaturas
Cuarzo ahumado, Cuarzo rosa, y progresivamente mas altas.
cuarzo lechoso.
Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno.
El Silicio en la naturaleza

4. El átomo de silicio presenta un enlace covalente,
esto quiere decir que cada átomo está 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.
Al aplicarle energía externa, ya sea de calor o de luz, se rompen los
enlaces quedando un electrón libre por cada enlace roto, pero a su
vez, se tiene un hueco vacío, el que ocupaba el electrón. De esta forma
se obtiene corriente eléctrica, por el movimiento de los electrones
hacía los potenciales positivos y del movimiento de los huecos hacía
los potenciales negativos. Esto sucede así siempre que se utiliza al
silicio como un semiconductor intrínseco.
Cuando queremos usar el silicio como semiconductor extrínseco, se
colocan impurezas en el enlace covalente, lo cual hace que sea más
fácil ganar o perder un electrón.
Estructura Cristalina del Silicio

5. 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.
Propiedades del Silicio

6. Aleaciones Preparación
Cerámica Técnica Hormigón
de siliconas
El silicio es un
elemento vital en
numerosas industrias
Semiconductores / Chips / Microchips
Vidrios
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. 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.
En fabricación de vidrio para ventanas y
Aplicaciones del Silicio
aislantes. El carburo de silicio es uno de los
abrasivos más importantes.

7. GERMANIO

8. El germanio es un elemento químico Es un metaloide sólido duro,
con número atómico 32, y símbolo cristalino, de color blanco
Ge perteneciente al grupo 4 de la grisáceo lustroso, quebradizo,
tabla periódica de los elementos. 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
El germanio tiene cinco isótopos semiconductores, el germanio
estables siendo el más abundante tiene una pequeña banda
el Ge-74 (35,94%). Se han prohibida (band gap) por lo
caracterizado 18 radioisótopos de que responde de forma eficaz
germanio, siendo el Ge-68 el de a la radiación infrarroja y
mayor vida media con 270,8 días. puede usarse en
Se conocen además 9 estados amplificadores de baja
metaestables. intensidad.
Características del Germanio

9. 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 Semiconductores /
Amplificadores de Chips /
guitarras eléctricas Microchips
Radares
Quimioterapia Microscopios
El germanio es empleado en: electrónica, radares, 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). Se emplea también en 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.
Aplicaciones del Germanio

10. GALIO

11. 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 de la ambiente. 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. 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 condicione
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.
Características del Galio

12. 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.
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.
Semiconductores / Chips / Microchips Laser
Medicina Nuclear
Aplicaciones del Galio LED

13. • http://solete.nichese.com/silicio.html
• http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
• http://www.edutecne.utn.edu.ar/microelectronica/01-
ELEMENTOS%20DE%20MICROELECTR%C3%93NICA.pdf
• http://www.periodni.com/es/ga.html
• http://www.acienciasgalilei.com/qui/elementos/ge.htm
Referencias