SOLIDOS CRISTALINOS

SOLIDOS CRISTALINOS
Estructura cristalina, propiedades y
aplicaciones de los siguientes elementos:
Silicio
Germanio
Galio

Silicio
Polvo de silicio Policristal de silicio Olivino.

Silicio
• El silicio es un elemento químico metaloide,
número atómico 14 y situado en el grupo 4 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.

Estructura Cristalina del Silicio

silicio
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
N° CAS 7440-21-3
N° EINECS 231-130-8
Calor específico 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(20 °C)
Estructura Cristalina del Silicio

Propiedades
• 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
• Se disuelve en ácido fluorhídrico 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.

Propiedades
• 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 ceolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino,
granate, zircón, topacio y turmalina.

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 Silicon Valley (Valle del Silicio) a la región
de California en la que concentran numerosas empresas del
sector de la electrónica y la informática. Otros importantes usos
del silicio son:

Aplicaciones
• 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.

Aplicaciones
• Se utiliza en la industria del acero como componente de
las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se
desoxida el acero fundido añadiéndole pequeñas
cantidades de silicio; el acero común contiene menos de
un 0,30 % de silicio. El acero al silicio, que contiene de
2,5 a 4% de silicio, se usa para fabricar los núcleos de los
transformadores eléctricos, pues la aleación presenta
baja histéresis (ver Magnetismo). Existe una aleación de
acero, el durirón, que contiene un 15% de silicio y es
dura, frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa
en los equipos industriales que están en contacto con
productos químicos corrosivos. El silicio se utiliza
también en las aleaciones de cobre, como el bronce y el
latón.

Aplicaciones
• El silicio es un semiconductor; su resistividad a
la corriente eléctrica a temperatura ambiente
varía entre la de los metales y la de los
aislantes. La conductividad del silicio se puede
controlar añadiendo pequeñas cantidades de
impurezas llamadas dopantes. La capacidad de
controlar las propiedades eléctricas del silicio y
su abundancia en la naturaleza han posibilitado
el desarrollo y aplicación de los transistores y
circuitos integrados que se utilizan en la
industria electrónica.

Aplicaciones
• La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de
vidrio, barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen
importantes aplicaciones individuales. La sílice fundida,
que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo o
hidrolizando tetracloruro de silicio, se caracteriza por un
bajo coeficiente de dilatación y una alta resistencia a la
mayoría de los productos químicos. El gel de sílice es una
sustancia incolora, porosa y amorfa; se prepara
eliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso
de ácido silícico, SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendo
ácido clorhídrico a una disolución de silicato de sodio. El
gel de sílice absorbe agua y otras sustancias y se usa
como agente desecante y decolorante.

Aplicaciones
• El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio,
es un silicato sintético importante, sólido amorfo,
incoloro y soluble en agua, que funde a 1088 °C. Se
obtiene haciendo reaccionar sílice (arena) y carbonato de
sodio a alta temperatura, o calentando arena con
hidróxido de sodio concentrado a alta presión. La
disolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para
conservar huevos; como sustituto de la cola o pegamento
para hacer cajas y otros contenedores; para unir gemas
artificiales; como agente incombustible, y como relleno y
adherente en jabones y limpiadores. Otro compuesto de
silicio importante es el carborundo, un compuesto de
silicio y carbono que se utiliza como abrasivo.

Aplicaciones
• 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.
• Fue identificado por primera vez por Antoine
Lavoisier en 1787.
Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

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

Estructura Cristalina del Germanio

Estructura Cristalina del Germanio
germanio
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
N° CAS 7440-56-4
N° EINECS 231-164-3
Conductividad eléctrica 1,45 S/m
Conductividad térmica 59,9 W/(K·m)

Propiedades
• 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.

Aplicaciones
Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo
• 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).
Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Germanio

Galio
• Elemento químico metálico, raro, blanco,
duro y maleable, parecido al aluminio, que
suele aparecer en minerales de cinc. Núm.
atóm. 31. Símb. Ga.

Estructura Cristalina del Galio

Estructura Cristalina del Galio
galio
Estructura cristalina Ortorrómbica
N° CAS 7440-55-3
N° EINECS 231-163-8
Conductividad eléctrica 6,78 106
S/m
Conductividad térmica 40,6 W/(K·m)

Propiedades
• 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 (como
cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se lo
agarra con 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 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.

Propiedades
• 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 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.

Aplicaciones
• 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.

Aplicaciones
• 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.
Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Galio

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