El documento proporciona información sobre las propiedades y usos del silicio. El silicio es un metaloide abundante en la corteza terrestre que se presenta en forma amorfa o cristalina. Tiene propiedades intermedias entre el carbono y el germanio y se utiliza principalmente en la industria electrónica debido a sus propiedades semiconductoras, así como en la fabricación de vidrio, cerámica y aleaciones.

1. FISICA ELECTRONICA

2. SILICIO
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DEFINICION
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.

3. SILICIO
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ESTRUCTURA CRISTALINA

4. SILICIO
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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.

5. SILICIO
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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.

6. SILICIO
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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.

7. SILICIO
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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:

8. SILICIO
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- 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. SILICIO
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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.

10. SILICIO
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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.

11. SILICIO
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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.

12. SILICIO
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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.

13. SILICIO
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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.

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

15. GERMANIO
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ESTRUCTURA CRISTALINA

16. GERMANIO
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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 organo metálicos y es
un importante material semiconductor utilizado en
transistores y foto detectores. 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.

17. GERMANIO
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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).

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

19. GALIO
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ESTRUCTURA CRISTALINA

20. GALIO
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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.

21. GALIO
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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.

22. GALIO
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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.

23. GALIO
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- 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.