Este documento describe las propiedades y aplicaciones del silicio, germanio y galio. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y se utiliza ampliamente en la electrónica debido a sus propiedades semiconductoras. El germanio también es un semiconductor que se usa en fibra óptica y detectores infrarrojos. El galio es un metal blando que se funde justo por encima de la temperatura ambiente y se utiliza en termómetros.

1. Curso Física Electrónica
Alumno: MAGNO A. AUGUSTO TICONA
Ciclo: IV
CARRERA: Ing Sistemas

2. Estructura cristalina, propiedades y
aplicaciones de los siguientes
elementos:
Silicio
Germanio
Galio

3. 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.

4. Estructura Cristalina del Silicio

5. 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.

6. 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.

7. 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.

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 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:

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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

15. 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.

16. Estructura Cristalina del Germanio

17. 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.

18. 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

19. Galio
El galio es un elemento químico de la tabla periódica
de número atómico 31 y símbolo Ga.

20. Estructura Cristalina del Galio

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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