El 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 utilizado en fibra óptica y detectores infrarrojos. El galio tiene un bajo punto de fusión y se emplea en termómetros y aleaciones de bajo punto de fusión.

1. Curso Física Electrónica
Alumno: Víctor Benjamín Gómez Santos
Ciclo: IV

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