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 presenta en forma amorfa o cristalina. Tiene aplicaciones importantes en la electrónica y la industria de los semiconductores. El germanio y el galio son metaloides menos abundantes que también se usan en aplicaciones electrónicas y ópticas debido a sus propiedades semiconductoras.

1. FISICA ELECTRONICA
Walther Leocadio Bailón Paucar

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

3. Silicio
Polvo de silicio Policristal de silicio Olivino.

4. 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.

5. Estructura Cristalina del
Silicio

6. 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

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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:

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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

17. Germanio

18. 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.

19. Estructura Cristalina del
Germanio

20. Estructura Cristalina del
Germanio germanio
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
N° CAS 7440-56-4
N° EINECS 231-164-3
Calor específico 320 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 1,45 S/m
Conductividad térmica 59,9 W/(K·m)
Velocidad del sonido 5400 m/s a 293,15 K(20 °C)

21. 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.

22. 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

23. Galio

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

25. Estructura Cristalina del
Galio

26. Estructura Cristalina del
Galio
galio
Estructura cristalina Ortorrómbica
N° CAS 7440-55-3
N° EINECS 231-163-8
Calor específico 370 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 6,78 106 S/m
Conductividad térmica 40,6 W/(K·m)
Velocidad del sonido 2740 m/s a 293,15 K(20 °C)

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. 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