1. SOLIDOS CRISTALINOS
Curso: Física Electrónica
Alumno: Yerson Cadillo
Espinoza
Ciclo: IV

2. SOLIDOS CRISTALINOS
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 carbono ideos 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
Estado original

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

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