Sólidos Cristalinos
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SILICIO
El silicio es un elemento químico metaloide, de número
atómico 14 y situado en el grupo 14 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 oxigeno. 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.
Descubridor:
Jöns Jacob Berzelius.
Lugar de descubrimiento:
Suecia.
Año de descubrimiento:
1824.
Origen del nombre:
El nombre "silicio" deriva del latín "silex" (pedernal). Este nombre proviene de
que los compuestos de silicio eran de gran importancia en la prehistoria: las
herramientas y las armas, hechas de pedernal, una de las variedades del dióxido
de silicio, fueron los primeros utensilios del hombre.
Obtención:
Aunque, previamente, Davy pensaba que la sílice no era un elemento, no pudo
descomponerla. En 1824, Berzelius obtuvo silicio amorfo al hacer reaccionar
tetrafluoruro de silicio sobre potasio fundido. Al lavar el producto con agua
obtuvo un polvo pardo que era silicio amorfo. En 1854, Sainte-Claire Deville
preparó silicio cristalino por electrólisis de un cloruro impuro de sodio y aluminio.
El silicio estaba contenido en el aluminio en forma de escamas brillantes, al
eliminar el aluminio por disolución quedó el silicio cristalino.
Métodos de Obtención:
Mediante aluminotermia a partir de la sílice, óxido de
silicio, y tratando el producto con ácido clorhídrico en el
cual el silicio es insoluble.
Reducción de sílice con carbono o carburo de calcio
en un horno eléctrico con electrodos de carbono.
Reducción de tetracloruro de silicio con hidrógeno
(para obtenerlo de forma muy pura).
El silicio hiperpuro se obtiene por reducción térmica de
triclorosilano, HSiCl3, ultrapuro en atmósfera de
hidrógeno y posterior fusión por zonas a vacío.
Aplicaciones:
Utilizado para producir chips para ordenadores.
Las células fotovoltaicas para conversión directa de energía solar en eléctrica
utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico.
El silicio hiperpuro puede doparse con boro, galio, fósforo o arsénico, aumentando
su conductividad; se emplea para la fabricación de transistores, rectificadores y
otros dispositivos de estado sólido ampliamente empleados en electrónica.
Se utiliza como integrante de aleaciones para dar mayor resistencia a aluminio,
magnesio, cobre y otros metales.
La arena y arcilla (silicatos) se usan para fabricar ladrillos y hormigón; son un
material refractario que permite trabajar a altas temperaturas.
El metasilicato de sodio, Na2SiO3, es una sal empleada en detergentes para
tamponar e impedir que la suciedad entre en el tejido: los iones metasilicatos, SiO3-
2,se unen a las partículas de suciedad, dándoles carga negativa, lo que impide que
se agreguen y formen partículas insolubles.
Al acidificar el ortosilicato de silicio se obtiene un precipitado gelatinoso de sílice
(sílica gel) que se emplea como agente desecante, soporte para catalizadores,
cromatografía y aislante térmico.
La sílice (arena) es el principal ingrediente del vidrio, uno de los materiales más
baratos con excelentes propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas.
Las siliconas son derivados poliméricos del silicio. Se utilizan para juguetes,
lubricantes, películas impermeables, implantes para cirugía estética, ...
El carburo de silicio se utiliza como abrasivo importante, para componentes
refractarios.
Nombre: Silicio Símbolo: Si
Número atómico: 14Masa atómica
(uma): 28,0855
Período: 3 Grupo: IVA (carbonoideos)
Bloque: p (representativo) Valencias: +2, +4, -4
PROPIEDADES PERIÓDICAS
Configuración electrónica: [Ne]
3s2 3p2 Radio atómico (Å): 1,32
Radio iónico (Å): 0,41 (+4) Radio covalente (Å): 1,11
Energía de ionización (kJ/mol): 786 Electronegatividad: 1,90
Afinidad electrónica (kJ/mol): 134
PROPIEDADES FÍSICAS
Densidad (g/cm3): 2,33Color: gris con brillo
metálico
Punto de fusión (ºC): 1414Punto de ebullición
(ºC): 2680
Volumen atómico (cm3/mol): 12,06
Propiedades:
Estructura Cristalina del Silicio:
Silicio
GERMANIO
El germanio es un elemento químico con número
atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al período 4 de
la tabla periódica de los elementos. 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.
Descubridor:
Clemens Winkler.
Lugar de descubrimiento:
Alemania.
Año de descubrimiento:
1886.
Origen del nombre:
De la palabra latina "Germania", que significaba "Alemania".
Obtención:
El germanio era un elemento cuya existencia había sido predicha por
Mendeleiev en 1871. Predijo que este elemento debería tener propiedades
análogas al silicio y le llamó eka-silicio. Sus predicciones estaban
extremadamente próximas a la realidad. Fue obtenido por Winkler del mineral
argirodita.
Métodos de Obtención:
Se obtiene como subproducto en los procesos de
obtención de cobre, zinc y en las cenizas de ciertos
carbones. Para la purificación ulterior se utiliza el
proceso llamado fusión por zonas.
Aplicaciones:
Se utiliza como semiconductor.
El germanio dopado con arsénico, galio, u otros elementos se utiliza como
transistor.
Por ser transparente a la radiación infrarroja se emplea en forma de monocristales
en espectroscopios infrarrojos (lentes, prismas y ventanas) y otros aparatos ópticos
entre los que se encuentran detectores infrarrojos extremadamente sensibles.
El óxido de germanio se aplica en lentes gran angular de cámaras y en objetivos
de microscopio.
El germanio se utiliza como detector de la radiación gamma.
Los compuestos organogermánicos se están utilizando en quimioterapia, pues
tienen poca toxicidad para los mamíferos y son eficaces contra ciertas bacterias.
Propiedades:
Nombre: Germanio Símbolo: Ge
Número atómico: 32Masa atómica
(uma): 72,61
Período: 4Grupo: IVA
(carbonoideos)
Bloque: p (representativo) Valencias: +2, +4,
PROPIEDADES PERIÓDICAS
Configuración electrónica: [Ar]
3d10 4s2 4p2 Radio atómico (Å): 1,25
Radio iónico (Å):0,53 (+4), 0,93
(+2)
Radio covalente
(Å): 1,22
Energía de ionización
(kJ/mol): 784
Electronegatividad: 2,0
1
Afinidad electrónica
(kJ/mol): 116
PROPIEDADES FÍSICAS
Densidad (g/cm3): 5,323 Color: Grisáceo
Punto de fusión (ºC): 938Punto de ebullición
(ºC): 2830
Volumen atómico
(cm3/mol): 13,64
Estructura Cristalina del Germanio:
Germanio
GALIO
El galio es un elemento químico de la tabla periódica de número atómico
31 y símbolo Ga. 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 del ambiente (como cesio, mercurio
y rubidio) e incluso se vuelve liquido cuando se sostiene en 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 puntos 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.
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. A otra presión y temperatura se han encontrado
numerosas fases estables y metaestables distintas.
El galio corroe otros metales al difuminarse en sus redes cristalinas.
Descubridor:
Paul Emile Lecoq de Boisbaudran.
Lugar de descubrimiento:
Francia.
Año de descubrimiento:
1875.
Origen del nombre:
De la palabra latina "Gallia" que significaba "Francia" o quizás en honor de su
apellido, pues Lecoq significa "gallo" y la palabra latina correspondiente es
"gallus".
Obtención:
El galio fue un elemento cuya existencia había predicho con anterioridad
Mendeleiev, en 1871. Predijo que este desconocido elemento debería ser similar
al aluminio en sus propiedades y, por tanto, sugirió el nombre de eka-aluminio.
Su predicción sobre las propiedades del galio eran muy cercanas a la realidad.
El galio fue descubierto espectroscópicamente por Lecoq de Boisbaudran en
1875, en ese mismo año lo obtuvo mediante electrólisis de una disolución de
hidróxido de galio en potasa.
Métodos de Obtención:
Se obtiene como subproducto en la obtención de zinc
y de aluminio.
Aplicaciones:
Se emplea en el dopado de semiconductores y en la fabricación de dispositivos de
estado sólido como: transistores, diodos, células solares, etc.
El 72Ga se emplea en el diagnóstico y terapia de tumores óseos.
Se utiliza en aleaciones con bajo punto de fusión.
El arseniuro de galio se usa para convertir la electricidad en luz coherente (láser).
Con hierro, litio, magnesio, itrio y gadolinio forma materiales magnéticos.
El galato de magnesio, con impurezas de iones divalentes, se utiliza en la pólvora
de fósforos activados con luz ultravioleta.
El galio se utiliza para la detección de neutrinos solares.
Propiedades:
Nombre: Galio Símbolo: Ga
Número atómico: 31M. atómica
(uma): 69,723
Período: 4 Grupo: IIIA (térreo)
Bloque: p (representativo) Valencias: +1, +3
PROPIEDADES PERIÓDICAS
Configuración electrónica: [Ar]
3d10 4s2 4p1
Radio atómico
(Å): 1,30
Radio iónico (Å): 1,13 (+1), 0,62
(+3)
Radio covalente
(Å): 1,26
Energía de ionización
(kJ/mol): 578
Electronegatividad: 1,
81
Afinidad electrónica (kJ/mol): 29
PROPIEDADES FÍSICAS
Densidad (g/cm3): 5,904Color: Plateado-
blanco
Punto de fusión (ºC): 30P. de ebullición
(ºC): 2204
Volumen atómico
(cm3/mol): 11,81
Estructura Cristalina del Galio:
Galio
Fuentes:
http://www.lenntech.es
http://www.quimicaweb.net
http://es.wikipedia.org
