Curso: Física Electrónica

Alumno: Bruno Quispe Eduardo

Felix

Ciclo: IV

Estructura cristalina, propiedades y aplicaciones de los siguientes

elementos:

Silicio

Germanio

Galio

El silicio es un elemento químico metaloide,número atómico 14 y situado en el grupo 4de la tabla periódica de los elementosformando parte de la familia de los carbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elementomás abundante en la corteza terrestre (27,7%en peso) después del oxígeno. Se presenta enforma amorfa y cristalizada; el primero es unpolvo parduzco, más activo que la variantecristalina, que se presenta en octaedros decolor azul grisáceo y brillo metálico.

Sus propiedades son intermedias entre las del carbono yel germanio. En forma cristalina es muy duro y pocosoluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo.Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste laacción de la mayoría de los ácidos, reacciona con loshalógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite más del95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o decristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, odióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, comocarbono o magnesio, en un horno eléctrico. El siliciocristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar elvidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto defusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C yuna densidad relativa de 2,33. Su masa atómica es 28,086.

Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por losácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxidode silicio formado inhibe la reacción. También sedisuelve en hidróxido de sodio, formando silicato desodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias elsilicio no es atacado por el aire, pero a temperaturaselevadas reacciona con el oxígeno formando una capade sílice que impide que continúe la reacción. A altastemperaturas reacciona también con nitrógeno y cloroformando nitruro de silicio y cloruro de siliciorespectivamente.

El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. Noexiste en estado libre, sino que se encuentra en forma dedióxido de silicio y de silicatos complejos. Los mineralesque contienen silicio constituyen cerca del 40% de todoslos minerales comunes, incluyendo más del 90% de losminerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo,sus variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal yjaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son lasformas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. Eldióxido de silicio es el componente principal de la arena.Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio ymagnesio) son los componentes principales de las arcillas,el suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles,piroxenos, micas y ceolitas, y de piedras semipreciosascomo el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

Se utiliza en aleaciones, en la preparación de lassiliconas, en la industria de la cerámica técnica y, debido aque es un material semiconductor muy abundante, tieneun interés especial en la industria electrónica ymicroelectrónica como material básico para la creación deobleas o chips que se pueden implantar entransistores, pilas solares y una gran variedad de circuitoselectrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosasindustrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es unimportante constituyente del hormigón y los ladrillos, y seemplea en la producción de cemento portland. Por suspropiedades semiconductoras se usa en la fabricación detransistores, células solares y todo tipo de dispositivossemiconductores; por esta razón se conoce como SiliconValley (Valle del Silicio) a la región de California en la queconcentran numerosas empresas del sector de laelectrónica y la informática. Otros importantes usos delsilicio son:

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.

Se utiliza en la industria del acero como componentede las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar elacero, se desoxida el acero fundido añadiéndolepequeñas cantidades de silicio; el acero comúncontiene menos de un 0,30 % de silicio. El acero alsilicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio, se usapara fabricar los núcleos de los transformadoreseléctricos, pues la aleación presenta baja histéresis(ver Magnetismo). Existe una aleación de acero, elduraron, que contiene un 15% de silicio y es dura,frágil y resistente a la corrosión; el duraron se usa enlos equipos industriales que están en contacto conproductos químicos corrosivos. El silicio se utilizatambién en las aleaciones de cobre, como el bronce yel latón.

El silicio es un semiconductor; su resistividad ala corriente eléctrica a temperatura ambientevaría entre la de los metales y la de los aislantes.La conductividad del silicio se puede controlarañadiendo pequeñas cantidades de impurezasllamadas dopantes. La capacidad de controlar laspropiedades eléctricas del silicio y su abundanciaen la naturaleza han posibilitado el desarrollo yaplicación de los transistores y circuitosintegrados que se utilizan en la industriaelectrónica.

La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación devidrio, barnices, esmaltes, cemento y porcelana, ytienen importantes aplicaciones individuales. La sílicefundida, que es un vidrio que se obtiene fundiendocuarzo o hidrolizando tetracloruro de silicio, secaracteriza por un bajo coeficiente de dilatación yuna alta resistencia a la mayoría de los productosquímicos. El gel de sílice es una sustancia incolora,porosa y amorfa; se prepara eliminando parte delagua de un precipitado gelatinoso de ácido silícico,SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendo ácidoclorhídrico a una disolución de silicato de sodio. Elgel de sílice absorbe agua y otras sustancias y se usacomo agente desecante y decolorante.

El monóxido de silicio, SiO, se usa paraproteger materiales, recubriéndolos de formaque la superficie exterior se oxida al dióxido,SiO2. Estas capas se aplican también a losfiltros de interferencias.

Fue identificado por primera vez por AntoineLavoisier en 1787.

Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica de los elementos.

Es un metaloide sólido duro, cristalino, de colorblanco grisáceo lustroso, quebradizo, queconserva el brillo a temperaturas ordinarias.Presenta la misma estructura cristalina que eldiamante y resiste a los ácidos y álcalis.

Forma gran número de compuestosorganometálicos y es un importante materialsemiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría desemiconductores, el germanio tiene una pequeñabanda prohibida (band gap) por lo que respondede forma eficaz a la radiación infrarroja y puedeusarse en amplificadores de baja intensidad.

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

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 estadolíquido y plateado brillante al solidificar, sólidodeleznable a bajas temperaturas que funde atemperaturas cercanas a la de la ambiente (comocesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se loagarra con la mano por su bajo punto de fusión(28,56 °C). El rango de temperatura en el quepermanece líquido es uno de los más altos de losmetales (2174 °C separan sus punto de fusión yebullición) y la presión de vapor es baja incluso aaltas temperaturas. El metal se expande un 3,1%al solidificar y flota en el líquido al igual que elhielo en el agua.

Presenta una acusada tendencia a subenfriarse pordebajo del punto de fusión (permaneciendo aún enestado líquido) por lo que es necesaria una semilla(un pequeño sólido añadido al líquido) parasolidificarlo. La cristalización no se produce enninguna de las estructuras simples; la fase estable encondiciones normales es ortorrómbica, con 8 átomosen cada celda unitaria en la que cada átomo sólotiene otro en su vecindad más próxima a unadistancia de 2,44 Å y estando los otros seis a 2,83 Å.En esta estructura el enlace químico formado entrelos átomos más cercanos es covalente siendo lamolécula Ga2 la que realmente forma el entramadocristalino.

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.

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