Curso Física Electrónica

Alumno: Víctor Benjamín Gómez Santos

Ciclo: IV

Estructura cristalina, propiedades y aplicaciones de los siguientes elementos:

Silicio

Germanio

Galio

Silicio El silicio es un elemento químico metaloide, número

atómico 14 y situado en el grupo 4 de la tabla periódicade los elementos formando parte de la familia de loscarbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elemento másabundante en la corteza terrestre (27,7% en peso)después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa ycristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activoque la variante cristalina, que se presenta en octaedrosde color azul grisáceo y brillo metálico.

Estructura Cristalina del Silicio

Propiedades Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el

germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presentaun brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elementorelativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos,reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite másdel 95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o de cristalesnegros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio(SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en unhorno eléctrico. El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficientepara rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto defusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y unadensidad relativa de 2,33. Su masa atómica es 28,086.

Propiedades Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de

silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídricoy sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción.También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato desodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no esatacado por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con eloxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe lareacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno ycloro formando nitruro de silicio y cloruro de siliciorespectivamente.

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 yde silicatos complejos. Los minerales que contienen silicioconstituyen cerca del 40% de todos los minerales comunes,incluyendo más del 90% de los minerales que forman rocasvolcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa,ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita sonlas formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxidode silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (enconcreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los componentesprincipales de las arcillas, el suelo y las rocas, en forma defeldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, y de piedrassemipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

Aplicaciones Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la

industria de la cerámica técnica y, debido a que es un materialsemiconductor muy abundante, tiene un interés especial en laindustria electrónica y microelectrónica como material básico parala creación de obleas o chips que se pueden implantar entransistores, pilas solares y una gran variedad de circuitoselectrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas industrias.El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyentedel hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción decemento portland. Por sus propiedades semiconductoras se usa enla fabricación de transistores, células solares y todo tipo dedispositivos semiconductores; por esta razón se conoce como SiliconValley (Valle del Silicio) a la región de California en la que concentrannumerosas empresas del sector de la electrónica y la informática.Otros importantes usos del silicio son:

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.

Aplicaciones Se utiliza en la industria del acero como componente de las

aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxidael acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio;el acero común contiene menos de un 0,30 % de silicio. Elacero al silicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio, se usa parafabricar los núcleos de los transformadores eléctricos, pues laaleación presenta baja histéresis (ver Magnetismo). Existe unaaleación de acero, el durirón, que contiene un 15% de silicio yes dura, frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa enlos equipos industriales que están en contacto con productosquímicos corrosivos. El silicio se utiliza también en lasaleaciones de cobre, como el bronce y el latón.

Aplicaciones El silicio es un semiconductor; su resistividad a la

corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre lade los metales y la de los aislantes. La conductividad delsilicio se puede controlar añadiendo pequeñas cantidadesde impurezas llamadas dopantes. La capacidad decontrolar las propiedades eléctricas del silicio y suabundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrolloy aplicación de los transistores y circuitos integrados quese utilizan en la industria electrónica.

Aplicaciones La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio,

barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen importantesaplicaciones individuales. La sílice fundida, que es un vidrioque se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetraclorurode silicio, se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación yuna alta resistencia a la mayoría de los productos químicos. Elgel de sílice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; seprepara eliminando parte del agua de un precipitadogelatinoso de ácido silícico, SiO2·H2O, el cual se obtieneañadiendo ácido clorhídrico a una disolución de silicato desodio. El gel de sílice absorbe agua y otras sustancias y se usacomo agente desecante y decolorante.

Aplicaciones El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es un

silicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro y solubleen agua, que funde a 1088 °C. Se obtiene haciendo reaccionarsílice (arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, ocalentando arena con hidróxido de sodio concentrado a altapresión. La disolución acuosa de silicato de sodio se utilizapara conservar huevos; como sustituto de la cola o pegamentopara hacer cajas y otros contenedores; para unir gemasartificiales; como agente incombustible, y como relleno yadherente en jabones y limpiadores. Otro compuesto de silicioimportante es el carborundo, un compuesto de silicio ycarbono que se utiliza como abrasivo.

Aplicaciones El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger

materiales, recubriéndolos de forma que la superficieexterior se oxida al dióxido, SiO2. Estas capas se aplicantambién a los filtros de interferencias.

Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en1787.

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

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.

Estructura Cristalina del Germanio

Propiedades Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco

grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo atemperaturas ordinarias. Presenta la misma estructuracristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.

Forma gran número de compuestos organometálicos y es unimportante material semiconductor utilizado en transistores yfotodetectores. A diferencia de la mayoría desemiconductores, el germanio tiene una pequeña bandaprohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a laradiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de bajaintensidad.

AplicacionesLas 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

Galio El galio es un elemento químico de la tabla periódica de

número atómico 31 y símbolo Ga.

Estructura Cristalina del Galio

Propiedades El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y

plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajastemperaturas que funde a temperaturas cercanas a la dela ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e inclusocuando se lo agarra con la mano por su bajo punto defusión (28,56 °C). El rango de temperatura en el quepermanece líquido es uno de los más altos de los metales(2174 °C separan sus punto de fusión y ebullición) y lapresión de vapor es baja incluso a altas temperaturas. Elmetal se expande un 3,1% al solidificar y flota en ellíquido al igual que el hielo en el agua.

Propiedades Presenta una acusada tendencia a subenfriarse por debajo del

punto de fusión (permaneciendo aún en estado líquido) por loque es necesaria una semilla (un pequeño sólido añadido allíquido) para solidificarlo. La cristalización no se produce enninguna de las estructuras simples; la fase estable encondiciones normales es ortorrómbica, con 8 átomos en cadacelda unitaria en la que cada átomo sólo tiene otro en suvecindad más próxima a una distancia de 2,44 Å y estando losotros seis a 2,83 Å. En esta estructura el enlace químicoformado entre los átomos más cercanos es covalente siendo lamolécula Ga2 la que realmente forma el entramado cristalino.

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.

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