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SILICIO

El silicio es un elemento químico metaloide, 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 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.

Por Kittel

La ilustración de arriba muestra la disposición de los átomos de silicio en una célula unitaria, con números que indican la altura del átomo por encima de la base del cubo, como una fracción de la dimensión de la celda.

ESTRUCTURA CRISTALINA DEL SILICIO

PROPIEDADES DEL SILICIO

El silicio forma parte de los elementos denominados metaloides o semimetales. Este tipo de elementos tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. En cuanto a su conductividad eléctrica, este tipo de materiales al que pertenece el silicio, son semiconductores.

El estado del silicio en su forma natural es sólido (no magnético). El silicio es un elmento químico de aspecto gris oscuro azulado y pertenece al grupo de los metaloides. El número atómico del silicio es 14. El símbolo químico del silicio es Si. El punto de fusión del silicio es de 16,7 grados Kelvin o de 1413,85 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del silicio es de 31,3 grados Kelvin o de 2899,85 grados celsius o grados centígrados.

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. También se están estudiando las posibles aplicaciones del siliceno, que es una forma alotrópica del silicio que forma una red bidimensional similar al grafeno. Otros importantes usos del silicio 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.

GERMANIO

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.

LAS PROPIEDADES DEL GERMANIO

las propiedades del germanio son tales que este elemento tiene varias aplicaciones importantes, especialmente en la industria de los semiconductores. El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de germanio. Los cristales especiales de germanio se usan como sustrato para el crecimiento en fase vapor de películas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisores de luz. Se emplean lentes y filtros de germanio en aparatos que operan en la región infrarroja del espectro. Mercurio y cobre impregnados de germanio son utilizados en detectores infrarrojos; los granates sintéticos con propiedades magnéticas pueden tener aplicaciones en los dispositivos de microondas para alto poder y memoria de burbuja magnética; los aditivos de germanio incrementa los amper-horas disponibles en acumuladores.

ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GERMANIO

Estructura cristalina:

cúbica centrada en las caras

Dimensiones de la celda unidad / pm:

a=565.754

Grupo espacial:

Fd3m

APLICACIONES DEL GERMANIO

• Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga su sustitución por materiales más económicos.

• 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).

GALIO

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 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 difundirse en sus redes cristalinas.

ESTRUCTURA CRISTALINA DEL GALIO

Número Atómico: 31Masa Atómica: 69,723Número de protones/electrones: 31Número de neutrones (Isótopo 70-Ga): 39Estructura electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p1Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 3Números de oxidación: +1, +3

PROPIEDADES DE GALIO Elemento químico, símbolo Ga, número atómico 31 y peso atómico 69.72. lo descubrió Lecoq de

Boisbaudran en Francia en 1875. Tiene un gran intervalo de temperatura en el estado líquido, y se ha recomendado su uso en termómetros de alta temperatura y manómetros. En aleación con plata y estañó, el galio suple en forma adecuada la amalgama en curaciones dentales; también sirve para soldar materiales no metálicos, incluyendo gemas o amtales. El arseniuro de galio puede utilizarse en sistemas para transformar movimiento mecánico en impulsos eléctricos. Los artículos sintéticos superconductores pueden prepararse por la fabricación de matrices porosas de vanadio o tántalo impregnados con hidruro de galio. El galio ha dado excelentes resultados como semiconductor para uso en rectificadores, transistores, fotoconductores, fuentes de luz, diodos láser o máser y aparatos de refrigeración.

El galio sólido parece gris azulado cuando se expone a la atmósfera. El galio líquido es blanco plateado, con una superficie reflejante brillante. Su punto de congelación es más bajo que el de cualquier metal con excepción del mercurio (-39ºC o -38ºF) y el cesio (28.5ºC u 83.3ºF).

El galio es semejante químicamente al aluminio. Es anfótero, pero poco más ácido que el aluminio. La valencia normal del galio es 3+ y forma hidróxidos, óxidos y sales. El galio funde al contacto con el aire cuando se calienta a 500ºC (930ºF). Reacciona vigorosamente con agua hirviendo, pero ligeramente con agua a temperatura ambiente. Las sales de galio son incoloras; se preparan de manera directa a partir del metal, dado que la purificación de éste es más simple que la de sus sales.

El galio forma aleaciones eutécticas de bajo punto de fusión con varios metales, y compuestos intermetálicos con muchos otros. Todo el aluminio contiene cantidades pequeñas de galio, como impureza inofensiva, pero la penetración intergranular de grandes cantidades a 30ºC causa fallas catastróficas.

APLICACIONES DEL GALIO 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.