SÓLIDOS CRISTALINOSSILICIO, GERMANIO Y GALIO

¿Qué es un sólido cristalino?

Los sólidos cristalinos están compuestos porátomos cuyas estructuras están ordenados demanera regular formando redes cristalina, cuyaconfiguración regular puede alcanzar distanciasmuy grandes.

Una base para clasificar los sólidos cristalinos es lanaturaleza de las fuerzas que mantienen unidos losátomos en el ordenamiento de la red cristalina. Laenergía de cohesión de los átomos en un cristal,depende de las fuerzas de enlace dominantes entreesos átomos.

Los sólidos cristalinos pueden ser de carácteriónicos, covalentes, moleculares o metálicos.

Silicio.

• Símbolo Si, número atómico 14 y peso atómico 28.086.

• El silicio es el elemento electropositivo más abundante de la corteza terrestre. Es unmetaloide con marcado lustre metálico y sumamente quebradizo. Por lo regular, estetravalente en sus compuestos, aunque algunas veces es divalente, y es netamenteelectropositivo en su comportamiento químico.

• Además, se conocen compuestos de silicio pentacoordinados y hexacoordinados

• Después del oxígeno, el silicio es el elemento mas abundante de la corteza terrestre.Cuando está formando el sílice (SiO2) o arena, sus propiedades físicas no parecen muyespeciales.

• El silicio cristalino irrita la piel y los ojos por contacto. Su inhalación causa irritación de lospulmones y de la membrana mucosa. La irritación de los ojos provoca lagrimeo yenrojecimiento. Enrojecimiento, formación de costras y picores son características de lainflamación cutánea..

• El cáncer de pulmón está asociado con exposiciones a silicio cristalino (especialmentecuarzo y cristobalita) en lugares de trabajo. En estudios realizados a mineros,trabajadores con tierra de diatomeas, trabajadores del granito, trabajadores de cerámica,trabajadores de ladrillos refractarios y otros trabajadores se ha documentado unarelación exposición-respuesta.

• Estudios epidemiológicos recientes han informado de asociaciones estadísticamentesignificativas de exposiciones ocupacionales a silicio cristalino con enfermedades renalesy cambios renales subclínicos.

• La exposición ocupacional al silicio cristalino respirable está asociado con bronquitis,enfermedad crónica de obstrucción pulmonar (COPD) y enfisema. Algunos estudiosepidemiológicos sugieren que estos efectos sobre la salud pueden ser menos frecuenteso ausentes en los no fumadores.

Efectos del Silicio sobre la Salud.

• Los cereales integrales son una de las fuentes naturales más ricas en Silicio orgánico. Laslegumbres y las hortalizas como la remolacha, la patata y la alfalfa también son buenasfuentes. Entre las plantas medicinales ricas en Silicio orgánico destaca sin lugar a dudas la Colade caballo (Equisetum Arvense) Es el vegetal conocido más rico en Silicio orgánico ya quepuede (según el clima y el tipo de suelo) contener entre un 10 y un 60 % de este mineral.

• Hay terapias naturales, como las Sales de Schussler y la Homeopatía, que utilizan el Silicioorgánico desde hace muchísimos años con buenísimos resultados en dolencias muy diversas.Suele venderse en forma de comprimidos.

• La fitoterapia también utiliza la Cola de Caballo desde hace siglos para aportar Silicio orgánicoy remineralizar a los pacientes (fracturas de huesos, osteoporosis, etc.) Se puede tomar laplanta en forma de infusión, en gotas, comprimidos, cápsulas, etc.

• Hoy en día se toma principalmente en forma líquida o en forma gelatinosa. Se trata deldenominado Silicio orgánico OS5 o de quinta generación. Es el resultado de la investigaciónque el químico Norbert Duffaut inició en 1957 y que continuó Le Ribault. En 1994 se sintetizópor fin este Silicio orgánico más asimilable.

• Ayuda a remineralizarnos. Osteoporosis, fracturas óseas, épocas de crecimiento, artrosis,reumatismos, artritis y la mayoría de enfermedades que afectan a huesos, tendones,cartílagos y articulaciones y que cursan con dolor o inflamación pueden beneficiarse de laspropiedades del Silicio orgánico

Los beneficios del Silicio sobre la Salud.

• Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en laindustria de la cerámica técnica y, debido a que es unmaterial semiconductor muy abundante, tiene un interés especialen la industria electrónica y microelectrónica como material básicopara la creación de obleas o chips que se pueden implantaren transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitoselectrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosasindustrias.

• Tiene propiedades semiconductoras, se usa en la fabricaciónde transistores, células solares. Como material refractario, se usaen cerámicas, vidriados y esmaltados. También como,elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio,para la agricultura. Como elemento de aleación en fundiciones, enla fabricación de vidrio para ventanas y aislantes. Es unsemiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica atemperatura ambiente varía entre la de los metales y la de losaislantes

Aplicaciones del silicio.

Placa delgada de silicio, de unos pocos milímetros cuadrados desuperficie, que sirve de soporte de las partes activas de un circuitointegrado.

Circuitos integrados analógicos.

• Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos,sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos comoamplificadores, osciladores o incluso receptores deradio completos

Circuitos integrados digitales.

• Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta losmás complicados microprocesadores o microcontroladores.

• Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una funciónespecífica dentro de un sistema. Poo ejemplo, excitadores debuses, generadores de reloj, etc., es importante mantener laimpedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio yde microondas

Chip.

son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de laluz solar en electricidad. Algunos materiales presentan unapropiedad conocida como efecto fotoeléctrico en su forma mássimple, estos materiales se compone de un ánodo y un cátodorecubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre elcátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo, de cargapositiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidadde la radiación, que hace que absorban fotones de luz y emitanelectrones. Cuando estos electrones libres son capturados, elresultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada comoelectricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente desilicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre).Actualmente, existen celdas fotovoltaicas, por ejemplo, en nuestrascalculadoras solares así como en los cohetes espaciales.

Celdas Fotovoltaicas.

sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin sufrir en síningún cambio químico.

• Algunas de las aplicaciones de los nuevos catalizadores están basadasen el proceso de desinfección puede ser usado para purificar el aguapotable, esterilizar instrumentos quirúrgicos y hasta eliminar huellasdactilares no deseadas en componentes electrónicos y ópticosdelicados.

• Además de las aplicaciones germicidas, el nuevo catalizador tambiénpodría ser utilizado para eliminar huellas dactilares en superficiesópticas, y en pantallas de ordenadores y de teléfonos móviles.

• La denominada terapia fotodinámica consiste en introducir fotocatalizadores en las células tumorales, de tal manera que cuandoreciben radiación luminosa el foto catalizador las destruye.

• El ejemplo más conocido; es el del convertidor catalítico: su finalidades eliminar productos nocivos para la salud que provienen de los gasesde escape y transformarlos para limitar la polución en el aire

Catalizador.

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado alcontrol y manipulación de la materia a una escala menor queun micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nano-materiales).

• Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicaciónde materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del controlde la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos ypropiedades de la materia a nano escala.

• Nano es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto; demanera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campoesencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente porla escala de la materia con la que trabaja.

Nanotecnología.

Germanio.

• Elemento químico, metálico, gris plata, quebradizo, símbolo Ge, número atómico 32, pesoatómico 72.59, punto de fusión 937.4ºC (1719ºF) y punto de ebullición 2830ºC (5130ºF), conpropiedades entre el silicio y estaño. El germanio se encuentra muy distribuido en la cortezaterrestre con una abundancia de 6.7 partes por millón (ppm). El germanio se halla comosulfuro o está asociado a los sulfuros minerales de otros elementos, en particular con los delcobre, zinc, plomo, estaño y antimonio.

• El germanio tiene una apariencia metálica, pero exhibe las propiedades físicas y químicas deun metal sólo en condiciones especiales, dado que está localizado en la tabla periódica endonde ocurre la transición de metales a no metales. A temperatura ambiente hay pocaindicación de flujo plástico y, en consecuencia, se comporta como un material quebradizo.

• El germanio es divalente o tetravalente. Los compuestos divalentes (óxido, sulfuro y loshalogenuros) se oxidan o reducen con facilidad. Los compuestos tetravalentes son másestables. Los compuestos organogermánicos son numerosos y, en este aspecto, elgermanio se parece al silicio. El interés en los compuestos organogermánicos se centra ensu acción biológica.

PROPIEDADES

APLICACIONES• 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 degermanio se usan como sustrato para el crecimiento en fase vapor de películas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisoresde luz. Se emplean lentes y filtros de germanio en aparatos que operan en la región infrarroja del espectro. Mercurio y cobreimpregnados de germanio son utilizados en detectores infrarrojos; los granates sintéticos con propiedades magnéticas puedentener aplicaciones en los dispositivos de microondas para alto poder y memoria de burbuja magnética; los aditivos de germanioincrementa los amper-horas disponibles en acumuladores.

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

• Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálgicos del sonido de la primera época del rockand roll; aleaciones SiGe en circuitos integrados de alta velocidad. También se utilizan compuestos sandwich Si/Ge para aumentar lamovilidad 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 delambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se sostiene en la mano por subajo punto de fusión (28,56 °C). El rango de temperatura en el que permanece líquido esuno 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. El metal se expande un 3,1% alsolidificar 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 pequeñosólido añadido al líquido) para solidificarlo. La cristalización no se produce en ninguna delas estructuras simples; la fase estable en condiciones normales es ortorrómbica, con 8átomos en cada celda unitaria en la que cada átomo sólo tiene otro en su vecindad máspróxima a una distancia de 2,44 Å y estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura elenlace químico formado entre los átomos más cercanos es covalente siendo la moléculaGa2 la que realmente forma el entramado cristalino.

Símbolo atómico

Visto al microcoscopio

PROPIEDADES

APLICACIONES• El galio es una sustancia plateado blanda y se funde a temperaturas ligeramente superiores a la

temperatura ambiente. Fue descubierto en 1875 por el químico francés Paul Emile Lecoq deBoisbaudran. La mayor parte de producción de galio se produce como un subproducto de la producciónde aluminio o zinc. El galio tiene una amplia variedad de usos en diferentes industrias. Si alguna vez tehas preguntado para qué sirve el galio, a continuación tienes una lista de sus posibles usos:

• El uso principal del galio es en semiconductores donde se utiliza comúnmente en circuitos demicroondas y en algunas aplicaciones de infrarrojos. También se utiliza en para fabricar diodos LED decolor azul y violeta y diodos láser.

• Se puede utilizar en el interior de un telescopio para encontrar neutrinos.

• El galio se usa como un componente en algunos tipos de paneles solares.

• También se utiliza en la producción de espejos.

• El galinstano que es una aleación de galio, indio y estaño, se utiliza en muchos termómetros médicos.Este ha sustituido a los tradicionales termómetros de mercurio que pueden ser peligrosos. Actualmentese encuentra en proceso de investigación la sustitución con galio del mercurio de los empastes dentalespermanentes.

• El galinstano se puede aplicar al aluminio de modo que pueda reaccionar con el agua y generarhidrógeno.

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