SOLIDOS CRISTALINOS

Curso: Física Electrónica

Alumno: Yerson Cadillo Espinoza

Ciclo: IV

SOLIDOS CRISTALINOSEstructura 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 dela tabla periódica de los elementos formandoparte de la familia de los carbono ideos desímbolo Si. Es el segundo elemento másabundante en la corteza terrestre (27,7% enpeso) 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.

Estructura Cristalina del Silicio

Propiedades

• Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y elgermanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble ypresenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es unelemento relativamente inerte y resiste la acción de lamayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalisdiluidos. El silicio transmite más del 95% de las longitudesde 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.

Propiedades

• Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gastetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y esatacado por los ácidos nítrico, clorhídrico ysulfúrico, aunque el dióxido de silicio formadoinhibe la reacción. También se disuelve enhidróxido de sodio, formando silicato de sodio ygas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el siliciono es atacado por el aire, pero a temperaturaselevadas reacciona con el oxígeno formando unacapa de sílice que impide que continúe la reacción.A altas temperaturas reacciona también connitrógeno y cloro formando nitruro de silicio ycloruro de silicio respectivamente.

Propiedades

• El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. Noexiste en estado libre, sino que se encuentra en formade dióxido de silicio y de silicatos complejos. Losminerales que contienen silicio constituyen cerca del40% de todos los minerales comunes, incluyendo más del90% de los minerales que forman rocas volcánicas. Elmineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa,ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita ytridimita son las formas cristalinas del silicio existentesen la naturaleza. El dióxido de silicio es el componenteprincipal de la arena. Los silicatos (en concreto los dealuminio, calcio y magnesio) son los componentesprincipales de las arcillas, el suelo y las rocas, en formade feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, yde piedras semipreciosas 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 unmaterial semiconductor muy abundante, tiene un interésespecial en la industria electrónica y microelectrónicacomo material básico para la creación de obleas o chipsque se pueden implantar en transistores, pilas solares yuna gran variedad de circuitos electrónicos. El silicio es unelemento vital en numerosas industrias. El dióxido desilicio (arena y arcilla) es un importante constituyente delhormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción decemento portland. Por sus propiedades semiconductoras seusa en la fabricación de transistores, células solares y todotipo de dispositivos semiconductores; por esta razón seconoce como Silicon Valley (Valle del Silicio) a la región deCalifornia en la que concentran numerosas empresas delsector de la electrónica y la informática. Otrosimportantes 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 componentede las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar elacero, se desoxida el acero fundido añadiéndolepequeñas cantidades de silicio; el acero común contienemenos de un 0,30 % de silicio. El acero al silicio, quecontiene de 2,5 a 4% de silicio, se usa para fabricar losnúcleos de los transformadores eléctricos, pues laaleación presenta baja histéresis (ver Magnetismo).Existe una aleación de acero, el durirón, que contieneun 15% de silicio y es dura, frágil y resistente a lacorrosión; el durirón se usa en los equipos industrialesque están en contacto con productos químicoscorrosivos. El silicio se utiliza también en las aleacionesde cobre, como el bronce y el latón.

Aplicaciones

• El silicio es un semiconductor; su resistividad a lacorriente eléctrica a temperatura ambiente varíaentre la de los metales y la de los aislantes. Laconductividad 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 circuitos integradosque se utilizan en la industria electrónica.

Aplicaciones

• 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 y unaalta resistencia a la mayoría de los productos químicos.El gel de sílice es una sustancia incolora, porosa yamorfa; se prepara eliminando parte del agua de unprecipitado gelatinoso de ácido silícico, SiO2·H2O, elcual se obtiene añadiendo ácido clorhídrico a unadisolución de silicato de sodio. El gel de sílice absorbeagua y otras sustancias y se usa como agente desecantey decolorante.

Aplicaciones

• El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio,es un silicato sintético importante, sólido amorfo,incoloro y soluble en agua, que funde a 1088 °C. Seobtiene haciendo reaccionar sílice (arena) y carbonatode sodio a alta temperatura, o calentando arena conhidróxido de sodio concentrado a alta presión. Ladisolución acuosa de silicato de sodio se utiliza paraconservar huevos; como sustituto de la cola opegamento para hacer cajas y otros contenedores; paraunir gemas artificiales; como agente incombustible, ycomo relleno y adherente en jabones y limpiadores.Otro compuesto de silicio importante es el carborundo,un compuesto de silicio y carbono que se utiliza comoabrasivo.

Aplicaciones

• El monóxido de silicio, SiO, se usa para protegermateriales, recubriéndolos de forma que lasuperficie exterior se oxida al dióxido, SiO2. Estascapas se aplican también a los filtros deinterferencias.

• Fue identificado por primera vez por AntoineLavoisier en 1787.

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

Estado original

Propiedades

• Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blancogrisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo atemperaturas ordinarias. Presenta la misma estructuracristalina que el diamante y resiste a los ácidos yálcalis.

• Forma gran número de compuestos organometálicos y esun importante material semiconductor utilizado entransistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoríade semiconductores, el germanio tiene una pequeñabanda prohibida (band gap) por lo que responde deforma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse enamplificadores de baja intensidad.

Aplicaciones

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.

Propiedades

• 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% alsolidificar y flota en el líquido al igual que el hieloen el agua.

Propiedades

• 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 estableen condiciones normales es ortorrómbica, con 8átomos en cada celda unitaria en la que cadaátomo sólo tiene otro en su vecindad más próximaa una distancia de 2,44 Å y estando los otros seis a2,83 Å. En esta estructura el enlace químicoformado entre los átomos más cercanos escovalente siendo la molécula Ga2 la que realmenteforma 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