Curso Física ElectrónicaAlumno: Alan Eddy Carrasco Sevillano

Ciclo: IV

Estructura cristalina, propiedades y aplicaciones de los siguientes elementos:

SilicioGermanioGalio

El silicio es un elemento químico metaloide,número atómico 14 y situado en el grupo 4 de latabla periódica de los elementos formando partede la familia de los carbonoideos de símbolo Si.Es el segundo elemento más abundante en lacorteza terrestre (27,7% en peso) después deloxígeno. Se presenta en forma amorfa ycristalizada; el primero es un polvo parduzco,más activo que la variante cristalina, que sepresenta en octaedros de color azul grisáceo ybrillo metálico.

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 la mayoría delos ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El siliciotransmite más del 95% de las longitudes de onda de la radiacióninfrarroja.

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.

Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro desilicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico,clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibela reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formandosilicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias elsilicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadasreacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impideque continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona tambiéncon nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de siliciorespectivamente.

El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe enestado 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 ytridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en lanaturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de laarena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio ymagnesio) son los componentes principales de las arcillas, el sueloy las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas yceolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate,zircón, topacio y turmalina.

Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en laindustria 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 numerosasindustrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importanteconstituyente del hormigón y los ladrillos, y se emplea en laproducción de cemento portland. Por sus propiedadessemiconductoras se usa en la fabricación de transistores, célulassolares y todo tipo de dispositivos semiconductores; por estarazón se conoce como Silicon Valley (Valle del Silicio) a la regiónde California en la que concentran numerosas empresas del sectorde la electrónica 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 componente delas aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, sedesoxida el acero fundido añadiéndole pequeñascantidades de silicio; el acero común contiene menos deun 0,30 % de silicio. El acero al silicio, que contiene de 2,5a 4% de silicio, se usa para fabricar los núcleos de lostransformadores eléctricos, pues la aleación presenta bajahistéresis (ver Magnetismo). Existe una aleación de acero,el durirón, que contiene un 15% de silicio y es dura, frágil yresistente a la corrosión; el durirón se usa en los equiposindustriales que están en contacto con productos químicoscorrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones decobre, como el bronce y el 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 controlarlas propiedades eléctricas del silicio y suabundancia en la naturaleza han posibilitado eldesarrollo y aplicación de los transistores ycircuitos integrados que se utilizan en laindustria electrónica.

La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación devidrio, barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienenimportantes aplicaciones individuales. La sílice fundida,que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo ohidrolizando tetracloruro de silicio, se caracteriza por unbajo coeficiente de dilatación y una alta resistencia a lamayoría de los productos químicos. El gel de sílice es unasustancia incolora, porosa y amorfa; se preparaeliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso deácido silícico, SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendoácido clorhídrico a una disolución de silicato de sodio. Elgel de sílice absorbe agua y otras sustancias y se usa comoagente desecante y decolorante.

El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, esun silicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro ysoluble en agua, que funde a 1088 °C. Se obtiene haciendoreaccionar sílice (arena) y carbonato de sodio a altatemperatura, o calentando arena con hidróxido de sodioconcentrado a alta presión. La disolución acuosa desilicato de sodio se utiliza para conservar huevos; comosustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y otroscontenedores; para unir gemas artificiales; como agenteincombustible, y como relleno y adherente en jabones ylimpiadores. Otro compuesto de silicio importante es elcarborundo, un compuesto de silicio y carbono que seutiliza como abrasivo.

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

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, que conserva elbrillo a temperaturas ordinarias. Presenta la mismaestructura cristalina que el diamante y resiste a losácidos y álcalis.

Forma gran número de compuestos organometálicosy es un importante material semiconductor utilizadoen transistores y fotodetectores. A diferencia de lamayoría de semiconductores, el germanio tiene unapequeña banda prohibida (band gap) por lo queresponde de forma eficaz a la radiación infrarroja ypuede usarse 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 que permanecelíquido es uno de los más altos de los metales (2174 °Cseparan sus punto de fusión y ebullición) y la presiónde vapor es baja incluso a altas temperaturas. El metalse expande un 3,1% al solidificar y flota en el líquido aligual que el hielo 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 (unpequeño sólido añadido al líquido) para solidificarlo.La cristalización no se produce en ninguna de lasestructuras simples; la fase estable en condicionesnormales es ortorrómbica, con 8 átomos en cadacelda unitaria en la que cada átomo sólo tiene otro ensu vecindad más próxima a una distancia de 2,44 Å yestando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura elenlace químico formado entre los átomos máscercanos es covalente siendo la molécula Ga2 la querealmente forma el entramado cristalino.

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