Estructura, propiedades y

aplicaciones de los siguientes

elementos:

Silicio

Germanio

Galio

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Polvo de silicio Policristal de silicio Olivino.

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* 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 carbonoideos 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.

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silicio

Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras

N° CAS 7440-21-3

N° EINECS 231-130-8

Calor específico 700 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 4.35·10-4 S/m

Conductividad térmica 148 W/(K·m)

Velocidad del sonido 8433 m/s a 293,15 K(20 °C)

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* Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y elgermanio. 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 transmitemás del 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.

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* 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 y gashidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no esatacado por el aire, pero a temperaturas elevadasreacciona con el oxígeno formando una capa desílice que impide que continúe la reacción. A altastemperaturas reacciona también con nitrógeno ycloro formando nitruro de silicio y cloruro de siliciorespectivamente.

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* El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existeen estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxidode silicio y de silicatos complejos. Los minerales quecontienen silicio constituyen cerca del 40% de todos losminerales comunes, incluyendo más del 90% de los mineralesque forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, susvariedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) ylos minerales cristobalita y tridimita son las formascristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxidode silicio es el componente principal de la arena. Lossilicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) sonlos componentes principales de las arcillas, el suelo y lasrocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micasy ceolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino,granate, zircón, topacio y turmalina.

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* 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 microelectrónica comomaterial básico para la creación de obleas o chips que sepueden implantar en transistores, pilas solares y una granvariedad de circuitos electrónicos. El silicio es un elementovital en numerosas industrias. El dióxido de silicio (arena yarcilla) es un importante constituyente del hormigón y losladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland.Por sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricaciónde transistores, células solares y todo tipo de dispositivossemiconductores; por esta razón se conoce como SiliconValley (Valle del Silicio) a la región de California en la queconcentran numerosas empresas del sector de la electrónicay la informática. Otros importantes usos del silicio son:

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* 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.

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* Se utiliza en la industria del acero como componente de lasaleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, sedesoxida el acero fundido añadiéndole pequeñas cantidadesde silicio; el acero común contiene menos de un 0,30 % desilicio. El acero al silicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio,se usa para fabricar los núcleos de los transformadoreseléctricos, pues la aleación presenta baja histéresis (verMagnetismo). Existe una aleación de acero, el durirón, quecontiene un 15% de silicio y es dura, frágil y resistente a lacorrosión; el durirón se usa en los equipos industriales queestán en contacto con productos químicos corrosivos. Elsilicio se utiliza también en las aleaciones de cobre, como elbronce y el latón.

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* El silicio es un semiconductor; su resistividad a la

corriente eléctrica a temperatura ambiente varía

entre la de los metales y la de los aislantes. La

conductividad del silicio se puede controlar

añadiendo pequeñas cantidades de impurezas

llamadas dopantes. La capacidad de controlar las

propiedades eléctricas del silicio y su abundancia

en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y

aplicación de los transistores y circuitos integrados

que se utilizan en la industria electrónica.

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* 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 yuna alta resistencia a la mayoría de los productosquímicos. El gel de sílice es una sustancia incolora,porosa y amorfa; se prepara eliminando parte delagua de un precipitado gelatinoso de ácido silícico,SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendo ácidoclorhídrico a una disolución de silicato de sodio. El gelde sílice absorbe agua y otras sustancias y se usacomo agente desecante y decolorante.

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* El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamadovidrio, es un silicato sintético importante, sólidoamorfo, incoloro y soluble en agua, que funde a 1088°C. Se obtiene haciendo reaccionar sílice (arena) ycarbonato de sodio a alta temperatura, o calentandoarena con hidróxido de sodio concentrado a altapresión. La disolución acuosa de silicato de sodio seutiliza para conservar huevos; como sustituto de lacola o pegamento para hacer cajas y otroscontenedores; para unir gemas artificiales; comoagente incombustible, y como relleno y adherente enjabones y limpiadores. Otro compuesto de silicioimportante es el carborundo, un compuesto de silicioy carbono que se utiliza como abrasivo.

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* 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

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*El germanio es un elemento químico con

número atómico 32, y símbolo Ge

perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica

de los elementos.

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germanio

Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras

N° CAS 7440-56-4

N° EINECS 231-164-3

Calor específico 320 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 1,45 S/m

Conductividad térmica 59,9 W/(K·m)

Velocidad del sonido 5400 m/s a 293,15 K(20 °C)

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* 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 organometálicos yes un importante material semiconductor utilizado entransistores 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.

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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

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*Elemento químico metálico, raro, blanco, duro

y maleable, parecido al aluminio, que suele

aparecer en minerales de cinc. Núm. atóm. 31.

Símb. Ga.

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galio

Estructura cristalina Ortorrómbica

N° CAS 7440-55-3

N° EINECS 231-163-8

Calor específico 370 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 6,78 106 S/m

Conductividad térmica 40,6 W/(K·m)

Velocidad del sonido 2740 m/s a 293,15 K(20 °C)

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* 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.

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* 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.

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* 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.

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* 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