Estructura cristalina, propiedades y aplicaciones de los siguientes

elementos:

Silicio

Germanio

Galio

Silicio

Polvo de silicio Policristal de silicio Olivino.

Silicio El silicio es un elemento químico metaloide, número

atómico 14 y situado en el grupo 4 de la tabla periódicade los elementos formando parte de la familia de loscarbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elementomás abundante en la corteza terrestre (27,7% en peso)después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa ycristalizada; el primero es un polvo parduzco, másactivo que la variante cristalina, que se presenta enoctaedros de color azul grisáceo y brillo metálico.

Estructura Cristalina del Silicio

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)

Estructura Cristalina del Silicio

Propiedades Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio.

En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillometálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inertey resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con loshalógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95% de laslongitudes 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 un hornoeléctrico. El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayarel vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.411°C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33.Su masa atómica es 28,086.

Propiedades Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro

de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico,clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formadoinhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio,formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturasordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturaselevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de síliceque impide que continúe la reacción. A altas temperaturasreacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro desilicio y cloruro de silicio respectivamente.

Propiedades El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en

estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicioy de 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, elsuelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos,micas y ceolitas, y de 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 un materialsemiconductor muy abundante, tiene un interés especial en laindustria electrónica y microelectrónica como material básicopara la 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 delsector de la electrónica y la informática. Otros importantes usosdel 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 componente de las

aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, sedesoxida el acero fundido añadiéndole pequeñascantidades de silicio; el acero común contiene menos de un0,30 % de silicio. El acero al silicio, que contiene de 2,5 a 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.

Aplicaciones El silicio es un semiconductor; su resistividad a la

corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entrela de los metales y la de los aislantes. La conductividaddel silicio se puede controlar añadiendo pequeñascantidades de impurezas llamadas dopantes. Lacapacidad de controlar las propiedades eléctricas delsilicio y su abundancia en la naturaleza hanposibilitado el desarrollo y aplicación de lostransistores y circuitos integrados que se utilizan en laindustria electrónica.

Aplicaciones La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de

vidrio, 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 prepara eliminandoparte del agua de un precipitado gelatinoso de ácidosilícico, SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendo ácidoclorhídrico a una disolución de silicato de sodio. El gel desílice absorbe agua y otras sustancias y se usa como agentedesecante y decolorante.

Aplicaciones El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es

un 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 de silicatode sodio se utiliza para conservar huevos; como sustituto dela cola o pegamento para hacer cajas y otros contenedores;para unir gemas artificiales; como agente incombustible, ycomo relleno y adherente en jabones y limpiadores. Otrocompuesto de silicio importante es el carborundo, uncompuesto de silicio y carbono que se utiliza comoabrasivo.

Aplicaciones El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger

materiales, recubriéndolos de forma que la superficieexterior se oxida al dióxido, SiO2. Estas capas seaplican también a los filtros de interferencias.

Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisieren 1787.

Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

Germanio

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

Estructura Cristalina del Germaniogermanio

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)

Propiedades Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco

grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo atemperaturas ordinarias. Presenta la misma estructuracristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.

Forma gran número de compuestos organometálicos y esun importante material semiconductor utilizado entransistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría desemiconductores, el germanio tiene una pequeña bandaprohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz ala radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores debaja intensidad.

AplicacionesLas 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 sandwichSi/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

Galio

Galio

Elemento químico metálico,raro, blanco, duro y maleable,parecido al aluminio, que sueleaparecer en minerales de cinc.Núm. atóm. 31. Símb. Ga.

Estructura Cristalina del Galio

Estructura Cristalina del Galiogalio

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)

Propiedades El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido

y plateado brillante al solidificar, sólido deleznable abajas temperaturas que funde a temperaturas cercanasa la de la ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) eincluso cuando se lo agarra con la mano por su bajopunto de fusión (28,56 °C). El rango de temperatura enel que permanece 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 a altastemperaturas. El metal se expande un 3,1% alsolidificar y flota en el líquido al igual que el hielo enel agua.

Propiedades 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 sólidoañadido al líquido) para solidificarlo. La cristalización nose produce en ninguna de las estructuras simples; la faseestable en condiciones normales es ortorrómbica, con 8átomos en cada celda unitaria en la que cada átomo sólotiene otro en su vecindad más próxima a una distancia de2,44 Å y estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura elenlace químico formado entre los átomos más cercanos escovalente siendo la molécula Ga2 la que realmente forma elentramado 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