“Estructura cristalina, propiedades y aplicaciones”

CONCEPTO: Elemento químico

de símbolo “Si” ubicado en el

grupo 14 IVA de la tabla periódica

así también de la familia del

carbono pero a diferencia de este

no se encuentra en la naturaleza

en estado puro sino,

generalmente, combinado con

oxígeno. En su mayoría formando

óxidos de Si (SiO2, dióxido de

silicio) y silicatos. Pertenece al

grupo de los hermosos cristales

de roca (roca cristalina), cuarzo

lechoso, amatistas (rocas azules

debido al magnesio), cuarzo

rosado (color debido a la

presencia de pequeñas

cantidades de titanio) y cuarzo ahumado (orgánico).

SILICIO

Fuente de la imagen: http://www.inet.edu.ar/wp-

content/uploads/2012/11/silicio.pdf

Estructura cristalina

Aquí se muestra la

disposición de los

átomos de silicio en una

célula unitaria, con

números que indican la

altura del átomo por

encima de la base del

cubo, como una fracción

de la dimensión de la

celda. Fuente: http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbasees/solids/sili2.html

Estructura cristalina El silicio cristaliza con el mismo

patrón que el diamante, en una

estructura que Ashcroft y Mermin

llaman celosías primitivas, "dos

cubos interpenetrados de cara

centrada". Las líneas entre los

átomos de silicio en la ilustración

de la red, indican los enlaces con

los vecinos más próximos. El lado

del cubo de silicio es 0,543 nm.

El germanio tiene la misma

estructura del diamante, con una

dimensión de celda de 0,566 nm.

http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbasees/solids/sili2.html

• Al tener el número atómico 14, significa que un átomo de Si aislado tiene 14 protones (partículas cargadas positivamente) en su núcleo y 14 electrones (partículas cargadas negativamente) orbitando alrededor de él como un sistema solar en miniatura.

• Diez de los 14 electrones están, estrechamente, ligados al núcleo y tienen menos importancia para las uniones químicas con otros elementos. Los cuatro electrones restantes determinan cómo los átomos de silicio se organizan entre sí para formar el material de silicio sólido.

• Tiene sus átomos ordenados en forma muy particular: cada átomo intenta unirse con cuatro átomos vecinos como en la figura que a continuación se muestra.

http://www.inet.edu.ar/wp-

content/uploads/2012/11/silicio.pdf

• Dado que la electricidad es el “movimiento”

de electrones, el Si es un pobre conductor de

electricidad cuando todos los electrones están

restringidos en enlaces; por lo tanto, actúa

como un aislante (no conduce electricidad)

• Debido a que en ocasiones el silicio actúa

como aislante y si se lo excita actúa

conduciendo electricidad se lo denomina

material “semiconductor” lo que le da la

utilidad para las celdas solares y para la

microelectrónica.

• En cuanto a sus propiedades químicas, el Si en

su forma cristalina es un material muy duro

(6,5 en la escala de Moss) y su punto de fusión

es 1687 K y el de ebullición es 3173 K.

http://electronicageneralenet1.blogspot.c

om/2013/05/semiconductor-puro-de-

silicio.html

• Es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y alcalinos diluidos.

• En cuanto a sus características ópticas transmite más del 95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

• En cuanto al silicio amorfo en su estructura no conserva este orden a largo alcance, debido a esto sus características eléctricas y ópticas, entre otras, son diferentes a las del cristalino. Este material suele utilizarse en celdas solares pero su rendimiento es menor, aunque su forma de obtención es más económica.

http://francis.naukas.com/2008/05/02/computacion-cuantica-optica-

sobre-silicio-o-primeras-puertas-logicas-cuanticas-en-guias-opticas-

planares-integradas/

Se lo utiliza como

elemento de aleación

en fundiciones, en la

preparación de las

siliconas, en la

industria de la

cerámica, en la

fabricación de vidrio

para ventanas y

aislantes y esmaltados.

http://www.biocablan.com/node/93

Por sus propiedades, el silicio monocristalino es el material base de la industria electrónica y microelectrónica para la fabricación de transistores, celdas solares y todo tipo de dispositivos semiconductores.

Fuente: http://users.dcc.uchile.cl/~roseguel/celdasolar.html

El dióxido de silicio

(arena y arcilla) es un

importante constituyente

del hormigón y los

ladrillos y se emplea en

la producción de

cemento. Se lo emplea,

además, como elemento

fertilizante en forma de

mineral primario rico en

silicio para la agricultura.

http://spanish.alibaba.com/product-gs-img/di-xido-de-silicio-de-

propiedades-609075664.html

El carburo de silicio es

uno de los abrasivos

más importantes. Se

usa en la fabricación de

láseres para obtener

una luz con una

longitud de onda de 456

nm. http://www.chipaxa.com/paginas/Abrasivos2.htm

El silicio es el

constituyente principal

de la silicona. La

silicona es un polímero

inodoro e incoloro que

se usa en medicina en

implantes de seno y

lentes de contacto

http://mamoplastia.info/mamoplastia_silice_y_silicona.html

Es inerte y estable a altas

temperaturas, lo que la

hace útil en gran

variedad de aplicaciones

industriales, como

lubricantes, adhesivos,

impermeabilizantes y en

aplicaciones médicas,

como prótesis valvulares

cardíacas e implantes de

mamas.

http://spanish.alibaba.com/product-gs-img/de-silicio-pegamento-l-

quido-pegamento-de-espuma-de-poliestireno-121019787.html

Es un elemento químico con

número atómico 32, y símbolo

Ge perteneciente al período 4

de la tabla periódica de los

elementos.

Germanio

La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total

de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo

perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde

encontrar el germanio dentro de la tabla periódica de los

elementos, el germanio se encuentra en el grupo 14 y periodo 4. El

germanio tiene una masa atómica de 72,64 u.

Fuente: http://www.electronica2000.net/curso_elec/leccion43.htm

La configuración electrónica del germanio es [Ar]3d10

4s2 4p2. Esta determina la forma en la cual los

electrones están estructurados en sus átomos. El radio

medio del germanio es de 125 pm, su radio atómico o

radio de Bohr es de 125 pm y su radio covalente es de

122 pm. El germanio tiene un total de 32 electrones cuya

distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2

electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su

tercera capa tiene 18 electrones y en la cuarta, 4

electrones.

El germanio forma parte de

los elementos denominados

metaloides o semimetales.

Este tipo de elementos

tienen propiedades

intermedias entre metales y

no metales. En cuanto a su

conductividad eléctrica,

este tipo de materiales al

que pertenece el germanio,

son semiconductores.

http://mtlindex.es/tierras-raras-germanio/

El estado del germanio en su

forma natural es sólido. El

germanio es un elemento químico

de aspecto blanco grisáceo y

pertenece al grupo de los

metaloides. El punto de fusión del

germanio es de 1211,4 grados

Kelvin o de 939,25 grados celsius

o grados centígrados. El punto de

ebullición del germanio es de

3093 grados Kelvin o de 2820,85

grados celsius o grados

centígrados.

http://erenovable.com/materiales-conductores-

y-materiales-aislantes/

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).

http://www.enter.co/especiales/innovacion/baje-un-

terabyte-en-menos-de-un-segundo-con-esta-nueva-tecnologia/

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.

http://es.aliexpress.com/w/wholesale-germanium-titanium-bracelet.html

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).

http://es.wikipedia.org/wiki/Tetracloruro_de_germanio

El galio es un

elemento químico de

la tabla periódica de

número atómico 31 y

símbolo Ga.

El galio pertenece al

grupo de elementos

metálicos conocido

como metales del

bloque p que están

situados junto a los

metaloides o

semimetales en la

tabla periódica.

http://es.wikipedia.org/wiki/Galio

• Este tipo de elementos

tienden a ser blandos y

presentan puntos de fusión

bajos, propiedades que

también se pueden atribuir al

galio, dado que forma parte

de este grupo de elementos.

• El punto de fusión del galio es

de 302,91 grados Kelvin o de

30,76 grados celsius o grados

centígrados.

• El punto de ebullición del

galio es de 2477 grados Kelvin

o de 2204,85 grados celsius o

grados centígrados.

Símbolo: Ga

Número atómico: 31

Masa atómica: 69.723 uma

Punto de fusión: 29,78º C

Punto de ebullición: 2403,0º C

Número de neutrones: 39

Estructura en cristal: Ortorrómbico

Densidad: 293 K: 5.907 g/cm3

Color: Blanco/plateado

La configuración electrónica del

galio es [Ar]3d10 4s2 4p1.

El radio medio del galio es de 130

pm, su radio atómico o radio de

Bohr es de 136 pm, su radio

covalente es de 126 pm y su

radio de Van der Waals es de 187

pm.

El galio tiene un total de 31

electrones cuya distribución es la

siguiente: En la primera capa

tiene 2 electrones, en la segunda

tiene 8 electrones, en su tercera

capa tiene 18 electrones y en la

cuarta, 3 electrones.

DATOS CRISTALOGRÁFICOS

Estructura

cristalina:

ortorrómbica

centrada en las

bases

Dimensiones de la

celda unidad / pm:

a=451.86,

b=765.70,

c=452.58

Grupo espacial: Cmca

http://elementos.org.es/galio

El uso principal del galio es en semiconductores

donde se utiliza comúnmente en circuitos de

microondas y en algunas aplicaciones de infrarrojos.

También se utiliza en para fabricar diodos LED de

color azule y violeta y diodos láser.

El galio se usa en las armas nucleares para ayudar a

estabilizar el plutonio.

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.

Las aplicaciones de semiconductores dominan el uso comercial de galio, que

representan el 98% de las solicitudes. La siguiente aplicación principal es para

los granates galio gadolinio

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. Actualmente se encuentra en proceso de

investigación la sustitución con galio del mercurio de los empastes dentales

permanentes.

El galinstano se puede aplicar al aluminio de modo que pueda reaccionar con

el agua y generar hidrógeno.

También tiene muchas aplicaciones médicas. Por ejemplo, las sales de galio se

usan para tratar a personas con exceso de calcio en su sangre. Los isótopos de

galio se utilizan en medicina nuclear para explorar a los pacientes en ciertas

circunstancias.