2. SOLIDOS CRISTALINOS
Estructura cristalina, propiedades y
aplicaciones de los siguientes elementos:
 Silicio
 Germanio
 Galio

3. Silicio
Polvo de silicio Policristal de silicio Olivino.

4. Silicio
El silicio es un elemento químico metaloide, número
atómico 14 y situado en el grupo 4 de la tabla
periódica de los elementos formando parte de la
familia de los carbonoideos de símbolo Si. Es el
segundo elemento más abundante en la corteza
terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Se
presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es
un polvo parduzco, más activo que la variante
cristalina, que se presenta en octaedros de color azul
grisáceo y brillo metálico.

5. Estructura Cristalina del Silicio

6. 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)

7. Propiedades
Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el
germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta
un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento
relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos,
reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite
más del 95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.
Se prepara en forma de polvo amorfo amarillo pardo o de cristales
negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio
(SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un
horno eléctrico. El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente
para rayar el 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.

8. 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 formado inhibe la reacción. También se disuelve en
hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas
hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es
atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas
reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que
impide que continúe la reacción. A altas temperaturas
reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro
de silicio y cloruro de silicio respectivamente.

9. Propiedades
El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en
estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y
de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio
constituyen cerca del 40% de todos los minerales comunes,
incluyendo más del 90% de los minerales que forman rocas
volcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa,
ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son
las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El
dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los
silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los
componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en
forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, y de
piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y
turmalina.

10. Aplicaciones
Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria de
la cerámica técnica y, debido a que es un material semiconductor muy
abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y
microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips
que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad
de circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas
industrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante
constituyente del hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de
cemento portland. Por sus propiedades semiconductoras se usa en la
fabricación de transistores, células solares y todo tipo de dispositivos
semiconductores; por esta razón se conoce como Silicon Valley (Valle del
Silicio) a la región de California en la que concentran numerosas empresas
del sector de la electrónica y la informática. Otros importantes usos del
silicio son:

11. 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.

12. Aplicaciones
Se utiliza en la industria del acero como componente de las
aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida el
acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; el
acero común contiene menos de un 0,30 % de silicio. El acero al
silicio, que contiene de 2,5 a 4% de silicio, se usa para fabricar los
núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleación
presenta baja histéresis (ver Magnetismo). Existe una aleación
de acero, el durirón, que contiene un 15% de silicio y es dura,
frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equipos
industriales que están en contacto con productos químicos
corrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones de cobre,
como el bronce y el latón.

13. Aplicaciones
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.

14. Aplicaciones
La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio,
barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen importantes
aplicaciones individuales. La sílice fundida, que es un vidrio que
se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetracloruro de
silicio, se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación y una
alta resistencia a la mayoría de los productos químicos. El gel de
sílice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; se prepara
eliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso de ácido
silícico, SiO2·H2O, el cual se obtiene añadiendo ácido clorhídrico
a una disolución de silicato de sodio. El gel de sílice absorbe agua
y otras sustancias y se usa como agente desecante y
decolorante.

15. 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. Se obtiene haciendo reaccionar sílice
(arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, o calentando
arena con hidróxido de sodio concentrado a alta presión. La
disolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservar
huevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas
y otros contenedores; para unir gemas artificiales; como agente
incombustible, y como relleno y adherente en jabones y
limpiadores. Otro compuesto de silicio importante es el
carborundo, un compuesto de silicio y carbono que se utiliza
como abrasivo.

16. Aplicaciones
El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger
materiales, recubriéndolos de forma que la superficie
exterior se oxida al dióxido, SiO2. Estas capas se aplican
también a los filtros de interferencias.
Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en
1787.
Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

17. Germanio

18. 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.

19. Estructura Cristalina del Germanio

20. Estructura Cristalina del Germanio
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)

21. Propiedades
Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco
grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a
temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura
cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.
Forma gran número de compuestos organometálicos y es
un importante material semiconductor utilizado en
transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría de
semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda
prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz
a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores
de baja intensidad.

22. 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

23. Galio

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

25. Estructura Cristalina del Galio

26. Estructura Cristalina del Galio
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)

27. Propiedades
El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y
plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajas
temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la de la
ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e incluso
cuando se lo agarra con la mano por su bajo punto de
fusión (28,56 °C). El rango de temperatura en el que
permanece líquido es uno de los más altos de los metales
(2174 °C separan sus punto de fusión y ebullición) y la
presión de vapor es baja incluso a altas temperaturas. El
metal se expande un 3,1% al solidificar y flota en el líquido al
igual que el hielo en el agua.

28. 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
sólido añadido al líquido) para solidificarlo. La cristalización
no se produce en ninguna de las estructuras simples; la
fase estable en condiciones normales es ortorrómbica, con
8 átomos en cada celda unitaria en la que cada átomo sólo
tiene otro en su vecindad más próxima a una distancia de
2,44 Å y estando los otros seis a 2,83 Å. En esta estructura
el enlace químico formado entre los átomos más cercanos
es covalente siendo la molécula Ga2 la que realmente
forma el entramado cristalino.

29. 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.

30. 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