Sólidos Cristalinos

¿Qué es un sólido cristalino?Un sólido cristalino es

aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, que se expande en las tres direcciones del espacio, por lo que presentan una forma invariante, salvo por la acción de fuerzas externas.

Los tipos de cristales que constituyen un sólido cristalino se pueden clasificar en:

Redes Cristalinas Las redes cristalinas se caracterizan fundamentalmente por un

orden o periodicidad.

La estructura interna de los cristales viene representada por la llamada celdilla unidad o elemental que es el menor conjunto de átomos que mantienen las mismas propiedades geométricas de la red y que al expandirse en las tres direcciones del espacio constituyen una red cristalina.

El tamaño de esta celdilla viene determinado por la longitud de sus tres aristas (a, b, c), y la forma por el valor de los ángulos entre dichas aristas (a, b, g).

En la actualidad se han podido describir catorce redes cristalinas, llamadas redes de Bravais.

Elementos con estructura cristalina Silicio.-El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 14 de la tabla

periódica de los elementos 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.

Características y 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 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(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de masa atómica).

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.

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 zeolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

Germanio.-Los elementos químicos de la familia del Carbono, que agrupa además del citado al Silicio, Germanio, Estaño y Plomo, poseen unas estructuras atómicas que los convierten en potentes comodines combinacionales. A medida que su peso atómico es creciente, su estado de agregación varía desde el gaseoso para el Carbono hasta el metálico del resto, aunque Silicio y Germanio suelen considerarse semimetales.

Características y Propiedades

Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, deleznable, 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 órgano-metálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y foto detectores. 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.

El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge.

Existen gran cantidad de minerales que poseen propiedades de conducción de la electricidad, como el oro (conductores), otros muchos que se oponen a la corriente eléctrica en mayor o menor medida, como la mica (aislantes), y unos pocos de un tipo intermedio que, según el punto de vista, conducen la electricidad medianamente o son poco aislantes, como el germanio o el silicio (semiconductores).

Gracias a minerales con alto contenido en germanio o silicio, se han desarrollado semiconductores que permitieron al ser humano conseguir en muy poco tiempo un nivel tecnológico sin precedentes, si se compara con el progreso adquirido a lo largo de su historia; de hecho estamos rodeados de semiconductores, y existen pocos circuitos electrónicos que no incorporen en alguna medida un componente a base de ellos, como los transistores (conjunto de la unión de diodos semiconductores) sin los cuales no se concebirían, por ejemplo, los potentes ordenadores de hoy en día.

Galio.-Metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar, sólido deleznable a bajas temperaturas por lo que funde a temperaturas cercanas a 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 galio es un elemento químico de la Tabla Periódica de los elementos químicos, de número atómico 31 y símbolo Ga.Por su intenso y brillante plateado y la capacidad de mojar superficies de vidrio y porcelana se utiliza en la construcción de espejos.

Características y Propiedades

Es un metal blando de color blanco argéntico. Es un elemento metálico que se mantiene en estado líquido en un rango de temperatura más amplio que cualquier otro elemento. Su bajo punto de fusión y su alto punto de ebullición lo hacen idóneo para fabricar termómetros de alta temperatura. Su punto de fusión es de 28,76 ºC.Su 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 por lo que no debe guardarse en recipientes frágiles.

Aplicaciones

La parte más importante de la producción de galio sirve para la producción de arseniuro de galio, que como material semiconductor en algunas aplicaciones es superior al silicio.

La principal aplicación del galio (arseniuro de galio) es la construcción de circuitos integrados y dispositivos opto electrónicos como diodos láser y LED.

Se emplea en el dopado de semiconductores y en la fabricación de dispositivos de estado sólido como: transistores, diodos, células solares, etc.

Se utiliza en aleaciones con bajo punto de fusión.

Se usa en la medicina empleándose en el diagnóstico y terapia de tumores óseos.

En termómetros de alta temperatura por su bajo punto de fusión

El galato de magnesio, con impurezas de iones divalentes, se utiliza en la pólvora de fósforos activados con luz ultravioleta.

Con hierro, litio, magnesio, itrio y gadolinio forma materiales magnéticos.

El arseniuro de galio se usa para convertir la electricidad en luz coherente (láser).

Referencias:http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4910/html/1_slidos_cristalinos_tipos_de_cristales.html

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