Los Sólidos Cristalinos

Carlos Albero QuispeIng. de SistemasUNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP

Silicio

Símbolo Si, número atómico 14 y peso atómico 28.086. El silicio es el elemento electropositivo más abundante de la corteza terrestre. Es un metaloide con marcado lustre metálico y sumamente quebradizo. Por lo regular, es tetravalente en sus compuestos, aunque algunas veces es divalente, y es netamente electropositivo en su comportamiento químico.

• Además, se conocen compuestos de silicio penta coordinados y hexa coordinados. El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en Se presenta en forma amorfa y estado libre, sino que se cristalizada; el primero es un polvo encuentra en forma de dióxido parduzco, más activo que la de silicio y de silicatos complejos. variante cristalina, que se Los minerales que contienen presenta en octaedros de color silicio constituyen cerca del 40% azul grisáceo y brillo metálico. de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90% de los minerales que forman rocas volcánicas.

ESTRUCTURA DEL SILICIOComo podemos observar en el dibujo, el átomo de silicio presenta un enlace covalente, esto quiere decir que cada átomo está unido a otros cuatro átomos y compartiendo sus electrones de valencia. Es así, porque de otra manera el silicio no tendría el equilibrio en la capa de valencia, necesita 8 electrones para su estabilidad. El enlace covalente lo forman todos los elementos del grupo IV de la tabla periódica, al cual pertenece el silicio. Al aplicarle energía externa, ya sea de calor o de luz, se rompen los enlaces quedando un electrón libre por cada enlace roto, pero a su vez, se tiene un hueco vacío, el que ocupaba el electrón. De esta forma se obtiene corriente eléctrica, por el movimiento de los electrones hacía los potenciales positivos y del movimiento de los huecos hacía los potenciales negativos. Esto sucede así siempre que se utiliza al silicio como un semiconductor intrínseco.

PROPIEDADES DEL SILICIO

El silicio 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 silicio, son semiconductores. El estado del silicio en su forma natural es sólido (no magnético). El silicio es un elemento químico de aspecto gris oscuro azulado y pertenece al grupo de los metaloides. El número atómico del silicio es 14. El símbolo químico del silicio es Si. El punto de fusión del silicio es de 16,7 grados Kelvin o de 1413,85 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del silicio es de 31,3 grados Kelvin o de 2899,85 grados celsius o grados centígrados.

PROPIEDADES ATÓMICAS DEL SILICIO

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 silicio dentro de la tabla periódica de los elementos, el silicio se encuentra en el grupo 14 y periodo 3. El silicio tiene una masa atómica de 28,0855 u. La configuración electrónica del silicio es [Ne]3s2 3p2. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del silicio es de 1,0 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 1,1 pm, su radio covalente es de 1,1 pm y su radio de Van der Waals es de 2,0 pm. El silicio tiene un total de 14 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones y en su tercera capa tiene 4 electrones.

APLICACIONES DEL SILICIO

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 Silicón Valley (Valle del Silicio) a la región de California en la que concentran numerosas empresas del sector de la electrónica y la informática

GermanioEl germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Forma gran número de compuestos organo metálicos y es un importante material semiconductor utilizado en Es un metaloide sólido duro, transistores y fotodetectores. Acristalino, de color blanco diferencia de la mayoría degrisáceo lustroso, quebradizo, semiconductores, el germanio tiene que conserva el brillo a una pequeña banda prohibida (band temperaturas ordinarias. gap) por lo que responde de forma Presenta la misma estructura eficaz a la radiación infrarroja y cristalina que el diamante y puede usarse en amplificadores que resiste a los ácidos y álcalis. baja intensidad.

PROPIEDADES DEL GERMANIO

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. 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 número atómico del germanio es 32. El símbolo químico del germanio es Ge. El punto de fusión del germanio es de 1211,4 grados Kelvin o de 938,25 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del germanio es de 30,3 grados Kelvin o de 2819,85 grados celsius o grados centígrados.

APLICACIONES DEL GERMANIO

Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga su sustitución por materiales más económicos. El germanio tiene aplicaciones electrónicas, con ella se elabora radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálgicos del sonido de la primera época del rock and roll; aleaciones Si Ge 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). Se emplea también en la 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, se usa como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.

GalioEl galio es un metal blando, grisáceo en Presenta una acusada tendencia estado líquido y plateado brillante al sub enfriarse por debajo del solidificar, sólido deleznable a bajas punto de fusión (permaneciendo temperaturas que funde a temperaturas aún en estado líquido) por lo cercanas a la del ambiente (como que es necesaria una semilla (un cesio, mercurio y rubidio) e incluso pequeño sólido añadido cuando se sostiene en la mano por su líquido) para solidificarlo. bajo punto de fusión (28,56 °C).

El cristalización no se produce en rango de temperatura en el que ninguna de las estructuras permanece líquido es uno de los más simples; la fase estable de los metales (2174 °C separan condiciones normales su punto de fusión y ebullición) y la ortorrómbica, con 8 átomos en presión de vapor es baja incluso a altas cada celda unitaria en temperaturas. El metal se expande un cada átomo sólo tiene otro en su3,1% al solidificar y flota en el líquido vecindad más próxima al igual que el hielo en el agua. El galio es un elemento distancia de 2,44 Å y estando los químico de la tabla otros seis a 2,83 Å. En esta periódica de número estructura el enlace químico atómico 31 y símbolo formado entre los átomos más Ga. cercanos es covalente siendo la molécula Ga2 la que realmente forma el entramado cristalino

APLICACIONES DEL GALIO

La principal aplicación del galio (arseniuro de galio) es la construcción de circuitos integrados y dispositivos opto electrónicos como diodos láser y LED. Por su intenso y brillante plateado y la capacidad de mojar superficies de vidrio y porcelana se utiliza en la construcción de espejos. Se emplea para dopar materiales semiconductores y construir dispositivos diversos como transistores. En termómetros de alta temperatura por su bajo punto de fusión.

PROPIEDADES DEL GALIO

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. 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 estado del galio en su forma natural es sólido. El galio es un elemento químico de aspecto blanco plateado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El número atómico del galio es 31. El símbolo químico del galio es Ga. El punto de fusión del galio es de 302,91 grados Kelvin o de 29,76 grados Celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del galio es de 24,7 grados Kelvin o de 2203,85 grados Celsius o grados centígrados.

• En medicina nuclear se emplea el galio como elemento trazador (escáner de galio) para el diagnóstico de enfermedades inflamatorias o infecciosas activas, tumores y abscesos ya que se acumula en los tejidos que sufren dichas patologías.

• El isótopo Ga-67 se inyecta en el torrente sanguíneo a través de una vena del brazo en la forma de citrato de galio realizándose el escáner 2 o tres días después para dar tiempo a que éste se acumule en los tejidos afectados. Posteriormente se elimina principalmente en la orina y las heces. La exposición a la radiación es inferior a la debida a otros procedimientos como los rayos X o TAC.