SÓLIDOS CRISTALINOS

POR: ANGEL E. ASQUES ZEGARRA

Germanio

Aplicaciones: Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga

su sustitución por materiales más económicos.

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).

Propiedades

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 elmento 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 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.

Características del germanioGermanio

Símbolo químico Ge

Número atómico 32

Grupo 14

Periodo 4

Aspecto blanco grisáceo

Bloque p

Densidad 5323 kg/m3

Masa atómica 72.64 u

Radio medio 125 pm

Radio atómico 125

Radio covalente 122 pm

Configuración electrónica [Ar]3d10 4s2 4p2

Electrones por capa 2, 8, 18, 4

Estados de oxidación 4

Óxido anfótero

Estructura cristalina cúbica centrada en las caras

Estado sólido

Punto de fusión 1211.4 K

Punto de ebullición 3093 K

Calor de fusión 36.94 kJ/mol

Presión de vapor 0,0000746 Pa a 1210 K

Electronegatividad 2,01

Calor específico 320 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 1,45 S/m

Conductividad térmica 59,9 W/(K·m)

Silicio

AplicacionesSe 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 el Valle del Silicio a la región de California en la que concentran numerosas empresas del sector de la electrónica y la informática. También se están estudiando las posibles aplicaciones del siliceno, que es una forma alotrópica del silicio que forma una red bidimensional similar al grafeno. Otros importantes usos del silicio son:•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.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 (véase 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.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.

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 110 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 111 pm, su radio covalente es de 111 pm y su radio de Van der Waals es de 210 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.

Características del silicio

Silicio

Símbolo químico Si

Número atómico 14

Grupo 14

Periodo 3

Aspecto gris oscuro azulado

Bloque p

Densidad 2330 kg/m3

Masa atómica 28.0855 u

Radio medio 110 pm

Radio atómico 111

Radio covalente 111 pm

Radio de van der Waals 210 pm

Configuración electrónica [Ne]3s2 3p2

Electrones por capa 2, 8, 4

Estados de oxidación 4

Óxido anfótero

Estructura cristalina cúbica centrada en las caras

Estado sólido

Punto de fusión 1687 K

Punto de ebullición 3173 K

Calor de fusión 50.55 kJ/mol

Presión de vapor 4,77 Pa a 1683 K

Electronegatividad 1,9

Calor específico 700 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 2,52·10-4S/m

Conductividad térmica 148 W/(K·m)

Galio

Aplicaciones 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.

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.

Propiedades atómicas del galio

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 galio dentro de la tabla periódica de los elementos, el galio se encuentra en el grupo 13 y periodo 4. El galio tiene una masa atómica de 69,723 u.

La configuración electrónica del galio es [Ar]3d10 4s2 4p1. 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 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.

Características del galioGalio

Símbolo químico Ga

Número atómico 31

Grupo 13

Periodo 4

Aspecto blanco plateado

Bloque p

Densidad 5904 kg/m3

Masa atómica 69.723 u

Radio medio 130 pm

Radio atómico 136

Radio covalente 126 pm

Radio de van der Waals 187 pm

Configuración electrónica [Ar]3d10 4s2 4p1

Electrones por capa 2, 8, 18, 3

Estados de oxidación 3

Óxido anfótero

Estructura cristalina ortorrómbica

Estado sólido

Punto de fusión 302.91 K

Punto de ebullición 2477 K

Calor de fusión 5.59 kJ/mol

Presión de vapor 9,31 × 10-36Pa a 302,9 K

Electronegatividad 1,81

Calor específico 370 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica 6,78 106S/m

Conductividad térmica 40,6 W/(K·m)

Bibliografía

http://elementos.org.es/galio

http://elementos.org.es/germanio

http://elementos.org.es/silicio

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

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

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