Silicio, Germanio y Galio

Estructura propiedades y aplicaciones

Silicio

Periodo 3Grupo 14Numero Atómico 14Símbolo SiPeso Atómico 28.086

Propiedades Físicas

Densidad (g/ml) 2.33Punto de Ebullición *C 2.680Punto de Fusión *C 1.410

Estructura del silicio.

1. La cristalinidad. se refiere a la disposición que tienen los átomos en la estructura cristalina. El silicio se puede encontrar en tres estados cristalinos: Monocristalino Policristalino Amorfo.

2. Coeficiente de absorción, tienen los elementos sobre unas longitudes de onda. Si un material dispone de un coeficiente pequeño significará que tiene poca absorción.

Estructura del silicio.

El átomo de silicio presenta un enlace covalente, cada átomo está unido a otros cuatro átomos y compartiendo sus electrones 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.

Propiedades de Silicio

Propiedades atómicasMasa atómica 28,0855 uRadio medio† 110 pmRadio atómico calculado 111 pmRadio covalente 111 pmRadio de Van der Wells 210 pmConfiguración electrónica [Ne]3s2 3p2Estado de oxidación (óxido) 4 (anfótero)Estructura cristalina cúbica centrada en las caras

Propiedades físicasEstado de la materia sólido (no magnético)Punto de fusión 1687 K (1414 °C)Punto de ebullición 3173 K (2900 °C)Entalpía de vaporización 384,22 kJ/molEntalpía de fusión 50,55 kJ/molPresión de vapor 4,77 Pa a 1683 KVelocidad del sonido __ m/s a __ K

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, se usa en la fabricación de transistores, células solares y todo tipo de dispositivos semiconductores.

Aplicaciones de silicio

Otros importantes usos del silicio son: Como material refractario, se usa en cerámicas, vidriados y esmaltados. 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.

Germanio

Símbolo atómico

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 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 diamante es un ejemplo de este tipo de estructura cristalina formada por átomos de carbono. El silicio y el germanio forman redes similaresEste 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 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.

Propiedades de Germanio

Las propiedades del germanio son tales que este elemento tiene varias aplicaciones importantes, especialmente en la industria de los semiconductores. El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de germanio. Los cristales especiales de germanio se usan como sustrato para el crecimiento en fase vapor de películas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisores de luz. Se emplean lentes y filtros de germanio en aparatos que operan en la región infrarroja del espectro. Mercurio y cobre impregnados de germanio son utilizados en detectores infrarrojos; los granates sintéticos con propiedades magnéticas pueden tener aplicaciones en los dispositivos de microondas para alto poder y memoria de burbuja magnética; los aditivos de germanio incrementa los amper-horas disponibles en acumuladores.

Aplicaciones de Germanio

El chip de germanio-silicio en el banco de pruebas. Foto: GIT

Los primeros transistores fueron fabricados de germanio

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).

Los microprocesadores se fabrican fundamentalmente a partir de germanio (más caro y con mejores propiedades).

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).

Galio

Símbolo atómico

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.

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 del ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se sostiene en 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).

Símbolo químico Ga Número atómico 31 Grupo 13 Periodo 4 Densidad 5904 kg/m3 Masa atómica 69.723 u Radio medio 130 pm Radio atómico 136 Radio covalente 126 pm Configuración electrónica [Ar]3d10 4s2 4p1 Estados de oxidación 3 Estructura cristalina ortorrómbica Punto de fusión 302.91 K Punto de ebullición 2477 K Calor de fusión 5.59 kJ/mol Electronegatividad 1,81 Calor específico 370 J/(K·kg) Conductividad eléctrica 6,78 106S/m Conductividad térmica 40,6 W/(K·m)

Propiedades de Galio

El galio es una sustancia plateado blanda y se funde a temperaturas ligeramente superiores a la temperatura ambiente. Fue descubierto en 1875 por el químico francés Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. La mayor parte de producción de galio se produce como un subproducto de la producción de aluminio o zinc. El galio tiene una amplia variedad de usos en diferentes industrias. Si alguna vez te has preguntado para qué sirve el galio, a continuación tienes una lista de sus posibles usos:

Aplicaciones de 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 azul 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.

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Bibliografía