Características, Propiedades y Aplicaciones

Silicio, Germanio y Galio

18/04/2013 1CHIMENG LION ARÉVALO (ING. SISTEMAS CONVALIDACIÓN)

Silicio

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

• El silicio, a diferencia del carbono, no existe libre en la naturaleza. Como dióxido seencuentra en varias formas de cuarzo: Cristal de roca, Amatista, Cuarzo ahumado,Cuarzo rosa, y cuarzo lechoso. La arena es en gran parte dióxido de silicio (sílice). Elópalo es una variedad hidratada de cuarzo. La mayoría de las rocas corrientes,salvo calizas o dolomitas, contiene silicio.

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PROPIEDADES:Propiedades atómicas• Masa atómica 28,0855 u• Radio medio† 110 pm• Radio atómico calculado 111 pm• Radio covalente 111 pm• Radio de Van der Wells 210 pm• Configuración electrónica [Ne]3s2 3p2• Estado de oxidación (óxido) 4 (anfótero)• Estructura cristalina cúbica centrada en las caras

Propiedades físicas• Estado 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/mol• Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol• Presión de vapor 4,77 Pa a 1683 K• Velocidad del sonido __ m/s a __ K

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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 uninterés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para lacreación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y unagran variedad de circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosasindustrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente delhormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland. Por suspropiedades semiconductoras se usa en la fabricación de transistores, células solares ytodo 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 delsector de la electrónica y la informática. 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.

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Germanio

• Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso,quebradizo, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la mismaestructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.

• Forma gran número de compuestos órgano metálicos y es un importante materialsemiconductor utilizado en transistores y foto detectores. A diferencia de lamayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida(band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puedeusarse en amplificadores de baja intensidad.

Símbolo atómico

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PROPIEDADES

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APLICACIONES• 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, eltransistor, fue hecho de germanio. Los cristales especiales de germanio se usan como sustrato para elcrecimiento en fase vapor de películas finas de GaAs y GaAsP en algunos diodos emisores de luz. Seemplean 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 granatessintéticos con propiedades magnéticas pueden tener aplicaciones en los dispositivos de microondas paraalto poder y memoria de burbuja magnética; los aditivos de germanio incrementa los amper-horasdisponibles en acumuladores.

• Las aplicaciones del germanio se ven limitadas por su elevado costo y en muchos casos se investiga susustitución por materiales más económicos.

• Fibra óptica.

• Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálgicos del sonidode la primera época del rock and roll; aleaciones SiGe en circuitos integrados de alta velocidad. Tambiénse 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).

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Galio

• El galio es un metal blando, grisáceo en estado líquido y plateado brillante al solidificar, sólidodeleznable a bajas temperaturas que funde a temperaturas cercanas a la del ambiente (comocesio, mercurio y rubidio) e incluso cuando se sostiene en la mano por su bajo punto defusión (28,56 °C). El rango de temperatura en el que permanece líquido es uno de los másaltos de los metales (2174 °C separan sus punto de fusión y ebullición) y la presión de vapores baja incluso a altas temperaturas. El metal se expande un 3,1% al solidificar y flota en ellíquido al igual que el hielo en el agua.

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

Símbolo atómico

Visto al microcoscopio

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PROPIEDADES

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

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

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

• http://portalweb.sgm.gob.mx/economia/es/analisis/elementos/588-analisis-por-elemento-silicio-.html

• http://portalweb.sgm.gob.mx/economia/es/analisis/elementos/606-analisis-por-elemento-germanio-.html

• http://portalweb.sgm.gob.mx/economia/es/analisis/elementos/605-analisis-por-elemento-galio.html

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