Sólidos cristalinos

SÓLIDOS CRISTALINOS

ELABORADO POR : Sergio A. Egoávil Baldera

Física Electrónica

INFOGRAFIA

SILICIO GERMANIO GALIO

SILICIOEl silicio no existe libre en la naturaleza. Como dióxido se encuentra en varias formas de cuarzo: Cristal de roca, Amatista, Cuarzo ahumado, Cuarzo rosa, y cuarzo lechoso.

El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los carbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno.

El silicio amorfo es un polvo pardo, mas activo químicamente que la variedad cristalina. Se une con el flúor a temperaturas ordinarias, y con oxigeno, cloro, bromo, azufre, nitrógeno, carbono y boro a temperaturas progresivamente mas altas.

Además, el ácido silícico es una sustancia básica para el tejido de sostén que requieran consistencia y firmeza, los huesos, los cartílagos y los dientes. Se absorbe en el intestino y se elimina por la orina.

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.

ESTRUCTURA DEL 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.Cuando queremos usar el silicio como semiconductor extrínseco, se colocan impurezas en el enlace covalente, lo cual hace que sea más fácil ganar o perder un electrón.

PROPIEDADES DEL SILICIOEl 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.Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos

PROPIEDADES

APLICACIONES DEL SILICIOEl dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante

constituyente del hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland.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. Otros importantes usos del silicio son:

El silicio es un elemento vital en numerosas industrias

1. Utilizado para producir chips para ordenadores.

2. ·         Las células fotovoltaicas para conversión directa de energía solar en eléctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico.

3. ·         El silicio hiperpuro puede doparse con boro, galio, fósforo o arsénico, aumentando su conductividad; se emplea para la fabricación de transistores, rectificadores y otros dispositivos de estado sólido ampliamente empleados en electrónica.

4. ·         Se utiliza como integrante de aleaciones para dar mayor resistencia a aluminio, magnesio, cobre y otros metales.

5. ·         La arena y arcilla (silicatos) se usan para fabricar ladrillos y hormigón; son un material refractario que permite trabajar a altas temperaturas.

6. ·         El meta silicato de sodio, Na2SiO3, es una sal empleada en detergentes para tamponar e impedir que la suciedad entre en el tejido: los iones meta silicatos, SiO3-2,se unen a las partículas de suciedad, dándoles carga negativa, lo que impide que se agreguen y formen partículas insolubles.

7. ·         Al acidificar el ortosilicato de silicio se obtiene un precipitado gelatinoso de sílice (sílica gel) que se emplea como agente desecante, soporte para catalizadores, cromatografía y aislante térmico.

8. ·         La sílice (arena) es el principal ingrediente del vidrio, uno de los materiales más baratos con excelentes propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas.

9. ·         Las siliconas son derivados poliméricos del silicio. Se utilizan para juguetes, lubricantes, películas impermeables, implantes para cirugía estética, ...

10. ·         El carburo de silicio se utiliza como abrasivo importante, para componentes refractarios.

GERMANIOElemento químico, metálico, gris plata, quebradizo, símbolo

(Ge), número atómico 32, peso atómico 72.59, punto de fusión 937.4ºC (1719ºF) y punto de ebullición 2830ºC (5130ºF), con propiedades entre el silicio y estaño. El germanio se encuentra muy distribuido en la corteza terrestre con una abundancia de 6.7 partes por millón (ppm). El germanio se halla como sulfuro o está asociado a los sulfuros minerales de otros elementos, en particular con los del cobre, zinc, plomo, estaño y antimonio.El germanio tiene una apariencia metálica, pero exhibe las propiedades físicas y químicas de un metal sólo en condiciones especiales, dado que está localizado en la tabla periódica en donde ocurre la transición de metales a no metales. A temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico y, en consecuencia, se comporta como un material quebradizo.

El germanio es estable al aire y en el agua y sólo le afecta el ácido nítrico. Es un mal conductor de electricidad pero sus propiedades semiconductoras son excepcionales y se emplea principalmente en esa área.

El germanio tiene una apariencia metálica, pero exhibe las propiedades físicas y químicas de un metal sólo en condiciones especiales, dado que está localizado en la tabla periódica en donde ocurre la transición de metales a no metales. A temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico y, en consecuencia, se comporta como un material quebradizo. Las propiedades del germanio son tales que este elemento tiene varias aplicaciones importantes, especialmente en la industria de los semiconductores. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante (es cúbica) y resiste a los ácidos y álcalis. Este diagrama muestra un ordenamiento de átomos en una "celda unitaria" de germanio.

ESTRUCTURA DEL GERMANIO

Se utiliza ampliamente en semiconductores. Debido a su transparencia frente a la radiación infrarroja es de gran importancia para la espectroscopia. Se obtiene de la refinación del cobre, el

zinc y el plomo.

PROPIEDADES DEL GERMANIO PROPIEDADES DEL

GERMANIOGe

Número atómico 32Masa atómica (g/mol) 72,6Radio atómico (nm) 0,137Estructura electrónica [Ar]4s23d104p2

Densidad (kg/m3) 5323Temperatura de fusión 937,4 ºCCalor específico (J/kg·ºC) 309Concentración atómica (at/m3)

4,42·1028

Concentración intrínseca a 300 K

2,36·1019 m-3

Constante A (m-3·K-3/2) 1,91·1021

Anchura banda prohibida a 300 K

0,67 eV

Movilidad electrones a 300 K 0,39 m2/VsMovilidad huecos a 300 K 0,182 m2/VsResistividad intrínseca a 300 K

0,47 W m

Difusividad electrones 10,1·10-3 m2/sDifusividad huecos 4,9·10-3 m2/sPermitividad eléctrica 15,7Masa efectiva electrones 0,5 m0

Masa efectiva huecos 0,37 m0

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 incrementan los

Amper-horas disponibles en acumuladores.

APLICACIONES DEL GERMANIO1. . Se utiliza como semiconductor.

2. ·       El germanio dopado con arsénico, galio, u otros elementos se utiliza como transistor.

3. ·         Por ser transparente a la radiación infrarroja se emplea en forma de monocristales en espectroscopios infrarrojos (lentes, prismas y ventanas) y otros aparatos ópticos entre los que se encuentran detectores infrarrojos extremadamente sensibles.

4. ·         El óxido de germanio se aplica en lentes gran angular de cámaras y en objetivos de microscopio.

5. ·         El germanio se utiliza como detector de la radiación gamma.

6. ·         Los compuestos organogermánicos se están utilizando en quimioterapia, pues tienen poca toxicidad para los mamíferos y son eficaces contra ciertas bacterias.

GALIOElemento químico, símbolo Ga, número atómico 31 y peso atómico 69.72. lo descubrió Lecoq de Boisbaudran en Francia en 1875. Tiene un gran intervalo de temperatura en el estado líquido, y se ha recomendado su uso en termómetros de alta temperatura y manómetros. En aleación con plata y estañó, el galio suple en forma adecuada la amalgama en curaciones dentales; también sirve para soldar materiales no metálicos, incluyendo gemas o amtales. El arseniuro de galio puede utilizarse en sistemas para transformar movimiento mecánico en impulsos eléctricos. Los artículos sintéticos superconductores pueden prepararse por la fabricación de matrices porosas de vanadio o tántalo impregnados con hidruro de galio. El galio ha dado excelentes resultados como semiconductor para uso en rectificadores, transistores, fotoconductores, fuentes de luz, diodos láser o máser y aparatos de refrigeración

El galio sólido parece gris azulado cuando se expone a la atmósfera. El galio líquido es blanco plateado, con una superficie reflejante brillante. Su punto de congelación es más bajo que el de cualquier metal con excepción del mercurio (-39ºC o -38ºF) y el cesio (28.5ºC u 83.3ºF).

PROPIEDADES DEL GALIOMasa Atómica 69,723 uma

Punto de Fusión 302,94 K Punto de Ebullición 2676 K Densidad 5907 kg/m³ Dureza (Mohs) 1,5 Potencial Normal de Reducción

- 0,53 V Ga3+ | Ga solución ácida Conductividad Térmica 48,30 J/m s ºC Conductividad Eléctrica 57,5 (mOhm.cm)-1 Calor Específico 330,22 J/kg ºK Calor de Fusión 5,6 kJ/mol Calor de Vaporización 280,0 kJ/mol Calor de Atomización 286,0 kJ/mol de átomos Estados de Oxidación +1, +2, +3 1ª Energía de Ionización 578,8 kJ/mol 2ª Energía de Ionización 1978,9 kJ/mol 3ª Energía de Ionización 2963,8 kJ/mol Afinidad Electrónica 28,9 kJ/mol Radio Atómico 1,41 Å Radio Covalente 1,26 Å Radio Iónico Ga+3 = 0,62 Å Volumen Atómico 11,8 cm³/mol Polarizabilidad 8,1 ų Electronegatividad (Pauling) 1,81

Es un metal gris azulado como sólido y plateado como líquido, estado en el que se encuentra a temperatura ambiente. Es el elemento metálico que permanece en estado líquido en un márgen de temperaturas más amplio. Cuando se congela, se expande (como el agua).

El galio es semejante químicamente al aluminio. Es anfótero, pero poco más ácido que el aluminio. La valencia normal del galio es 3+ y forma hidróxidos, óxidos y sales. El galio funde al contacto con el aire cuando se calienta a 500ºC (930ºF). Reacciona vigorosamente con agua hirviendo, pero ligeramente con agua a temperatura ambiente. Las sales de galio son incoloras; se preparan de manera directa a partir del metal, dado que la purificación de éste es más simple que la de sus sales.El galio forma aleaciones eutécticas de bajo punto de fusión con varios metales, y compuestos intermetálicos con muchos otros. Todo el aluminio contiene cantidades pequeñas de galio, como impureza inofensiva, pero la penetración intergranular de grandes cantidades a 30ºC causa fallas catastróficas.

APLICACIONES DEL GALIOLa 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 optoelectrónicos 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 empleandose 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://www.edutecne.utn.edu.ar/microelectronica/01-ELEMENTOS%20DE%20MICROELECTR%C3%93NICA.pdf

http://www.acienciasgalilei.com/qui/elementos/ge.htm

http://www.enbuenasmanos.com/articulos/muestra.asp?art=1916

www.tarot-josnell.com/vitaminas/silicio.htm

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

http://www.profes.net/rep_documentos/Propuestas_2%C2%BA_ciclo_ESO/El_silicio_y_sus_propiedades.PDF

http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:nX2aoojisI8J:https://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/miembros/Web_Sofia/TABLA/Ge.ppt+aplicaciones+del+germanio&hl=es&gl=pe&pid=bl&srcid=ADGEESgixkj14GdHphkx8tDZZDCLUZdz36jxpJ5s3ijUsDyH8yXDn9RHDDvz1SpmQrsKNfMaZIGyYm1DZlw28KF6QdDAQtkYlBV5aQgNR_tO5Dgh7-4g3xyxacj9f_ojZQ11y-iskIcr&sig=AHIEtbRrzRLSjAcfOOfPXxi6o0k4rUJlYg