Solidos Cristalinos

1. SILICIO, GERMANIO Y GALIO
Estructura Cristalina, Propiedades y
Aplicaciones
Elaborado por: Mery Leny Sullón Chero

2. SÓLIDOS CRISTALINOS
SILICIO
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
El silicio cristaliza con el mismo patrón que el diamante, en una
estructura que Ashcroft y Mermin llaman celosías primitivas,
"dos cubos interpenetrados de cara centrada". Las líneas entre
los átomos de silicio en la ilustración de la red, indican los
enlaces con los vecinos más próximos. El lado del cubo de
silicio es 0,543 nm. El germanio tiene la misma estructura del
diamante, con una dimensión de celda de 0,566nm.
Nº CAS 7440-21-3
Nº EINECS 231-130-8
Calor especifico 700 j/(k.kg)
Conductividad eléctrica 4.35.10-4 S/m
Conductividad térmica 148 W/(K. m)
Velocidad del sonido 8433 m/s a 293,15 k (20ºC)

3. SILICIO
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. Se
presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un
polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se
presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo
metálico.
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4. PROPIEDADES
Policristal de
Silicio
Olivino

5. PROPIEDADES
PROPIEDADES FÍSICAS
Estado ordinario Sólido (no magnético)
Densidad 2330 kg/m3
Punto de fusión 1687 k (1414ºC)
Punto de ebullición 3173 K (2900ºC)
Entalpía de vaporización 384,22 KJ/mol
Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol
Presión de vapor 4,77 Pa a 1683K
PROPIEDADES ATÓMICAS
Radio medio 120pm
Electronegatividad 1,9 (Pauling)
Radio atómico 111pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 111pm
Radio de van der Waals 210pm
Estado(s) de oxidación 4
Óxido Anfótero

6.  Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En
forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y
color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción
de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El
silicio transmite más del 95 % de las longitudes de onda de la radiación
infrarroja.
 Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos.
Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente
reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicio cristalino
tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El
silicio tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y
una densidad relativa de 2,33(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de
masa atómica).

7.  Se disuelve en ácido sulfúrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es
atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado
inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio
y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a
temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide
que continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro
formando nitruro de silicio y cloruro de silicio, respectivamente.
 El silicio constituye un 28 % de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sino que se
encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que
contienen silicio constituyen cerca del 40 % de todos los minerales comunes, incluyendo
más del 90 % de los minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus
variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y
tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de
silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio,
calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en
forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y zeolitas, y de piedras semipreciosas
como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

8. APLICACIONES
 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 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.

9. SÓLIDOS CRISTALINOS
GERMANIO
Estructura cristalina Cúbica centrada en las caras
Nº CAS 7440-56-4
Nº EINECS 231-164-3
Calor especifico 320 J/(k.kg)
Conductividad eléctrica 1,45 S/m
Conductividad térmica 59,9 W/(K. m)
Velocidad del sonido 5400 m/s a 293,15 k (20ºC)

10. GERMANIO
El germanio es un elemento
químico con número
atómico 32, y símbolo Ge
perteneciente al período 4
de la tabla periódica de los
elementos.

11. PROPIEDADES
PROPIEDADES FÍSICAS
Estado ordinario Sólido
Densidad 5323 kg/m3
Punto de fusión 1211,4 k (938ºC)
Punto de ebullición 3093 K (2820ºC)
Entalpía de vaporización 330,9 KJ/mol
Entalpía de fusión 36,94 kJ/mol
Presión de vapor 0,0000746 Pa a 1210 K
PROPIEDADES ATÓMICAS
Radio medio 125pm
Electronegatividad 2,02 (Pauling)
Radio atómico 125pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 122pm
Radio de van der Waals Sin datos pm
Estado(s) de oxidación 4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4.
Óxido Anfótero

12. PROPIEDADES
Las propiedades del
germanio (del latín
Germania, Alemania) fueron
predichas en 1871 por
Mendeleyev en función de
su posición en la tabla
periódica, elemento al que
llamó eka-silicio.
El alemán Clemens Winkler
demostró en 1886 la
existencia de este elemento,
descubrimiento que sirvió
para confirmar la validez de
la tabla periódica, habida
cuenta con las similitudes
entre las propiedades
predichas y las observadas:
Propiedad Ekasilicio Germanio
(Predichas, 1871) (Observadas, 1886)
Masa atómica 72 72,59
Densidad (g/cm3) 5,5 5.35
Calor específico
0,31 0,32
(kJ/kg.K)
Punto de fusión (ºC) alto 960
Fórmula del óxido RO2 GeO2
Fórmula del cloruro RCI4 GeCl4
Densidad del óxido
4,7 4,7
(g/cm3)
Punto de ebullición del
cloruro (ºC)
100 86
Color gris Gris

13.  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).
APLICACIONES

14. SÓLIDOS CRISTALINOS
GALIO
Estructura cristalina Ortorrómbica
Nº CAS 7440-55-3
Nº EINECS 231-163-8
Calor especifico 370 J/(k.kg)
Conductividad eléctrica 6,78 10 6 S/m
Conductividad térmica 40,6 W/(K. m)
Velocidad del sonido 2740 m/s a 293,15 k (20ºC)

15. GALIO
El galio es un elemento químico de la tabla
periódica de número atómico 31 y símbolo Ga.
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 puntos de fusión y ebullición) y la
presión de vapor es baja incluso a altas
temperaturas. El metal se expande un 3,1% al
solidificar y flota en el líquido al igual que el
hielo en el agua.

16. PROPIEDADES
PROPIEDADES FÍSICAS
Estado ordinario Sólido
Densidad 5904 kg/m3
Punto de fusión 302,91 k (30ºC)
Punto de ebullición 2477 K (2204ºC)
Entalpía de vaporización 258,7 KJ/mol
Entalpía de fusión 5,59 kJ/mol
Presión de vapor 9,31 X 10 -36 Pa a 302,9K
PROPIEDADES ATÓMICAS
Radio medio 130pm
Electronegatividad 1,81 (Pauling)
Radio atómico 136pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 126pm
Radio de van der Waals 187 pm
Estado(s) de oxidación 3
Óxido Anfótero