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La estructura cristalina es la formasólida de cómo se ordenan y empaquetanlos átomos, moléculas, o iones. Estos sonempaquetados de manera ordenada y conpatrones de repetición que se extiendenen las tres dimensiones del espacio. Lacristalografía es el estudio científico de loscristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de

mayor orden, es decir, donde las

correlaciones internas son mayores. Esto

se refleja en sus propiedades antrópicas y

discontinuas. Suelen aparecer como

entidades puras, homogéneas y con

formas geométricas definidas (hábito)

cuando están bien formados. No

obstante, su morfología externa no es

suficiente para evaluar la denominada

cristalinidad de un material.

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.

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.

Si en algunos de estos cristales de silicio

sustituimos un átomo de silicio por otro de

fósforo, que tiene 5 electrones en su

última capa, conseguimos que aumente el

número de electrones libres. La carga

eléctrica total sigue siendo neutra, pero

el número de electrones cuya energía

de unión a su átomo es baja, aumenta.

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).

Se disuelve en ácido fluorhídrico formandoel gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (verflúor), y es atacado por los ácidosnítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque eldióxido de silicio formado inhibe lareacción. También se disuelve enhidróxido de sodio, formando silicato desodio y gas hidrógeno. A temperaturasordinarias el silicio no es atacado por elaire, pero a temperaturas elevadasreacciona con el oxígeno formando unacapa de sílice que impide que continúe lareacción. A altas temperaturas reaccionatambién con nitrógeno y cloro formandonitruro de silicio y cloruro desilicio, respectivamente.

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.

Para que nos hagamos una idea más

clara, imaginemos una estructura cristalina

tetraédrica con cuatro electrones en la

capa más externa de cada vértice. En

algunos de ellos, hay cinco electrones (en

los que hemos introducido el fósforo) por

lo que uno de ellos sobra, digamos que no

tiene espacio.

Si en lugar de fósforo usamos Boro, que tiene 3

electrones en la última capa, conseguimos dejar

un “hueco” libre que puede ser ocupado por un

electrón. Es decir, en la última capa cabrían 4

electrones pero sólo hay 3.

Este efecto de añadir impurezas de fósforo o

boro, se denomina contaminación o dopaje.

CONTAMINACIÓN O DOPAJE.

Los cristales de silicio dopados con fósforo

u otros elementos, de forma que tienen

exceso de electrones libres se

denominan silicio tipo N. Los dopados

con defecto de electrones, con huecos

libres, se denominan tipo P.

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 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:

Como material refractario, se usa encerámicas, vidriados y esmaltados.

Como elemento fertilizante en forma demineral primario rico en silicio, para laagricultura.

Como elemento de aleación en fundiciones.

Fabricación de vidrio para ventanas yaislantes.

El carburo de silicio es uno de los abrasivosmás importantes.

Se usa en láseres para obtener una luz conuna longitud de onda de 456 nm.

La silicona se usa en medicina en implantesde seno y lentes de contacto.

Los métodos químicos, usados actualmente, actúan sobre un compuesto de silicio que sea más fácil de purificar descomponiéndolo tras la purificación para obtener el silicio. Los compuestos comúnmente usados son el triclorosilano (HSiCl3), el tetracloruro de silicio (SiCl4) y el silano (SiH4).

En el proceso Siemens, las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150 C al triclorosilano, gas que se descompone depositando silicio adicional en la barra según la siguiente reacción:

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4 El silicio producido por éste y otros métodos similares se denomina silicio

policristalino y típicamente tiene una fracción de impurezas de 0,001 ppm o menor.

El método Dupont consiste en hacer reaccionar tetracloruro de silicio a 950 C con vapores de cinc muy puros:

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2 Este método está plagado de dificultades (el cloruro de cinc, sub producto

de la reacción, solidifica y obstruye las líneas), por lo que eventualmente se ha abandonado en favor del proceso Siemens.

Una vez obtenido el silicio ultrapuro es necesario obtener un monocristal , para lo que se utiliza el proceso Czochralski.

La inhalación del polvo de sílice

cristalina puede provocar

silicosis

Elemento 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 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 divalente o tetravalente. Los

compuestos divalentes (óxido, sulfuro y los

halogenuros) se oxidan o reducen con

facilidad. Los compuestos tetravalentes son

más estables. Los compuestos

organogermánicos son numerosos y, en este

aspecto, el germanio se parece al silicio. El

interés en los compuestos organogermánicos

se centra en su acción biológica. El germanio

y sus derivados parecen tener una toxicidad

menor en los mamíferos que los compuestos

de estaño o plomo.

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.

El hidruro de germanio y el tetrahidruro de germanio sonextremadamente inflammables e incluso explosives cuandoson mezclados con el aire. Inhalación: Calambresabdominales. Sensación de quemadura. Tos. Piel:Enrojecimiento. Dolor. Ojos: Enrojecimiento. Dolor.

Peligros físicos: El gas es más pesado que el aire y puedeviajar por el suelo; es possible la ignición a distancia.

Vías de exposición: La sustancia puede ser absorbida porel cuerpo por inhalación.

Riesgo de inhalación: En caso de pérdidas en el contenedorse alcanzará rápidamente una concentración peligrosa delgas en el aire.

Efectos de la exposición a corto plazo: La sustancia irritalos ojos, la piel y el tracto respiratorio. La sustancia puedetener efectos en la sngre, resultando en lesiones de lascélulas sanguíneas. La exposición puede resultar en lamuerte.

Algunos compuestos de germanio(tetrahidruro de germanio o germano)tienen una cierta toxicidad en losmamíferos pero son letales paraalgunas bacterias. También es letalpara la taenia.

Como metal pesado se considera quetiene algún efecto negativo en losecosistemas acuáticos.

Elemento químico, símbolo Ga, número atómico 31 y peso atómico 69.72

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 tántaloimpregnados 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 laatmósfera. El galio líquido es blanco plateado, con una superficiereflejante brillante. Su punto de congelación es más bajo que el decualquier metal con excepción del mercurio (-39ºC o -38ºF) y elcesio (28.5ºC u 83.3ºF).

El galio es semejante químicamente al aluminio. Es anfótero, peropoco más ácido que el aluminio. La valencia normal del galio es3+ y forma hidróxidos, óxidos y sales. El galio funde al contactocon el aire cuando se calienta a 500ºC (930ºF). Reaccionavigorosamente con agua hirviendo, pero ligeramente con agua atemperatura ambiente. Las sales de galio son incoloras; sepreparan de manera directa a partir del metal, dado que lapurificación de éste es más simple que la de sus sales.

El galio forma aleaciones eutécticas de bajo punto de fusión convarios metales, y compuestos intermetálicos con muchos otros.Todo el aluminio contiene cantidades pequeñas de galio, comoimpureza inofensiva, pero la penetración intergranular de grandescantidades a 30ºC causa fallas catastróficas.

El galio es un elemento que se encuentra en el cuerpo, pero en

cantidades muy pequeñas. Por ejemplo, en una persona con una

masa de 70 kilos, hay 0,7 miligramos de galio en su cuerpo.

No tiene beneficios provados en las funciones corporales, y lo más

probable es que solo esté presente debido a las pequeñas

cantidades en el ambiente natural, en el agua, y en los residuos

en los vegetales o frutas.

Se sabe que algunas vitaminas y aguas de distribución comercial

contienen cantidades traza de galio de menos de una parte por

millón.

El galio puro no es una sustancia peligrosa por contacto para los

humanos. Algunos compuestos del galio pueden ser de hecho

muy peligrosos, sin embargo. Por ejemplo, altas exposiciones al

cloruro de galio (III) pueden causar irritación de la

garganta, dificultades de respiración, dolores pectorales, y sus

vapores pueden provocar afecciones muy graves como edema

pulmonar y parálisis parcial.

Una controversia con el galio involucra las

armas nucleares y la polución. El galio es

usado para unir las minas entre sí. Sin

embargo, cuando las minas se cortan y se

forma polvo de óxido de plutonio, el galio

permanece en el plutonio. El plutonio se ve

inutilizado para su uso como combustible

porque el galio es corrosivo para varios otros

elementos. Si el galio es eliminado, sin

embargo, el plutonio se vuelve útil de nuevo.

El problema es que el proceso para eliminar el galio

contribuye a una gran cantidad de polución en el agua

con sustancias radiactivas. El galio es un elemento

ideal para ser usado en minas, pero la polución es

destructiva para La Tierra y para la salud de sus

habitantes. Incluso haciéndose esfuerzos para

eliminar la polución del agua, esto incrementaría

significativamente los costes de procedimiento de la

conversión de plutonio en un combustible (en

alrededor de 200 millones de dólares). Los científicos

están trabajando en otro método para limpiar el

plutonio, pero pueden pasar años hasta que sea

completado.

Silicio:http://www.e-renovables.es/categoria-silicio.html

Germanio:http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ge.htm

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

Galio:http://www.lenntech.es/periodica/elementos/ga.htm

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