El documento describe la estructura cristalina, propiedades y aplicaciones de tres elementos: silicio, germanio y galio. El silicio tiene una estructura cúbica tipo diamante y se utiliza ampliamente en la electrónica. El germanio también tiene una estructura cúbica y se usa en fibra óptica y electrónica debido a su pequeña banda prohibida. El galio tiene una estructura ortorrómbica y se emplea principalmente en circuitos integrados y dispositivos optoelectrónicos.

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 Investiga en el Internet sobre los siguientes elementos, describe su estructura cristalina,
propiedades y aplicaciones:
a) Silicio
El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el
grupo 4 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.
El silicio puro no se encuentra en la naturaleza, pero bajo las condiciones
adecuadas pueden obtenerse en forma de estructuras monocristalinas. En éstas
los átomos se disponen según una red tipo diamante con simetría cúbica, en
donde cada átomo forma enlaces covalentes con otros cuatro adyacentes. Así
todos los átomos tienen la última órbita completa con ocho electrones
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 chipsque 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 decemento 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 Silicon Valley (Valle del Silicio) a
la región de California en la que concentran numerosas empresas del sector 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.

2.  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.
b) Germanio
El germanio es un elemento químico con número atómico 32 y
símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Es
un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo,
que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura
cristalina cúbica que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.
Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante
material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. 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. 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 Si/Ge
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.

3.  El tetracloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la
síntesis de polímeros (PET).
c) 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 de la ambiente (como cesio, mercurio y rubidio) e
incluso cuando se lo agarra con 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) 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.
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. Posee una estructura
cristalina de tipo Ortorrómbica, la cristalización no se produce en ninguna de
las estructuras simples; la fase estable en condiciones 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.
A otra presión y temperatura se han encontrado numerosas fases estables y
metaestables distintas.
El galio corroe otros metales al difundirse en sus redes cristalinas.
La principal aplicación del galio (arseniuro de galio) es la construcción de circuitos
integrados y dispositivos optoelectrónicos como diodos láser y LED.
 Se emplea para dopar materiales semiconductores y construir dispositivos
diversos como transistores.
 En termómetros de alta temperatura por su bajo punto de fusión.

4.  El galio se alea con facilidad con la mayoría de los metales y se usa en aleaciones
de bajo punto de fusión.
 El isótopo Ga-67 se usa en medicina nuclear.
 Se ha descubierto recientemente que aleaciones galio-aluminio en contacto con
agua produce una reacción química dando como resultado hidrógeno. Este
método para la obtención de hidrógeno no es rentable, ni ecológico, ya que
requiere la doble fundición del aluminio, con el consiguiente gasto energético.
 También se ha descubierto más recientemente que una aleación de galio-
antimonio sumergida en agua y en la cual incide la luz solar provoca la separación
de las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Gracias al uso potencial de esta
aleación no será necesario el uso de combustibles fósiles para generar hidrógeno a
partir del agua, reduciendo con ello las emisiones de CO2.
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