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“Trabajo de Investigación”

Modulo: Química Inorgánica Docente: Lic. Alfonso Eduardo Vázquez Torres Grupo: 20IQ211 Carrera: Ingeniería Química Alumno: Barragán Alejo Jesús Antonio

“BARRAGAN ALEJO JESUS ANTONIO”

“Galio” ¿Qué es el Galio? El galio es un elemento químico de aspecto blanco plateado con número atómico 31. Su símbolo es Ga y pertenece al grupo de los metales del bloque p y su estado habitual en la naturaleza es sólido. El galio está situado en la posición 31 de la tabla periódica.

Propiedades del galio El galio pertenece al grupo de elementos metálicos conocido como metales del bloque p que están situados junto a los metaloides o semimetales en la tabla periódica. Este tipo de elementos tienden a ser blandos y presentan puntos de fusión bajos, propiedades que también se pueden atribuir al galio, dado que forma parte de este grupo de elementos. El estado del galio en su forma natural es sólido. El galio es un elemento químico de aspecto blanco plateado y pertenece al grupo de los metales del bloque p. El número atómico del galio es 31. El símbolo químico del galio es Ga. El punto de fusión del galio es de 302,91 grados Kelvin o de 30,76 grados Celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del galio es de 2477 grados Kelvin o de 2204,85 grados Celsius o grados centígrados.

Usos del galio El galio es una sustancia plateado-blanda y se funde a temperaturas ligeramente superiores a la temperatura ambiente. Fue descubierto en 1875 por el químico francés Paul Emile Lecoq de Boisbaudran. La mayor parte de producción de galio se produce como un subproducto de la producción de aluminio o zinc. El galio tiene una amplia variedad de usos en diferentes industrias. Si alguna vez te has preguntado para qué sirve el galio, a continuación, tienes una lista de sus posibles usos: 

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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 azule 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.

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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.

Pr opi edadesat ómi c asdel gal i o La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el galio dentro de la tabla periódica de los elementos, el galio se encuentra en el grupo 13 y periodo 4. El galio tiene una masa atómica de 69,723 u.

La configuración electrónica del galio es [Ar]3d10 4s2 4p1. La configuración electrónica de los elementos determina la forma en la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio medio del galio es de 130 pm, su radio atómico o radio de Bohr es de 136 pm, su radio covalente es de 126 pm y su radio de Van der Waals es de 187 pm. El galio tiene un total de 31 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 18 electrones y en la cuarta, 3 electrones.

Características del galio

A continuación, puedes ver una tabla donde se muestra las principales características que tiene el galio. Galio

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Símbolo químico

Ga

Número atómico

31

Grupo

13

Periodo

4

Aspecto

blanco plateado

Bloque

p

Densidad

5904 kg/m3

Masa atómica

69.723 u

Radio medio

130 pm

Radio atómico

136

Radio covalente

126 pm

Radio de van der Waals

187 pm

Configuración electrónica

[Ar]3d10 4s2 4p1

Electrones por capa

2, 8, 18, 3

Estados de oxidación

3

Óxido

anfótero

Estructura cristalina

ortorrómbica

Estado

sólido

Punto de fusión

302.91 K

Punto de ebullición

2477 K

Calor de fusión

5.59 kJ/mol

Presión de vapor

9,31 × 10-36Pa a 302,9 K

Electronegatividad

1,81

Calor específico

370 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica

6,78 106S/m

Conductividad térmica

40,6 W/(K·m)

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Efectos del Galio sobre la salud 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. Si esta cantidad de galio estuviera condensada en un cubo, el cubo solo mediría 0,49 milímetros de lado. No tiene beneficios probados 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. Ha sido manipulada muchas veces solo por el simple placer de observar cómo se derrite por el calor emitido por una mano humana. Sin embargo, deja manchas en las manos. Incluso el componente radioactivo del galio, citrato de galio (67Ga), puede ser inyectado en el cuerpo y usado para escáneres con galio sin efectos perjudiciales. Aunque no es peligroso en pequeñas cantidades, el galio no debe ser consumido a propósito en grandes dosis. 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.

Efectos ambientales del Galio 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.

Métodos de obtención Se obtiene como subproducto en la obtención de zinc y de aluminio. “BARRAGAN ALEJO JESUS ANTONIO”

Aplicaciones Se emplea en el dopado de semiconductores y en la fabricación de dispositivos de estado sólido como: transistores, diodos, células solares, etc.  El 72Ga se emplea en el diagnóstico y terapia de tumores óseos.  Se utiliza en aleaciones con bajo punto de fusión.  El arseniuro de galio se usa para convertir la electricidad en luz coherente (láser).  Con hierro, litio, magnesio, itrio y gadolinio forma materiales magnéticos. El galato de magnesio, con impurezas de iones divalentes, se utiliza en la pólvora de fósforos activados con luz ultravioleta. El galio se utiliza para la detección de neutrinos solares. 

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“Germanio” ¿Qué es el Germanio? El germanio, de número atómico 32, fue el primer elemento utilizado en los transistores. El germanio es un semimetal blanco plateado, duro y quebradizo miembro del grupo carbono. Sus propiedades físicas son similares a las del silicio. Si bien otros elementos del grupo son relativamente comunes, el germanio sólo se encuentra en pequeñas cantidades en algunos carbonos fósiles y en algunos minerales, como la argirodita. 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 ese área.

Descubrimiento Mendeleev predijo la existencia del germanio antes de que fuera descubierto, en 1886, por el químico alemán Clemens Winkler. El padre de la tabla periódica lo denominó ekasilicio y las predicciones que hizo sobre su densidad, puntos de fusión y peso atómico fueron bastante acertadas. Winkler aisló el elemento de un mineral llamado argirodita, encontrado en una mina cerca de su ciudad natal de Friburgo en Sajonia. Optó por asignarle el nombre de neptunio, en honor al planeta recientemente descubierto. En 1877, su compañero Hermann utilizó este nombre para el elemento que creyó haber encontrado en la tantalita, por lo que Winkler decidió denominarlo germanio en honor a su país. “BARRAGAN ALEJO JESUS ANTONIO”

Aplicaciones Durante unos cincuenta años, el germanio no fue muy utilizado. Fue solo con el desarrollo de la electrónica, cuando sus propiedades semiconductoras lo convirtieran en un elemento muy interesante. Un semiconductor es un material cuya conductividad puede ser alterada por una influencia externa como un campo eléctrico o la luz. El primer uso de germanio a gran escala fue reemplazar el componente electrónico más básico, el diodo, y sus aplicaciones se multiplicaron con el desarrollo del transistor. Hoy en día, los transistores de germanio han sido reemplazados por silicio, más barato El germanio es muy útil en la electrónica especializada de equipos de visión nocturna y en los cables de fibra óptica.

También lo encontramos en lentes de microscopios, con aluminio, magnesio y estaño para aumentar su dureza.

en

quimioterapia

y

aleado

Ocurrencia El germanio está muy extendido, pero ocurre solo en concentraciones muy bajas; Valor de Clarke (= contenido promedio en la corteza terrestre): 1,5 g / t. En la naturaleza, generalmente ocurre como un sulfuro (tiogermanate) y a menudo se encuentra como un compañero en los minerales de cobre y zinc (pizarra de cobre Mansfeld). Los minerales más importantes son la argyrodita. , Canfieldita, germanit y Renierit. Algunas plantas enriquecen germanio. Esta propiedad lleva a algunas tesis muy controvertidas con respecto a la fisiología de las plantas ("defensa de las plantas contra los virus"), que finalmente conducen a aplicaciones en la homeopatía.

Extracción y producción Según USGS, la producción anual de 2014 se estimó en 165 t, de la cual 120 t se encontraba en China. El precio de 1 kg de germanio era 2014 sobre 1.900 USD. Según la UE, el precio de 2003 era 300 USD / kg, y 2009 aumentó a 1.000 USD.

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Para la representación de germanio, en particular los gases de combustión (contienen óxido de gemanio de la preparación de mineral de zinc adecuada. El germanio se enriquece del gas de combustión disolviendo el polvo de la combustión en ácido sulfúrico. Después de la precipitación de lo disuelto El tratamiento adicional se lleva a cabo por destilación de los cloruros metálicos. La hidrólisis luego conduce nuevamente al óxido, que se reduce con hidrógeno a germanio. La representación de germanio de alta pureza puede, por. B. hecho por el proceso de fusión de la zona.

Propiedades germanio elemental El germanio está en la tabla periódica de la serie de semimetales, pero se clasifica por definición reciente como semiconductor. El germanio elemental es muy frágil y muy estable en el aire a temperatura ambiente. Se oxida a óxido de germanio (IV) (GeO2) solo después del recocido fuerte en una atmósfera de oxígeno. GeO2 es dimórfico y se convierte a 1033 ° C mediante la modificación del rutilo (CN = 6) en la estructura de ß-cuarzo (CN = 4). En forma de polvo, es un sólido inflamable y se puede encender fácilmente por una breve exposición a una fuente de ignición y continúa quemándose después de la extracción. El riesgo de ignición es mayor, cuanto más fina se distribuye la sustancia. En una forma compacta, no es inflamable. El germanio es bivalente y tetravalente. Los compuestos de germanio (IV) son los más estables. Del ácido clorhídrico, no se ataca la solución de hidróxido de potasio y el ácido sulfúrico diluido germanio. Sin embargo, en soluciones alcalinas de peróxido de hidrógeno, ácido sulfúrico caliente concentrado y ácido nítrico concentrado, se disuelve para formar hidrato de dióxido de germanio. Según su posición en la tabla periódica, sus propiedades químicas son entre silicio y estaño. El germanio es una de las pocas sustancias que tiene la propiedad de anomalía de densidad. Su densidad es menor en estado sólido que en estado líquido. Su intervalo de banda es de aproximadamente 0,67 eV a temperatura ambiente. Las obleas de germanio son considerablemente más frágiles que las obleas de silicio.

“Silicio” Silicio. 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. “BARRAGAN ALEJO JESUS ANTONIO”

Historia El silicio (del latín silex, sílice) fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787, aunque posteriormente fue confundido con un compuesto por Humphry Davy en 1800. En 1811 Gay-Lussac, y Louis Thenard probablemente, preparó silicio amorfo impuro calentando potasio con tetrafluoruro de silicio. En 1824 Berzelius preparó silicio amorfo empleando un método similar al de Gay-Lussac, purificando después el producto mediante lavados sucesivos hasta aislar el elemento.

Características principales Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es un 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.

Aplicaciones Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria cerámica 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 en los que se pueden implementar 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 además 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 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 y esmaltados. Como elemento de aleación en fundiciones. Fabricación de vidrio y cristal para ventanas y aislantes entre otros usos. 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. “BARRAGAN ALEJO JESUS ANTONIO”

Abundancia y obtención

El silicio es uno de los componentes principales de los aerolitos, una clase de meteoroides. Medido en peso el silicio representa más de la cuarta parte de la corteza terrestre y es el segundo elemento más abundante por detrás del oxígeno. El silicio no se encuentra en estado nativo; arena, cuarzo, amatista, ágata, pedernal, ópalo y jaspe son algunas de los minerales en los que aparece el óxido, mientras que formando silicatos se encuentra, entre otros, en el granito, feldespato, arcilla, hornblenda y mica. El silicio comercial se obtiene a partir de sílice de alta pureza en horno de arco eléctrico reduciendo el óxido con electrodos de carbono a temperatura superior a 1900 ºC: SiO2 + C → Si + CO2 El silicio líquido se acumula en el fondo del horno de donde se extrae y se enfría. El silicio producido por este proceso se denomina metalúrgico y tiene una pureza superior al 99%. Para la construcción de dispositivos semiconductores es necesario un silicio de mayor pureza, silicio ultrapuro, que puede obtenerse por métodos físicos o químicos. Los métodos físicos de purificación del silicio metalúrgico se basan en la mayor solubilidad de las impurezas en el silicio líquido, de forma que éste se concentra en las últimas zonas solidificadas. El primer método, usado de forma limitada pra construir componentes de radar durante la segunda guerra mundial, consiste en moler el silicio de forma que las impurezas se acumulen en las superficies de los granos; disolviendo éstos parcialmente con ácido se obtenía un polvo más puro. La fusión por zonas, el primer método usado a escala industrial consiste en fundir un extremo de la barra de silicio y trasladar lentamente el foco de calor a lo largo de la barra de modo que el silicio va solidificando con una pureza mayor al arrastrar la zona fundida gran parte de las impurezas. El proceso puede repetirse las veces que sea necesario hasta lograr la pureza deseada bastando entonces cortar el extremo final en el que se han acumulado las impurezas. 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). “BARRAGAN ALEJO JESUS ANTONIO”

En el proceso Siemens, las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150 ºC 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 ºC con vapores de cinc muy puros: SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2 Este método, s...