Qué son los metaloides
El silicio es un metaloide usado en los circuitos de informática y semiconductores.
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La mayoría de los elementos de la tabla periódica pueden ser clasificados como metales o no metales. Sin embargo, un pequeño número de elementos tienen las propiedades de
ambos. Estos se llaman metaloides, e incluyen a los elementos boro,
silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio y polonio. Los
metaloides son elementos importantes en el campo de la electrónica,
debido a sus propiedades semiconductoras.
Propiedades de los metaloides
Los metaloides se encuentran
en la tabla periódica en un patrón escalonado del Grupo 13 al Grupo 17.
Ellos cierran la brecha entre los metales en el lado izquierdo de la
tabla y no metales en el lado derecho. En general, los metaloides son
quebradizos con un aspecto ligeramente metálico o brillante. Sirven como
aislantes a temperatura ambiente, lo cual es una propiedad de los no
metales. Sin embargo, debido a su estructura de electrones de valencia, también exhiben un cierto grado de conductividad como los metales.
Semiconductores
Algunos metaloides,
específicamente el boro, silicio y germanio, tienen propiedades
semiconductoras. En su estado sólido, los metaloides no tienen la
estructura ordenada metálica que permite un flujo libre de electrones.
Sin embargo, hay orbitales vacíos en la estructura de electrones de valencia
que permiten que los electrones fluyan y les dan un cierto grado de
conductibilidad. Esta propiedad semiconductora tiene un uso crítico en
la electrónica y los circuitos. Sin embargo, no todos los metaloides son
semiconductores, y muchos semiconductores manufacturados son aleaciones
de elementos diferentes.
Metaloides pesados
Cuanto más abajo vayas en la
tabla periódica, más pesados serán los elementos y es más probable que
sean inestables y radiactivos. Algunas personas no incluyen al elemento
pesado que es el polonio, como un metaloide, ya que es poco común y
radiactivo. De manera similar, el elemento astato no es de origen
natural y tiene una vida media máxima de aproximadamente ocho horas, por
lo que a veces no se considera como un metaloide.
Alótropos o casi-metaloides
Los alótropos son formas
diferentes del mismo elemento, los cuales exhiben diferentes
propiedades. A veces, los alótropos de elementos cercanos al grupo de
los metaloides exhiben propiedades metaloides límite. Por ejemplo, el
carbono se encuentra al lado de boro, y en su forma alotrópica diamante,
tiene propiedades de un no metal. Sin embargo, la versión alotrópica de
carbono del tipo grafito exhibe algunas propiedades metálicas.
Elementos cercanos como el fósforo, estaño, bismuto y selenio también
tienen alótropos que exhiben propiedades metaloides.
Sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales. No hay una forma unívoca de distinguir los metaloides de los metales verdaderos, pero generalmente se diferencian en que muchas veces los metaloides son semiconductores antes que conductores.
Son considerados metaloides los siguientes elementos:
Boro (B)
Silicio (Si)
Germanio (Ge)
Arsénico (As)
Antimonio (Sb)
Telurio (Te)
Polonio (Po)
Dentro de la tabla periódica los metaloides se encuentran en línea diagonal desde el boro al polonio. Los elementos que se encuentran encima a la derecha son no metales, y los que se encuentran debajo a la izquierda son metales.
Veamos dos ejemplos, el silicio y el germanio:
Silicio
El silicio (del latín silex, sílice) fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787, y posteriormente tomado como 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.
El silicio es un elemento químico no metálico situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los carbonoideos. 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.
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 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 semicondutores; 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 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.
Germanio
El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 14 de la tabla periódica de los elementos.
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 de las similitudes entre las propiedades predichas y las observadas.
Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, deleznable, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina 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 coste 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 (oro) Au con 12% de germanio.
- Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.
Quimioterapia
- El teratracloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de polímeros (PET).
Metaloides o semimetales
Junto con los metales y los no metales, los metaloides o semimetales comprenden una de las tres categorías de elementos químicos siguiendo una clasificación de acuerdo con las propiedades de enlace e ionización.Sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales. No hay una forma unívoca de distinguir los metaloides de los metales verdaderos, pero generalmente se diferencian en que muchas veces los metaloides son semiconductores antes que conductores.
Son considerados metaloides los siguientes elementos:
Boro (B)
Silicio (Si)
Germanio (Ge)
Arsénico (As)
Antimonio (Sb)
Telurio (Te)
Polonio (Po)
Dentro de la tabla periódica los metaloides se encuentran en línea diagonal desde el boro al polonio. Los elementos que se encuentran encima a la derecha son no metales, y los que se encuentran debajo a la izquierda son metales.
Veamos dos ejemplos, el silicio y el germanio:
Silicio
El silicio (del latín silex, sílice) fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787, y posteriormente tomado como 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.
El silicio es un elemento químico no metálico situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los carbonoideos. 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.
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 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 semicondutores; 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 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.
Germanio
El germanio es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 14 de la tabla periódica de los elementos.
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 de las similitudes entre las propiedades predichas y las observadas.
Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso, deleznable, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina 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 coste 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 (oro) Au con 12% de germanio.
- Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.
Quimioterapia
- El teratracloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de polímeros (PET).
