Aplicaciones del los elementos del grupo 13 de la tabla periódica

Aplicaciones del los elementos del grupo 13 de la tabla periódica

1. GRUPO 13 DE LA
TABLA PERIÓDICA





























2017
TEMAS DE CONSULTA
ALEJANDRO ALFREDO AGUIRRE FLORES
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
QUÍMICA DE ALIMENTOS
QUIMICA INORGÁNICA II
DR. JORGE MONCAYO.

2. 1
Consulta Nº 1
Título: PROCESO HALL-HEROULT PARA LA OBTENCIÓN DEL ALUMINIO
METÁLICO

El proceso Hall-Heroult en la industria consiste en la
utilización de dos tipos de celdas según afirma (Textos
Científicos, 2006) poseen múltiples ánodos
precocidos y los denominados ánodos de Soderberg;
dichos ánodos se encuentran suspendidos de una
estructura transversa por encima de la celdas en donde
están conectados a una barra colectora anódica, los
ánodos precocidos son fabricados a partir de una
mezcla de coque de petróleo y alquitrán mediante
prensas hidráulicas a 1100 ºC. el ánodo de Soderberg
posee un compartimento donde es colocado el
electrolito, y la separación entre ánodo y cátodo
normalmente es de unos 5cm.
El electrolito utilizado es criolita (3NaF AlF3) en CaF2 y Al2O3. El punto de fusión de la
criolita pura es de 1009
o
C, el electrolito contiene espatoflúor (CaF2) y algo de AlF3 en
exceso y, junto con la alúmina disuelta, reduce la temperatura de fusión lo suficiente para
permitir que las celdas se operen en el intervalo de 940 a 980
o
C. El exceso de AlF3 mejora
también la eficiencia de la celda. El electrolito se absorbe rápidamente en el recubrimiento
y en el aislante, con marcada absorción preferente de una porción con alto contenido de
sodio, que tiende al reducir la relación NaF/AlF3 por debajo de lo deseado.
Esto se compensa añadiendo un material alcalino como carbonato de sodio:
3Na2CO3 + 4AlF3 → 2(3Na x AlF3) + Al2O3 + 3CO2
Después de las primeras semanas de operación de las celdas, el electrolito tiende a agotarse
en AlF3, por la reacción con la sosa cáustica residual en la alúmina y por la hidrólisis a partir
del aire o de materiales añadidos:
3Na2O + 4AlF4 → 2(3NaF x AlF3) + Al2O3
3H2O + 2AlF3 → Al2O3 + 6HF
Las pérdidas en el electrolito requieren adiciones periódicas de AlF3 para mantener la
composición deseada. Los resultados finales son la liberación de oxígeno en el ánodo y el
depósito de aluminio en el cátodo. Él oxigeno se combina con el ánodo de carbono para
formar CO y CO2, predominando el CO2.

Ilustración 1 Esquema del proceso Hall-
Herault por electrolisis de alúmina fundida en
criolita (Fuente: sam.davyson.com)

3. 2
Consulta Nº 2
Título: COMPOSICION DEL RUBI, ZAFIRO, CORINDÓN Y ESMERIL.
A) RUBI
Es considerada una de las 4 piedras preciosas, junto con el
diamante, la esmeralda, y el zafiro, este último otro derivado
del corindón, y que veremos un poco más adelante. El rubí es
una gema que deriva del óxido de aluminio, del corindón y
suele tener un color que va desde el rosa, hasta el rojo sangre,
estos colores se deben a que en el corindón hay sustituciones
de Al, hay dopaje, en este caso trazas de óxido de cromo. El
Cr III ocupa las posiciones del Al III en la estructura cristalina
del corindón.
El color más apreciado del rubí es el rojo carmesí por lo que su
nombre viene del latín “ruber”, que significa rojo; aunque
hemos dicho que en general el rubí es rojo, este color puede variar según el lugar de donde
se extrae. Se obtiene de las minas bauxititas, del óxido de aluminio, por lixiviación y
flotación. También se ha encontrado en ríos poco profundos de algunos lugares.
Su forma es generalmente de prisma hexagonal, con una serie de aristas, aunque hay algunos
que se parecen más a un octaedro. Una propiedad interesante es la luminiscencia, en la que
se diferencia del zafiro, ya que el rubí si se pone bajo una luz ultravioleta de onda, tanto corta
como larga, presenta fluorescencia de color rojo intenso, pero el zafiro azul no suele dar
fluorescencia. Otra diferencia es el espectro de absorción, ya que el rubí absorbe muy
fuertemente en la zona del amarillo, verde y violeta, mientras que el zafiro en la zona del
azul (Pérez, 2013).
B) ZAFIRO
El zafiro es una gema que proviene del corindón en todas sus
variedades de color azul, el llamado azul acacia, azulón o
genciana, realmente incluye a todas las variedades de color que
puede presentar el corindón, a excepción del rojo que es del rubí,
e incluso existen zafiros incoloros y al igual que le ocurre al rubí,
también existe el zafiro estrella por asterismo.se debe mencionar
que no solamente existen zafiros azules, en función del Fe
3+
los
puede haber verde y amarillos. Incluso existen los zafiros rosa-
anaranjados, pero estos reciben el nombre de padparadscha.
El color del zafiro es debido a inclusiones, en este caso de óxido
de titanio y a una determinada cantidad de hierro, y se puede
mejorar el color por tratamiento térmico, ya que se cree que esos
óxidos están en estado coloidal en el interior del mineral, por lo que si se calienta tanto el Fe
como el Ti pasan a formar parte de la estructura y se mejora el color, volviéndose más
Ilustración 2 Rubí en bruto fuente
(https://www.pinterest.cl/explore/p
iedras-preciosas-en-bruto/)
Ilustración 3 Zafiro en bruto.
Fuente
(https://www.pinterest.cl/pin/53
1847037219728712/)

4. 3
intenso. Existen diferencias en cuanto a dureza entre el zafiro y el rubí, ambos son duros,
pero el zafiro es algo más duro que el rubí (Pérez, 2013).
C) CORINDÓN
A este grupo mineral pertenecen gemas con colores muy contrastados, como son el rubí y el
zafiro y son bastante duros, se acercan bastante al diamante. El corindón es el óxido de
aluminio de formula α-Al2O3 cuyo nombre proviene del sanscrito koruvinda, que cristaliza
en un sistema trigonal, presentando una celdilla unidad de
tipo romboédrico. Forma cristales hexagonales
prismáticos, tabulares, bipiramidales o con forma de tonel,
por ello su tenacidad, es decir, la energía que absorbe un
material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de
dislocaciones, es baja y apenas tiene exfoliación, es decir,
apenas se rompe a lo largo de planos, como veremos un
poco más adelante.
Su estructura es de oxígenos en un empaquetamiento
hexagonal compacto distorsionado, en el que el Aluminio ocupa 2/3 de los huecos
octaédricos, donde se comparten vértices, aristas y caras de los octaedros. En la naturaleza
se encuentra en forma de cristales, como son las pegmatitas, anfibolitas o mármoles, y en
ocasiones, aunque pocas, en las rocas volcánicas. También aparece, pero en forma amorfa,
como escoria cuando se unen los rieles de ferrocarril por una soldadura aluminotérmica. Se
forma por el metamorfismo de contacto entre rocas arcillosas alumínicas con otros minerales
típicos de este tipo de ambiente como son el piroxeno o al sillimanita.
Su aspecto por regla general es incoloro, pero es lo que se denomina un mineral
apocromático, que lo que quiere decir es que su color proviene de las impurezas que pueda
presentar, y no a los elementos que presenta, ya que ni el Aluminio ni el Oxigeno presentan
color, pero los dos minerales que derivan de él, el zafiro y el rubí, los cuales si presentan
color. Presenta un brillo vítreo, es decir, como de vidrio (Pérez, 2013).
D) ESMERIL
El esmeril es un mineral muy duro usado para hacer polvo
abrasivo. Está compuesto mayormente del mineral corindón
(óxido de aluminio), mezclado con otras variedades como
espinelas, hercinita y magnetita y también rutilo (titania). El
esmeril industrial puede contener una variedad de otros
minerales y compuestos sintéticos como la magnesia,
mullita y sílice. Se usa para hacer piedras de afilar
(esmeriladoras) y con ella pulimentar y dar brillo a metales
y piedras preciosas, etc. Es común dar a estas piedras forma
de disco para ser montadas en máquinas rotatorias, la
mayoría de las veces eléctricas y que se clasifican según su
potencia, voltaje, amperaje, tipo de conexión: estrella,
triángulo. Sus dos funciones principales son: desbastar y
Ilustración 4 Corindón en bruto. Fuente
(http://elblogdetuico.blogspot.com/2013
/01/minerales_2370.html)
Ilustración 5 Corindón esmeril natural.
Fuente
(https://www.alibaba.com/cache/natu
ral-emery-grains-for-abrasive-
surface_50018048440.html)

5. 4
pulir. Para ello se utilizan piedras, de diferentes clases, piedras duras para materiales blandos
y piedras blandas para materiales duros. Se debe tener en cuenta que la dureza de una piedra
tiene estrecha relación con el aglomerante y no con la calidad del grano abrasivo en sí.

Consulta Nº 3
Título: PROCESO DE FABRICACIÓN DE VIDRIOS BOROSILICATOS Y USOS.
Usos y definición del Vidrio de borosilicato.
SiO2: 60 – 80 %
B2O3: 10 – 25 %
Al2O3: 1 – 4 %
La sustitución de óxidos alcalinos por oxido de boro en la red vítrea de la sílice da lugar a
vidrios de más baja expansión térmica. Cuando el B2O3 entra en la red de la sílice, debilita
su estructura y reduce considerablemente el punto de reblandecimiento de los vidrios de
sílice. El efecto de debilitamiento se atribuye a la
presencia de boros tricoordinados planares.
Tiene baja expansión térmica, alrededor de un
tercio de la del vidrio a la sosa y cal, se puede hacer
con buena resistencia química y una elevada
resistencia dieléctrica y se usa en donde se
necesitan combinaciones de estas dos propiedades.
Su elevada temperatura de ablandamiento lo hace
más difícil de trabajar que los vidrios a la sosa y cal
y al plomo. Se utiliza para utensilios de vidrio para
laboratorios, tubería industrial, termómetros para
temperaturas elevadas, espejos de telescopios
grandes, utensilios domésticos para cocina, como los "Pyrex", bulbos para lámparas muy
calientes y tubos electrónicos de alto watiaje. (UNIOVI, 2006).
USOS
Los vidrios borosilicatados (vidrios Pyrex) tienen buena resistencia al choque térmico
(pequeños coeficientes de dilatación térmica) y buena estabilidad química y se usan
ampliamente en la industria química para equipos de laboratorio, tuberías, hornos y faros de
lámparas reflectoras (UNIOVI, 2006).

PROCESO DE FABRICACIÓN
1. Materias primas: para la producción moderna de varios tipos de vidrios se emplea
una mezcla de materias primas que se introducen en un recipiente llamado tolva.
a) ARENA DE SILICE: primer componente, compuesta esencialmente por
(dióxido de silicio) SiO2.
Ilustración 6 Material de laboratorio de vidrio boro
silicato. Fuente
(https://i.ytimg.com/vi/8sg8NswrPwQ/maxresdef
ault.jpg)

6. 5
b) CARBONATO O SULFATO DE SODIO (Na2CO3): gracias a este
compuesto la arena funde a menor temperatura.
c) PIEDRA CALIZA (CaCO3): para que el cristal no se descomponga en el
agua.
d) CRISTAL RECICLADO: su uso es ecológico porque ahorra el gasto de
otras materias primas y se aprovecha el rezago de fábrica.
2. Los ingredientes se funden en un horno para obtener cristal líquido entre (1500-2000
ºC) el fuego lo mantiene caliente y fundido.
3. El flujo de cristal fundido se desliza a través de conductos del ancho deseado del
vidrio.
4. El vidrio flota sobre un baño de Estaño a 1000º. En este compartimento se va
enfriando y solidificando.
5. Posteriormente el vidrio es pegajoso y viscoso pero suficiente consistencia para
deslizarse por bandas transportadoras en forma de rodillos.
6. A través de horno caliente no lo suficiente para fundirlo de nuevo, lo calienta con la
finalidad de eliminar gases o impurezas además cumple la función de templado.
7. Se deja enfriar lentamente para que no se agriete.
8. Finalmente, un brazo robótico con punta de diamante corta el vidrio según sus
especificaciones.
9. Se almacena el vidrio en láminas. Así lo manifiesta (Hernández, 2015)


Ilustración 7 ESQUEMA DE FABRICACIÓN DE VIDRIO. Fuente (http://bibliotecadehumedas.blogspot.com/2014/03/vidrio-
flotado.html)

7. 6
Consulta Nº 4
Título: USO DEL BÓRAX COMO ABLANDADOR DE AGUA.
Es importante mencionar que se
conoce como agua dura a aquella
que posee un contenido alto de
minerales disueltos en ella que por lo
general son calcio y magnesio así
afirma (Wikishow, 2008). Estos
minerales dejan depósitos que
pueden obstruir los desagües,
manchar los cristales y los azulejos,
evitar que el jabón genere espuma y
dejar residuos en el cabello y la piel.
Por lo tanto, es importante en el uso
doméstico el ablandamiento del agua
dura y un mecanismo de acción
podría ser usando bórax como
ablandador para potenciar el uso de
detergentes, se usa como agente
activo para desinfección de baños y zonas de alta contaminación biológica, al ablandar el
agua con bórax se mejora la eficiencia de la limpieza.
MODO DE EMPLEO
Añadir bórax directamente al agua con el jabón o detergente que se desea incrementar su
efectividad. Sea para uso de limpieza como jabón o detergente de ropa, su función es impedir
que la cal interactúe con el detergente ayudando a generar espuma. Actualmente los
detergentes posen contenidos de bórax por su efectividad para potenciarlo.
¼ parte de bórax + 2/4 partes de detergente + ¼ parte de bicarbonato de sodio =
ablandador y potenciador detergente

Ilustración 8 Uso doméstico del Bórax. Fuente
(https://ygritte.wordpress.com/2011/03/10/detergente-lavadora-
casero/)

8. 7
Consulta Nº 5
Título: USO DEL GALIO EN PIRÓMETROS.

El pirómetro es un método de medición sin contacto
similar al termopar usado típicamente para medir
temperaturas muy elevadas emitidas por un cuerpo en el
rango en el que se manifiestan los efectos de radiación
térmica. Así lo afirma (Ordóñez, 2009). Son fabricados
de un semiconductor tipo-p, se dopan con impurezas de
elementos del grupo anterior, el Grupo III-A de
elementos con 3 electrones de valencia, como boro (B),
aluminio (Al), galio (Ga) o indio (In). (Giordano, 2008).
En el caso particular del Galio sus usos son diversos, van
desde las curaciones dentales, semiconductores para
rectificadores, transistores, fotoconductores, fuentes de luz diodos de láser, aparatos para
refrigeración, fabricación de espejos y espejos industriales y finalmente termómetros de alta
temperatura (pirómetros) debido a su bajo punto de fusión (28.56ºC) así lo manifiesta
(Enciclopedia de tareas , 2016)
Por ejemplo:
 El arseniuro de galio se usa para convertir la electricidad en luz coherente (láser).
 El galio se utiliza para la detección de neutrinos solares.
 El galio es utilizado en aparatos de medida de temperatura (600 a 1200 ºC en estado
líquido) y en materiales magnéticos.
Otros usos:
 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 azul 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.
 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.
Ilustración 9 Pirómetro. Fuente
(http://www.infoplc.net/noticias/item/10
2950-pirometros-enduranc-medir-altas-
temperaturas)

9. 8
Consulta Nº 6
Título: ESTRUCTURAS QUE PRESENTAN PUENTES DE BORO -HIDRURO.
A. Boro hidruro de Aluminio (Al(BH4)3)
Conocido también como tetrahidroborato de aluminio, es un
compuesto químico de la forma (Al(BH4)3). Es un compuesto
pirofórico altamente volátil empleado como combustible de
cohetes y un poderoso agente reductor en laboratorios. Es
considerado como un compuesto covalente. Su estructura es de
tipo complejo cuyo metal central es el aluminio que se liga con
átomos de hidrógeno mismos que se unen por enlaces covalentes
al boro como muestra la estructura de la ilustración 10 (R. Lide,
2008).
Como se puede observar la estructura muestra puentes dobles de
hidrógeno o conocidos como puentes de hidruro dobles.
El borohidruro de aluminio se forma por la reacción entre el boro hidruro de sodio y
el cloruro de aluminio:
3 NaBH4 + AlCl3 → Al (BH 4)3 + 3 NaCl
O como el aducto de tetrahidrofurano no pirofórico (THF), por la reacción análoga
de borohidruro de calcio y cloruro de aluminio en THF:
3 Ca(BH4) 2 + 2 AlCl3 → 3 CaCl2 + 2 Al(BH 4)3

B. Boro hidruro de Zirconio III y IV
En el caso del boro hidruro de zirconio III (Zr(BH4)3)
según (R. Lide, 2008) presenta una estructura ideéntica al
caso anterior del tetrahidroborato de alumino dispone de
puentes dobles de hidruro como muestra la ilustración 11.
Sin embargo y como es de conocimiento general el
circonio presenta un estado de oxidacion 4+ lo que hace
que el compuesto anterior se concidere como un complejo
especial que en contraste es menos abundante que el
tetraquis tetraborato de zirconio es decir el (Zr(BH4)4)
junto con el tetraquis tetraborato de uranio (U(BH4)4) son
dos estructuras que han sido motivo de gran análisis en
los últimos tiempos según afirman (Haaland & et. all, 2002) quienes han determinado
caracteristicas de estos compuestos mediante la utilizacion de sistemas de aplicación sobre
la teoria funcional de densidad y por difracción de electrones de gas pruebas que confirman
el modo de enlaces triples quienes forman puentes entres los grupos tetraborato en el caso
del primer compuesto y de acuerdo a los cálculos se ha determinado que son capaces de girar
Ilustración 10 Boro hidruro de
aluminio. Fuente
(http://www.chemtube3d.com/galler
y/structurepages/Al_BH4_3.html)
Ilustración 11 Boro Hidruro de Zirconio III.
Fuente
(http://www.unige.ch/societes/SSCr/w3ce
rny/rcerny.htm)

10. 9
12º y se disponen de forma escalonada respecto al fragmento de ZrB (3) opuesto. Como
resultado, la simetría de la conformación de equilibrio se reduce de T (d) a T. Las distancias
de enlace y los ángulos de valencia son los siguientes (DFT / GED): Zr-B = 232.2 / 232.4
(5)pm; Zr-H (b)=214.8/214.4 (6) pm; BH (b) = 125,3 / 127,8 (8) pm.

Ilustración 12 Tetrahidroborato de circonio (Zr(BH4)4). Fuente (http://www.lookchem.com/cas-123/12370-59-1.html)











Ilustración 13 Zirconium(iv) tetrahydroborate - Zr(BH4)4 (3D) Fuente
(http://www.chemtube3d.com/gallery/structurepages/ZrBH44.html)

11. 10
Consulta Nº 7
Título: CARACTERÍSTICAS Y USOS DEL THF.
Según (Vollhardt, 1994) el tetrahidrofurano o THF
por sus siglas es un compuesto orgánico
heterocíclico, se presenta como un líquido
transparente de baja viscosidad, presenta un olor
característico parecido al de dietil éter. Se clasifica
como éter siendo uno de los más polares de su
grupo. El THF es un solvente dipolar aprótico
protofílico (capaz de aceptar protones, dados los
pares de electrones no compartidos del átomo de
oxígeno que le dan características de base de
Lewis), con una constante dieléctrica de 7,6 (a 25
°C). El THF es el análogo completamente
hidrogenado del compuesto aromático furano.
APLICACIONES Y USOS
 Solvente de polaridad de carácter aprótico.
 Sustituyente del dietil éter cuando se
requiere incrementar puntos de ebullición.
 Usado en procesos de hidroboración de
alquenos.
 Disolvente para reactivos de Grignard.
 Disolvente del caucho por lo cual es
importante en la industria de polímeros.
 Disolvente de resinas, plásticos en tintes,
pinturas, barnices, pegamentos,
recubrimientos.
 En la industria de alimentos es utilizado en
la fabricación de envases.









Ilustración 14 THF. Fuente
(https://es.wikipedia.org/wiki/Tetrahidrofurano)
Ilustración 15 THF como adhesico de PVC. Fuente
(http://pe.melinterest.com/?r=site/search&seller_id=242469478&seller_nic
kname=YOVANAFELICES)

12. 11
Consulta Nº 8
Título: ESTRUCTURA DEL H 3BN(CH3)3.
Estructura.-
Este complejo se tras la utilización de una base de Lewis N
-
(CH3)3 misma que puede considerarse como una base dura. El
complejo es de tipo coordinado debido a que el Nitrógeno es
quien dispone dos de sus electrones para así formar un enlace
covalente coordinado con el hidruro de boro con quien forma
un octeto este tipo de complejos son interesantes por resultar se
isolectrónicos con muchos hidrocarburos en el caso
correspondiente del H3BN(CH3)3 es isolectrónico con el 2,2-
dimetilpropano. El nitrógeno se encuentra unido a cuatro grupos lo que hace suponer que
forma una estructura tetraédrica.

















Ilustración 16 H3BN(CH3)3.
Ilustración 17 ESTRUCTURA TETRAÉDRICA

13. 12
Consulta Nº 9
Título: OBTENCIÓN Y USOS DEL NITRURO DE BORO (BN).
1. Métodos de obtención
Según (EcuRed, 2012) el c-BN es producido por el
tratamiento del nitruro de boro hexagonal a altas presiones
y temperaturas, de la misma manera que es producido el
diamante artificial a partir del grafito. La conversión directa
de nitruro de boro hexagonal a nitruro de boro cúbico ocurre
a presiones por encima de los 18 GPa y temperaturas de
entre 1730-3230°C. La adición de pequeñas cantidades de
óxido de boro pueden reducir la presión requerida a unos 4-
7 GPa, y la temperatura a unos 1500°C.
Industrialmente se utilizan distintos catalizadores para
lograr la reacción, los cuales varían según el método de
producción (ej.: Litio, Potasio o Magnesio, sus nitruros, sus
fluoronitruros, agua con compuestos de amoníaco, etc.)
Por las condiciones a las que se obtiene el nitruro de boro es
que resulta inviable la obtención de forma experimental en
laboratorio debido a la necesidad de altas temperaturas y altas presiones sin mencionar la
dureza del compuesto.
2. Usos del nitruro de boro
Según (Agustín, 2010) los usos que puede tener este compuesto son variados así tenemos:
 Buen lubricante a altas y bajas temperaturas, aun si se trata de atmosferas oxidantes.
 Reemplaza al grafito por lo tanto es usado como tonner.
 Está incluido en cerámicas, aleaciones, resinas plásticos, cauchos brindándoles
propiedades lubricantes, estabilidad química y conductividad térmica.
 Para cerámicas resistentes a altas temperaturas (recubrimientos).
 Construcción de rodamientos y aceros.
 Relleno de plásticos para reducir su expansión térmica.
 Impresiones laser son parte de su tambor.
 Se mezcla con oxido de boro que es un antiglutinante para el uso de sellos de oxígeno
para regular y ajustar la alimentación de la gasolina en la industria automotriz.
 Pinturas, cementos dentales y electrodos.
 Mejora la resistencia para materiales expuestos a choque térmico.
 Protector ante radiación en centrales nucleares y naves espaciales.




Ilustración 18 Material automotriz
recubierto con BN. Fuente
(http://www.directindustry.com/prod/
norton-abrasives/product-5612-
558904.html)

14. 13
Consulta Nº 10
Título: ESTRUCTURAS COMPLEJAS DE LOS HIDRUROS DE BORO.
A) DELTAEDROS
En las estructuras de hidruro de boro, con excepción del B2H6 y B3H8
-
, dichas estructuras se
basan en poliedros o fragmentos poliédricos de caras triangulares con grupos BH en los
vértices. Estos poliedros reciben con frecuencia el nombre de deltaedros puesto que los
hidruros de boro adoptan, indudablemente, tales estructuras debido a las posibilidades
favorables que tienen los átomos de boro comunes a una cara triangular para formar enlaces
de tres centros (Douglas, 1994). Donde se presentan las siguientes estructuras:
Closo.- Si todos los vértices del deltaedro están ocupados, donde las reglas de Wade
expresan que: #vértices = #pares de enlace - 1

Ilustración 19 Estructuras closo.
Nido.- Se elimina un átomo de boro de un vértice de la estructura closo (se forma una copa).
Presentan átomo de hidrógeno adicional para cubrir las valencias que quedan en torno a la
abertura.

Ilustración 20 Estructuras Nido.

15. 14
Aracno.- Si se eliminan dos átomos de boro de dos vértices, formando una estructura más
abierta.


Ilustración 21 Estructuras Aracno.
(Cluster Metálicos, 2010)
B) CARBORANOS
Son los compuestos de fórmula general C2BnHn+2, que se obtienen al reaccionar
decaborano, pentaborano acetileno e hidrógeno a 22°C durante 48 horas. Un carborano es
un clúster compuesto por átomos de hidrógeno, boro también carbono. Estos clústers son
poliédricos como lo son los boranos, unos compuestos relacionados con los carboranos,
también pueden clasificarse de manera similar a éstos con los prefijos closo, nido, aracno,
hifo, etc. Según presentan un poliedro termino (closo) o un poliedro al que le faltan uno
(nido), dos (aracno), tres (hifo) o más vértices. Un ejemplo importante es el C2B10H12 de
embarca neutra nombrado o-carborano (de orto-carborano), del que se han aprendido sus
posibles aplicaciones como polímero de alta resistencia al calor o con expires médicos
(Carborano, 2016).

Ilustración 22 estructuras de Carboranos representativos.

16. 15
Consulta Nº 11
Título: OTRASESTRUCTURAS EN FORMA DE PIEDRAS PRECIOSAS DEL GRUPO
13.
A) ESMERALDA
La esmeralda es un tipo de silicato de berilo,
siendo su sistema cristalino el Trigonal y
hexagonal. Su color se debe a que en su
composición química está presente el cromo y el
vanadio. Las esmeraldas se encuentran
normalmente en minas a profundidades medias.
Tiene una textura dura y su índice de dureza en
la escala de Mohs es ocho, siendo esta escala del
uno al diez. La piedra preciosa con más dureza
en la escala de Mohs es el diamante, siendo su
índice de dureza 10. Su rareza y la alta estima
que siempre se ha tenido a la esmeralda se debe,
además de a su extraordinario color verde, a que es la única piedra preciosa de este color que
se encuentra en la naturaleza que es cristalina (Ramos, 2015).
B) AMATISTA
El cuarzo tiene como fórmula molecular SiO2 y presenta la siguiente composición (peso
molecular de la fórmula empírica dividido por las sumas de los pesos atómicos de cada
elemento para obtener el porcentaje de cada uno de ellos): 46.74 % Si y 53.26 % O.
La amatista es un mineral que aparece cristalizado
muy frecuentemente bajo la forma de prisma
hexagonal, terminado en 2 romboedros, que simulan
una bipirámide hexagonal y en las que las caras del
prisma suelen estar estriadas horizontalmente.
También son frecuentes las formas compactas y
masivas. Si en las caras del prisma aparece un
trapezoedro, éste determina la simetría real del
cristal, de forma tal que si el trapezoedro queda en
posición superior-derecha respecto a una cara del
prisma (visto desde el frente), el cristal es dextrógiro
y si queda en posición superior-izquierda, es
levógiro. Es un mineral no exfoliable, de fractura
concoidea, y de gran variedad de tonalidades.
El color del cuarzo se debe a la presencia en su estructura de lo que llamamos impurezas,
aunque estás se encuentran en muy pequeñas cantidades. Así, los siguientes elementos
originan los siguientes colores: lechoso = gotas gaseosas; rosado = manganeso/titanio;
Ilustración 23 Piedra de Esmeralda. Fuente
(https://es.wikipedia.org/wiki/Esmeralda)
Ilustración 24 Amatista. Fuente
(http://www.metafisicamiami.com/2015/02/am
atista-el-poder-de-la-gema-violeta.html)

17. 16
Ahumado = radioactividad natural; Citrino = hierro coloidal; Amatista = óxido de hierro,
etc.
El color de la amatista, que es debido a la presencia de hierro en su estructura, varia de
tonalidades malvas claras a violeta oscuro, casi púrpura. Si la calentamos a temperaturas
entre 400º y 500ºC, su color se transforma en pardo/amarillento, muy similar al que presenta
el cuarzo citrino. Al incrementar aún más la temperatura, en torno a los 600º C, se vuelve
lechosa (Esteban, 2015).

Consulta Nº 12
Título: ALUMBRES Y MORDIENTES
a) ALUMBRES
El alumbre es un compuesto químico resultado de la
unión de dos sales dobles hidratados; donde el
sulfato más usado para la formación de diferentes
tipos de alumbres es el sulfato de aluminio. La
forma más común de alumbre es aquella compuesta
por dos sulfatos y agua. Todos los compuestos que
se corresponda con la fórmula empírica
AB(SO4)2·12H2O es considerado un alumbre.
Los alumbres se forman fácilmente, en general se
disuelve sulfato de aluminio en agua para luego
agregar el sulfato de otro elemento. La evaporación
del agua cristaliza la solución formando el alumbre.
La mayoría de los alumbres tienen un efecto
astringente y un sabor ácido. Son incoloros,
inodoros y se encuentran generalmente en forma de
polvo blanco cristalino.
Uno de los alumbres más conocidos es el alumbre potásico o alumbre de potasio cuya
fórmula química es KAI(SO4)2 y es formado naturalmente dentro de varios minerales como,
por ejemplo, en la calcantita, en la alunita y en la leucita de las cuales se puede obtener
cristales de alumbre luego de ser tratadas con ácido sulfúrico. El alumbre potásico es uno de
los tipos de alumbres que usamos diariamente y es un sulfato de aluminio potásico; se
encuentra en el bicarbonato de sodio que usamos para cocinar. También es usado para la
purificación del agua, en los productos de afeitado y tratamiento de pieles. El alumbre de
potasio también es conocido en forma de piedra llamada también piedra de alumbre, cristal
de alumbre o mineral de alumbre y es conocido como un desodorante natural (Graus, 2013).




Ilustración 25 Alumbre de potasio. Fuente
(https://inzitan.blogspot.com/2014/07/cosas-
que-si-funcionan-alumbre-de.html)

18. 17
b) MORDIENTE
Los mordientes, aunque no son colorantes, tienen gran importancia en algunas técnicas de
tinción. Los mordientes intensifican la tinción porque aumentan la afinidad de la célula por
el colorante. También se pueden utilizar para producir un engrosamiento de ciertas
estructuras celulares externas, como los flagelos, que debido a su delgadez no podrían ser
visualizados de otra forma (Flores, 2012).

Ilustración 26 Aplique de Mordiente en tinte de cochinilla. Fuente (http://desireemartinphoto.com/blog/2011/09/15/)

Consulta Nº 13
Título: SEMICONDUCTORES CON ELEMENTOS DEL GRUPO 15
Los semiconductores son materiales que se pueden comportar como conductores o como
aislantes en función de diversos factores, como campo eléctrico, campo magnético,
radiación, presión o temperatura. Existen dos tipos, los semiconductores intrínsecos y los
semiconductores extrínsencos. Los semiconductores extrínsecos se obtienen a partir de los
intrínsecos y son imprescindibles en la industria electrónica. El más utilizado es el Silicio,
seguido del germanio y, menos, el azufre. Los cristales puros de estos elementos se
consideran semiconductores intrínsecos y en ellos se genera una corriente eléctrica doble
cuándo se someten a un diferencial eléctrico.
En la estructura cristalina, los átomos se encuentran unidos entre sí mediante enlaces
covalentes en la conocida como banda de valencia. En determinadas circunstancias, algunos
de los electrones pueden absorber la energía necesaria para escapar de la banda de valencia
y pasar a la llamada banda de conducción.
Los electrones que salen dejan un hueco de electrón en la banda de valencia, lo que favorece
la conducción eléctrica. Los electrones libres también favorecen la conducción eléctrica y
ambos, electrones y huecos, se denominan portadores. La energía para que esto ocurra es
diferente en cada material. El Si a temperatura ambiente requiere un diferencial eléctrico de
1,12 eV. Esta misma energía es liberada en el proceso de recombinación, que es el proceso

19. 18
contrario, cuándo un electrón cae desde la banda de conducción a la banda de valencia. Si se
mantiene la temperatura constante, llega un momento en el que la recombinación y salida de
electrones se iguala y la concentración de electrones en la banda de conducción (cargas
negativas) se iguala a la concentración de huecos en la banda de valencia (cargas positivas)
(Albert, 2017).
Para aumentar la conductividad (que sea más
conductor) de un semiconductor, se le suele
dopar o añadir átomos de impurezas a un
semiconductor intrínseco, donde un SC dopado
es un SC extrínseco.
Las impurezas de valencia 5 como el arsénico,
antimonio y fósforo sirven para mantener a un
cristal de Silicio dopado. Los átomos de valencia
5 tienen un electrón de más, así con una
temperatura no muy elevada, como a temperatura
ambiente, el 5
to
electrón se hace electrón libre.
Esto sucede puesto que solo se pueden tener 8
electrones en la órbita de valencia, entonces el
átomo pentavalente suelta un electrón que será
libre. A estas impurezas se les llama "Impurezas Donadoras". El número de electrones libres
se llama n (electrones libres/m
3
).
En el caso de Impurezas de valencia 3 (Aluminio, Indio, Galio), se obtiene un cristal de
Silicio dopado con átomos de valencia 3. Estos átomos tienen un electrón menos, entonces
como nos falta un electrón se adquiere un hueco. Esto causa un átomo trivalente con 7
electrones en la órbita de valencia. Al átomo de valencia 3 se le llama "átomo trivalente" o
"Aceptor". Por lo que a estas impurezas se les llama "Impurezas Aceptoras". Hay tantos
huecos como impurezas de valencia 3 y sigue habiendo huecos de generación térmica (muy
pocos). El número de huecos se llama p (huecos/m
3
) (Olea, 2001).
USOS
Los semiconductores tienen una infinidad de usos y aplicaciones, por ejemplo, son
imprescindibles en la fabricación de diodos (entre ellos los LED), dispositivos electrónicos
o paneles solares. Algunos de los semiconductores más utilizados son:
- Termistores: la conductividad depende de la temperatura
- Transductores de presión: la aplicación de presión a este tipo de semiconductor provoca
que el gap de energía entre banda de conducción y valencia se estreche y aumente la
conductividad.
- Rectificadores (dispositivos de unión del tipo p-n): se unen semiconductores tipo n y p
(unión p-n) y al hacerlo los electrones se concentran en la unión del tipo n y los huecos
en la unión p, este desequilibrio electrónico crea un voltaje en la unión que se utiliza
como rectificador.
Ilustración 27estructura de semiconductores con
valencias 4+ y 5+

20. 19
- Transistores de unión bipolar: estos transistores se utilizan generalmente en los CPU
(unidades de procesamiento central) de ordenadores por la eficiencia en dar una
respuesta rápida a la conmutación.
- Transistores de efecto de campo: son utilizados frecuentemente para almacenar
información en la memoria de los ordenadores (Albert, 2017).
USOS DEL GaAs
- El compuesto Arseniuro de galio (GaAs) es un agregado que posee propiedades
semiconductoras en tecnología se utiliza para elaborar dispositivos con circuitos
integrados para frecuencias de microondas, así como diodos de emisión infrarroja,
diodos de láser y células fotovoltaicas.
- En países como Francia se encuentra en el desarrollo de la aplicación de alta tecnología
con arseniuro de galio. Entre las aplicaciones se encuentran en la telefonía móvil, internet
de alto rendimiento, contadores eléctricos o radares anticolisión para coches.
- Posee ventajas significativas respecto a los componentes hechos de silicio, ya que poseen
la propiedad de amplificar las señales electrónicas sin perder mucha energía y no sufren
demasiados daños trasmitiendo señales analógicas y son además muy poco sensibles a
las radiaciones cósmicas. Posee por estas razones un alto rango de aplicaciones en la
industria de las telecomunicaciones. En esta área su principal aplicación es la
construcción de circuitos impresos y opto electrónicos como diodos láser y de tipo LED
en telefonía celular para la transmisión de señales (González, 2010)

Bibliografía
Agustín, F. (6 de 05 de 2010). es.slideshare.net. Obtenido de
https://es.slideshare.net/agumontagna/nitruro-boro
Albert. (2017). ¿Qué es un semiconductor extrínseco? Obtenido de Ciencia y Tecnologia:
https://curiosoando.com/que-es-un-semiconductor-extrinseco
Carborano. (2016). Obtenido de Enciclopedismo: https://enciclopedismo.com/carborano/
Cluster Metálicos. (2010). Obtenido de Introducción a los Compuestos con Enlace Metal-
Metal:
https://previa.uclm.es/profesorado/afantinolo/docencia/Avanzada/Lantanidos/Introd
uccion%20a%20los%20cluster.pdf
Douglas, B. E. (1994). Conceptos y modelos de química inorgánica. Barcelona: Editorial
Reverte.
EcuRed. (17 de 7 de 2012). Obtenido de https://www.ecured.cu/Nitruro_de_boro
Enciclopedia de tareas . (2016). /www.enciclopediadetareas.net. Obtenido de
http://www.enciclopediadetareas.net/2016/10/usos-del-galio-elemento-
quimico.html

21. 20
Esteban, Á. L. (2015). Cuarzo Amatista. Obtenido de Naturaleza Nazarí:
http://www.granadanatural.com/ficha_minerales.php?cod=156
Flores, Y. (2012). Tinciones Usadas en Microbiología. Obtenido de Microbiología:
http://realisaciondeanalisis.blogspot.com/2012/06/tinciones-usadas-en-
microbiologia.html
Giordano, J. (2008). www.profísica.cl. Obtenido de
http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=41
González, M. (2010). El Arseniuro. Obtenido de La Guia Quimica:
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/el-arseniuro
Graus. (2013). Significado del Alumbre. Obtenido de Significados:
https://www.significados.com/alumbre/
Haaland, A., & et. all. (16 de 12 de 2002). PubMed.gov. Obtenido de Departamento de
Química de la Universidad de Noruega:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12470059
Hernández, M. Á. (15 de 08 de 2015). es.slideshare.net. Obtenido de
https://es.slideshare.net/moroshoh12/reciclaje-del-vidrio-13975956
Olea, A. A. (2001). Dopado de un Semiconductor. Obtenido de Electrónica Básica:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/Paginas/Pagina5.htm
Ordóñez, O. (2009). webdelprofesor.ula.ve. Obtenido de
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/oscaror/CursosDictados/web%20instrument
acion%20industrial/1%20transductores%20para%20procesos%20industriales/libro
%20pdf/CAP%205%20Medicion_temperatura_2009.pdf
Pérez, F. (2013). El maravilloso mundo de las ciencias. Obtenido de
http://fjjpr.blogspot.com/2013/02/gemologia-basica-corindon.html
R. Lide, D. (2008). Handbook of chemistry and physics (89va Ed.). En D. R. Lide,
Handbook of chemistry and physics (págs. 9-50). USA.
Ramos, J. (2015). Características de las Esmeradas. Obtenido de Alta Joyeria:
http://www.diamantesdecompromiso.com/joyas-boda/la-esmeralda-caracteristicas
Textos Científicos. (28 de 12 de 2006). Textos Científicos.com. Obtenido de
https://www.textoscientificos.com/quimica/aluminio/obtencion-aluminio-metalico
UNIOVI. (2006). Obtenido de http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema5.VIDRIO.pdf
Vollhardt, P. K. (1994). Química Orgánica. Barcelona: Omega S.A.
Wikishow. (2008). es.wikihow.com. Obtenido de https://es.wikihow.com/ablandar-el-agua-
dura