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• Patrick Castillo Calderón

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3.16 PROBLEMAS EN LA SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISEÑO 1. En el diseño de chips de ordenadores y aparatos para microelectrónica se utilizan obleas de mono cristales de silicio en los bloques constitutivos del sistema. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el silicio?  Pertenece a los materiales cerámicos ya que dentro de sus características este elemento se encuentra en forma cristalina, es muy duro y poco soluble.

b) Explique el enlace y estructura cristalina de silicio cristalino.  Como podemos observar en el dibujo, el átomo de silicio presenta un enlace covalente, esto quiere decir que cada átomo está unido a otros cuatro átomos y compartiendo sus electrones de valencia. Es así, porque de otra manera el silicio no tendría el equilibrio en la capa de valencia, necesita 8 electrones para su estabilidad.

c) Proponga un proceso por el que se puedan fabricar mono cristales de silicio.  El proceso de fabricación de un microprocesador es complejísimo, y apasionante. Todo comienza con un buen puñado de arena (compuesta básicamente de silicio), con la que se fabrica un mono cristal de unos 20 x 150 centímetros. Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura (1370º C) y muy lentamente (10 a 40 mm por hora) se va formando el cristal. De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y la superficie exterior, de forma de obtener un cilindro perfecto. Luego, el cilindro se corta en obleas (wafer) de menos de un milímetro de espesor, utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de wafers, y de cada oblea se fabricarán varios cientos de microprocesadores.

2.13 PROBLEMAS EN LA SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISEÑO 3. El grafito y el diamante están constituidos por átomos de carbono. a) Especifique algunas características de cada uno Grafito: Es de color negro con brillo metálico, refractario y se exfolia con facilidad. En la dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportándose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportándose como un conductor semimetálico.

Diamante: El diamante es un mineral compuesto de carbono, es la piedra preciosa cuya composición es la más simple, otras piedras preciosas son todas compuestas. El diamante tiene a veces rastros de nitrógeno que pueden ir hasta el 0,20 % y una proporción muy pequeña de elementos extraños. El cristal de diamante se habría formado por la repetición y el apilado en las 3 direcciones del espacio de átomos de carbono que se podrían comparar con tetraedros cúbicos cuyo centro concentraría la masa del átomo y en los que los 4 vértices tendrían un electrón

b) Dé una aplicación para el grafito y otra para el diamante Aplicaciones  

Se utiliza para hacer la mina de los lápices. (Grafito) Joyería (Diamante)

c) Si ambos materiales están constituidos de carbono, ¿por qué tienen propiedades tan diferentes? En el diamante, los cuatro electrones externos de cada átomo de carbono están 'localizados' entre los átomos en enlaces covalentes. El movimiento de los electrones está restringido, y el diamante no conduce corriente eléctrica. En el grafito, cada átomo de carbono usa sólo 3 de sus 4 electrones de los niveles de energía externos en enlaces covalentes a otros tres átomos de carbono en un plano. Cada átomo de carbono contribuye con un electrón a un sistema deslocalizado que es parte también del enlace químico. Los electrones deslocalizados son libres de moverse a través del plano. Por esta razón, el grafito conduce la electricidad a lo largo de los planos de los átomos de carbono, pero no conduce en una dirección a ángulos rectos al plano

2.45 Describa la disposición electrónica por enlace covalente en las siguientes moléculas diatómicas: a) flúor; b) oxígeno y c) nitrógeno. a) El átomo de flúor con sus siete electrones externos (2s2 2p5) puede alcanzar la configuración electrónica de gas noble del neón cuando comparte un electrón 2p con otro átomo de flúor b) El átomo de oxígeno con sus seis electrones externos (2s2 2p4) puede alcanzar la configuración electrónica de gas noble (2s2 2p6) y compartir dos electrones 2p con otro átomo de oxígeno para formar la molécula diatómica O2

c) El nitrógeno con sus cinco electrones de valencia externos (2s2 2p3) también puede alcanzar la configuración electrónica de gas noble (2s2 2p6), compartiendo tres electrones 2p con otro átomo de nitrógeno para formar la molécula diatómica de nitrógeno.

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