TRABAJO DE QUÍMICA

MARIA FERNANDA DELGADO Y JUAN PABLO SÁNCHEZ

investigación Química

Importancia de la tabla periódica en la química y tecnología

Introducción al concepto de semiconductor y su relevancia en la sociedad actual.

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Historia de la tabla periódica

INTRODUCCIÓN

Primeros intentos de clasificación (Tríadas de Döbereiner, Ley de las octavas de Newlands).

Tabla periódica de Mendeleiev: principios fundamentales y limitaciones.

Tabla periódica moderna: descubrimiento del protón, número atómico y configuración electrónica.

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Evolución histórica de la tabla periódica.

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Los materiales semiconductores más comunes son el silicio y el germanio. Ambos son elementos químicos del grupo 14 de la tabla periódica y se caracterizan por tener cuatro electrones de valencia.

Sección de la tabla periódica. Más materiales semiconductores comunes se muestran en azul. Un semiconductor puede ser de un solo elemento, tal como Si o Ge, un compuesto, tal como GaAs, InP o CdTe

Ubicación de los semiconductores en la tabla periódica.

Entre la banda de valencia y la de conducción existe una zona denominada banda prohibida o gap, que separa ambas bandas y en la cual no pueden encontrarse los electrones.

Está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica. En consecuencia, para que un material sea buen conductor de la corriente eléctrica debe tener electrones en la banda de conducción. Cuando la banda esté vacía, el material se comportará como un aislante.

La banda de conducción

La banda de valencia

Está ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los átomos, pero no intervienen en la conducción eléctrica.

Banda de valencia y banda de conducción.

Conductividad variable: Su conductividad puede ser manipulada según las condiciones externas. Banda de energía: La brecha de banda determina la energía necesaria para que se conviertan en conductores. Dopaje: Modifica sus propiedades eléctricas al introducir impurezas. Dependencia de la temperatura: Su conductividad eléctrica aumenta con la temperatura. Sensibilidad a la luz: Algunos responden a la luz, útil en celdas fotovoltaicas y sensores de luz. Portadores de carga minoritarios: En semiconductores, los electrones y los huecos son conocidos como portadores minoritarios.

Características

Definición

Es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los semiconductores son materiales que con respecto a la conductividad eléctrica, se hallan entre los materiales aislantes y metales

Propiedades de los Semiconductores:

Aplicaciones de los semiconductores

Tendencias futuras en la investigación de nuevos materiales semiconductores.

Otros dispositivos electrónicos basados en semiconductores (transistores, diodos, circuitos integrados).

Placas fotovoltaicas: diferentes tecnologías y materiales

¿Interesado/a?

Óxido de zinc (ZnO) • Utilizado en sensores, pantallas táctiles y LEDs. • Es un semiconductor con propiedades piezoeléctricas y ópticas interesantes.

Arseniuro de galio (GaAs) • Usado en dispositivos que requieren alta velocidad y eficiencia, como amplificadores de microondas, láseres y LEDs. • Tiene mejor movilidad de electrones que el silicio, pero es más caro..

Silicio (Si) • Es el semiconductor más utilizado en la industria electrónica. • Se emplea para fabricar transistores, diodos, circuitos integrados y paneles solares. • Es abundante y tiene excelentes propiedades eléctricas.

Semiconductores utilizados en la electrónica

Síntesis de los conceptos clave.

Reflexión sobre la importancia de la investigación científica para el desarrollo de nuevas tecnologías y la mejora de la calidad de vida.

Conclusión

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¡MuchasGracias!

Los primeros intentos de clasificación de los elementos químicos incluyen las Tríadas de Döbereiner y la Ley de las Octavas de Newlands, ambos esfuerzos significativos para organizar los elementos antes de la creación de la tabla periódica moderna. Tríadas de Döbereiner Johann Wolfgang Döbereiner propuso en 1817 agrupar ciertos elementos en tríadas basadas en similitudes químicas y en una relación matemática de sus masas atómicas. Por ejemplo: • Cloro, bromo e yodo forman una tríada donde la masa atómica del bromo es aproximadamente el promedio de las masas atómicas del cloro e yodo. • Litio, sodio y potasio, metales alcalinos, también muestran esta relación y similitudes en propiedades químicas. Sin embargo, las tríadas tenían limitaciones: solo se identificaron cinco grupos y no lograron incluir muchos elementos recién descubiertos . Ley de las Octavas de Newlands John Newlands, en 1864, observó que al ordenar los elementos por masas atómicas crecientes, cada octavo elemento presentaba propiedades similares, como en las notas musicales. Aunque la ley era útil para algunos elementos, fallaba con los más pesados, lo que limitó su aceptación inicial.

Nuestra conclusión es...

La investigación científica es súper importante porque gracias a ella se descubren cosas nuevas que mejoran nuestra vida y resuelven problemas. Por ejemplo, la tecnología que usamos todos los días, como los celulares, las computadoras o las energías renovables, no existiría sin años de estudio. También ayuda en áreas como la medicina, creando tratamientos para enfermedades y mejorando la salud de millones de personas. Sin la ciencia, no podríamos avanzar ni cuidar el planeta. Por eso, invertir en investigación es invertir en nuestro futuro y en una vida mejor para todos.

Otros dispositivos electrónicos basados en semiconductores (transistores, diodos, circuitos integrados).

Los semiconductores son esenciales en dispositivos electrónicos como transistores, diodos y circuitos integrados. Los transistores actúan como interruptores y amplificadores, mientras que los diodos permiten la circulación de corriente en una sola dirección, crucial para la rectificación de señales. Los circuitos integrados combinan múltiples componentes en un solo chip, facilitando la miniaturización y la mejora de la eficiencia en dispositivos como computadoras y teléfonos móviles. Estos avances son fundamentales para el progreso tecnológico en informática, telecomunicaciones y automoción.

JUSTIFICACIÓN DEL ENLACE POR TEORÍA DE BANDAS:

La teoría de bandas explica el comportamiento de los materiales semiconductores. Se basa en que los electrones de los átomos aislados ocupan niveles energéticos específicos (orbitales), pero al formar una red cristalina en un sólido, los átomos vecinos afectan esas órbitas, creando bandas de energía continuas. Estas bandas son clave para analizar la capacidad de los materiales de conducir electricidad, especialmente las dos últimas bandas:

Importancia de la tabla periódica en la química y tecnología

La tabla periódica es fundamental en química porque organiza los elementos y permite entender sus propiedades, predecir cómo reaccionan y clasificarlos según sus características. Sin ella, sería un caos estudiar compuestos o explicar por qué los elementos se comportan de ciertas maneras. En tecnología, es igual de importante. Gracias a ella, se desarrollan materiales esenciales como el litio para baterías, semiconductores para dispositivos electrónicos y aleaciones resistentes para la industria. También impulsa avances en medicina, energía y nanotecnología, siendo una herramienta básica para el progreso científico y técnico.

La tabla periódica de Dmitri Mendeléyev fue un avance clave en la química, basada en la organización de los elementos según su masa atómica y sus propiedades químicas. Sus principios fundamentales incluyeron la identificación de una periodicidad en las propiedades de los elementos al ordenarlos por su masa, lo que permitió anticipar la existencia de elementos aún no descubiertos, dejando espacios en su tabla para ellos. Por ejemplo, predijo las propiedades de elementos como el galio y el germanio, que se descubrieron posteriormente y confirmaron su modelo. Sin embargo, también tenía limitaciones. Al estar basada en la masa atómica, no explicaba ciertas irregularidades que hoy entendemos gracias al número atómico. Además, no incluía los gases nobles, que no se habían descubierto en su época. Otro desafío era que algunos elementos no encajaban perfectamente en el esquema propuesto, lo que se corrigió más tarde con nuevas teorías atómicas y la comprensión de las estructuras electrónicas. Para más información, puedes consultar las fuentes utilizadas, como Full Química y la Wikipedia.

Historia de la tabla periódica

La tabla periódica, creada por Dmitri Mendeléiev en 1869, cambió la química para siempre. Con solo 63 elementos en su versión inicial, organizó el caos que había en su tiempo al ordenarlos según sus propiedades físicas.

La tabla periódica moderna se organiza según el número atómico, determinado por la cantidad de protones en el núcleo (descubiertos por Rutherford en 1917). Henry Moseley confirmó en 1913 que este número era más preciso que la masa atómica para ordenar los elementos. La configuración electrónica, que describe cómo se distribuyen los electrones en niveles y subniveles de energía, también es clave, ya que explica las propiedades similares de los elementos en un mismo grupo.

Placas fotovoltaicas: diferentes tecnologías y materiales

Las placas fotovoltaicas emplean tecnologías como el silicio monocristalino, que alcanza hasta un 22% de eficiencia, y el policristalino, más económico pero con menor rendimiento. Avances recientes incluyen paneles bifaciales, que generan energía por ambas caras, y tecnologías PERC y de heterounión, que mejoran la eficiencia y la durabilidad.

Tendencias futuras en la investigación de nuevos materiales semiconductores.

Las tendencias futuras en la investigación de materiales semiconductores se centran en semiconductores bidimensionales como el grafeno, que podrían mejorar la eficiencia energética y permitir la miniaturización de dispositivos. También se exploran nuevos métodos de integración de estos materiales 2D en circuitos integrados, mejorando la gestión térmica. Además, la inteligencia artificial está revolucionando el diseño y la fabricación de semiconductores, optimizando procesos y aumentando la sostenibilidad .

Introducción al concepto de semiconductor y su relevancia en la sociedad actual.

Un semiconductor es un material que puede comportarse como conductor o aislante dependiendo de ciertas condiciones, como la temperatura o la adición de impurezas (dopaje). El más común es el silicio, usado en casi toda la tecnología moderna. Su importancia radica en que son la base de los chips y circuitos de dispositivos electrónicos como celulares, computadoras, televisores y electrodomésticos. También se usan en paneles solares, autos eléctricos y tecnologías avanzadas como inteligencia artificial o redes 5G. En resumen, sin semiconductores no tendríamos el mundo conectado y tecnológico que conocemos hoy.

Síntesis de los conceptos clave.

La tabla periódica organiza los elementos según sus propiedades, permitiendo predecir reacciones y clasificar materiales esenciales en tecnologías como las baterías de litio y los semiconductores. La clasificación inicial de los elementos por Döbereiner y Newlands sentó las bases, pero fue la tabla de Mendeléyev, basada en el número atómico y la configuración electrónica, la que permitió una organización más precisa. Los transistores, diodos y circuitos integrados son dispositivos clave basados en semiconductores, fundamentales para la electrónica moderna. En cuanto a las placas fotovoltaicas, las tecnologías de silicio monocristalino y policristalino dominan el mercado, mientras que avances como los paneles bifaciales y las tecnologías PERC mejoran la eficiencia. Finalmente, la investigación en nuevos materiales semiconductores se enfoca en materiales 2D como el grafeno, y en el uso de la IA para optimizar el diseño y la fabricación .