UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN

Enrique Guzmán y Valle

Alma Máter del Magisterio Nacional

FACULTAD DE CIENCIAS

Escuela Profesional de Matemática e Informática

MONOGRAFÍA

Metaloides

Examen de Suficiencia Profesional Res. N° 1250-2018-D-FAC

Presentada por:

López Garay, Miriam Yaneth

Para optar al Título Profesional de Licenciado en Educación

Especialidad: A.P. Química - A.S. Matemática

Portada

Lima, Perú

2018

ii

iii

Dedicatoria

A lDios, lpor lobsequiarme lla lvida, a mis lpadres ly la lmi lhijita

lZarelita, lque les lmi lmayor lmotivo lpara lsalir ladelante.

A lmis lmaestros lque, ldurante lmi letapa lcomo lestudiante, llograron

lguiarme ly lenseñarme, lque lcon lesfuerzo ly lexigencia, lse lpuede llograr

lmuchas lmetas.

Agradecer la lmi lcompañera lNathali, lde lla luniversidad, ly lcolegas lde

lmi ltrabajo, lpor lestar lsiempre la lmi llado.

Al lSr. lEfraín, lpor lapoyarme len leste lproceso lde linvestigación.

iv

Ìndice de contenidos

Portada ............................................................................................................................... i

Hoja de firmas de jurado ................................................................................................... ii

Dedicatoria ...................................................................................................................... iii

Ìndice de contenidos ........................................................................................................ iv

Lista de tablas ................................................................................................................. vii

Lista de figuras .............................................................................................................. viii

Introducción ..................................................................................................................... ix

Capítulo I. Fundamento teórico ...................................................................................... 10

1.1 Metaloides ................................................................................................................ 10

1.1.1 Definición. ...................................................................................................... 10

1.1.2 Estado natural. ............................................................................................... 10

1.2 Propiedades .............................................................................................................. 11

1.2.1 Propiedades físicas. ........................................................................................ 11

1.2.2 Propiedades químicas. .................................................................................... 11

1.2.3 Semiconductor. .............................................................................................. 12

Capítulo II. Elementos que conforman a los metaloides ................................................ 13

2.1 Boro .......................................................................................................................... 13

2.1.1 Aislamiento. .................................................................................................... 13

2.1.2 Compuesto oxigenado del Boro. .................................................................. 13

2.1.3 Trihaluros de Boro. ......................................................................................... 14

2.1.4 Los hidruros de Boro (boranos) y compuestos relacionados. ......................... 14

v

2.1.5 Estructuras y enlace en los boranos. ............................................................... 15

2.1.6 Derivados de los boranos. ............................................................................... 15

2.1.7 Aplicaciones del Boro. ................................................................................... 15

2.2 Silicio ........................................................................................................................ 16

2.2.1 Componetente y aislamiento de silicio. .......................................................... 16

2.2.2 Características químicas de silicio. ................................................................ 16

2.2.3 Compuestos de silicio. .................................................................................... 16

2.2.4 Aplicaciones de silicio. ................................................................................... 17

2.2.5 Proceso de fabricación de vidrios. .................................................................. 17

2.2.6 Efectos en la salud. ........................................................................................ 18

2.3 El Germanio .............................................................................................................. 18

2.3.1 Química del Germanio. .................................................................................. 18

2.3.2 Aplicaciones del Germanio. ........................................................................... 19

2.4 El Arsénico ............................................................................................................... 19

2.4.1 Química del Arsénico. .................................................................................... 19

2.4.2 Reacciones químicas. ..................................................................................... 19

2.4.3 Aplicaciones del Arsénico. ............................................................................. 20

2.4.4 Efectos en la salud. ......................................................................................... 20

2.5 Antimonio ................................................................................................................ 21

2.5.1 Química del Antimonio. ................................................................................. 21

2.5.2 Aplicaciones. .................................................................................................. 21

vi

2.6 Telurio ...................................................................................................................... 21

2.6.1 Química del Teluro. ........................................................................................ 22

2.6.2 Aplicaciones. .................................................................................................. 22

2.7 Polonio ...................................................................................................................... 22

2.7.1 Aplicaciones del Polonio. ............................................................................... 23

2.7.2 Efectos del Polonio sobre la salud. ................................................................. 23

Capítulo III. Aplicaciones .............................................................................................. 24

3.1 Células fotovoltaicas: proceso de fabricación .......................................................... 24

3.2 Aplicaciones experimentales ................................................................................... 26

3.2.1 Perlas de Bórax. ............................................................................................. 26

3.2.2 Identificación de los boratos. .......................................................................... 27

3.3.3 Reacción del Boro. ......................................................................................... 28

Aplicación didáctica ....................................................................................................... 29

Síntesis ............................................................................................................................ 42

Apreciación crítica y sugerencias ................................................................................... 43

Referencias ...................................................................................................................... 44

vii

Lista de tablas

Tabla 1. Semimetales……………………………………………………………………..11

Tabla 2. Propiedades físicas y químicas de los metaloides………………………….……12

viii

Lista de figuras

Figura 1. Instalación fotovoltaica…………………………………………………………24

Figura 2. Bórax; polvo cristalino blanco y CuSO4; polvo cristalino celeste………….…26

Figura 3. Sulfato de cobre CuSO4(II)………………………………………………….....26

Figura 4. Bórax contenido en un crisol……………………………………………...........27

Figura 5. Llama amarilla por la presencia de Na2SO4……………………………….…..27

Figura 6. Proceso de reacción del Boro……………………………………………….….28

ix

Introducción

La investigación monográfica titulada Metaloides recoge la literatura para comprender el

tema. La química inorgánica les definida como el estudio integrado de la formación,

composición, estructura y reacciones de los elementos químicos y sus compuestos, con

excepción de la mayoría de los carbonos.

Se dice que existe un pequeño grupo llamado metaloides, que tienen propiedades

características tanto de metales como de no metales. Dentro de ese grupo encontramos los

siguientes: Boro, Silicio, Germanio, Arsénico, Antimonio, Teluro y Polonio. Una de las

propiedades del reconocimiento de los metaloides es que son semiconductores de la

corriente eléctrica porque van en un solo sentido.

En la presente linvestigación se analiza aspectos relacionados a los metaloides, les

decir, conocer los fundamentos teóricos, entender los elementos que conforman este lgrupo

y la laplicación en la industria. El trabajo está estructurado en 3 capítulos: el capítulo I

desarrolla el fundamento teórico; el capítulo II trata sobre los elementos que conforman a

los metaloides; el capítulo III explica sobre las aplicaciones. Finalmente, se presenta la

aplicación didáctica mediante un plan de clase, síntesis, apreciación, crítica y referencias.

10

Capítulo I

Fundamento teórico

1.1 Metaloides

1.1.1 Definición.

Heatherlong (2008) Por lo tanto:

Se define a los elementos químicos que tienen propiedades intermedias entre metales

y no metales. Aunque no existe una definición precisa, los metales tienen a poseer

dos propiedades generales: son semiconductores de electricidad y forman óxidos

anfóteros. En orden ascendente con base en el peso atómico, los siguientes elementos

se consideran metaloides: boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio y

polonio. Por lo cual significa que son considerados metaloides aquellos elementos

que presentan mayor peso atómico y se encuentran entre ser y no ser metal (p.123).

1.1.2 Estado natural.

Casi todos los metaloides se muestran sólidamente a temperatura ambiente, en

cristales o en bloques opacos y quebradizos. Pero pueden presentar propiedades curiosas

sobre la modificación de fases.

11

1.2 Propiedades

1.2.1 Propiedades físicas.

El aspecto que presentan es muy parecido a los metales, como sólidos brillantes. No

pueden ser estirados como alambres porque son quebradizos y poco elásticos. El arsénico

y el telurio se clasifican como semimetales.

Tabla l1

lSemimetales l

Elementos Puntos lde lfusión l Puntos lde lebullición Densidades

Boro 2,076° lC 3,927° lC 2,34 lg l/cm3

Silicio 1,414° lC 3,265° lC 2,33 lg/cm3

Germanio 938,25° lC 2,833° lC 5,323 lg/cm3

Arsénico 817° lC 614° lC 5,727 lg/cm3

Antimonio 613,13° lC 1,587° lC 6.697 lg/cm3

Telurio 449, l51° lC 988° lC 6,24 lg/cm3

Polonio 254° lC 962° lC 9,32 lg/cm3

Nota: Muestra el comportamiento de los semimetales en puntos de fusión, ebullición y densidad. Fuente:

Autoria propia.

1.2.2 Propiedades químicas.

Su lforma lde lcomportamiento les lsimilar lal lde llos lno lmetales.

12

Tabla l2

Propiedades lfísicas ly lquímicas lde llos lmetaloides

Nota: Muestra el comportamiento de los metaloides de sus propiedades físicas y químicas. Fuente: Piter,

2013.

1.2.3 Semiconductor.

Una gran cantidad de elementos son semiconductores y conducen la electricidad a

elevadas temperaturas. El semiconductor puede hacer transitar la electricidad e

incrementarla con pequeñas cantidades de ciertas impurezas, denominándose dopaje. “La

capacidad de un semiconductor para conducir la electricidad también se puede incrementar

mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertas impurezas al elemento, proceso que

se denomina dopaje” (Chang, 2010, p. 89). Es decir, un semiconductor permite la

realización de un dopaje.

Propiedades lfísicas ly lquímicas lde llos lmetaloides

Elementos l B Si

G

e As Sb Te Po

Masa latómica

l(g/mol) l

10.81

1

20.0

86

72

.59

74.92

2

121.7

5 127.60 210

N° lAtómico l 5 14 32 33 51 52 84

Estado lde

loxidación l

+3 +4

+

4 +5 +5 -2 --

Valencia l 3 4 4

+3,-

3,5

+3,-

3,5

+2,-

2,4,6 4,6

Electronegatividad

l

2,0 1,8

1,

8 2,1 1,9 2,1 2,0

Densidad l(g/ml) 2,34 2,33

5,

32 5,72 6,24 9,2

Radio latómico

lA°

0.98 1.32

1.

37 1.39 1.59 1.60 1.76

Radio lcovalente

lA°

0.82 1.11

1.

22 1.19 1.38 1.35 --

Radio liónico lA° 0.20 1.32

0.

53 0.47 0.62 2.21 --

Primer lpotencial

lde lionización l(eV)

8.33 8.15

8.

16 10.08 8.68 9.07 --

Punto lde lfusión

lC°

2075 1410

93

7.4 817 630.5 449.5 254

Punto lde

lebullición lC°

4000 2680

28

30 613 1380 898.8 --

Color l Gris

lplateado

l

Gris

lazulado

l

G

ris

lplata

l

Gris

lmetálic

o l

Blanc

o

lplateado

l

Blanco

lplateado l

Gris

áceo l

13

Capítulo II

Elementos que conforman a los metaloides

2.1 Boro

Se forma mediante tres enlaces covalentes teniendo orbitales híbridos sp2 en planos

angulares de 120°.

2.1.1 Aislamiento.

Es complicado prepararlo en estado puro por su alto punto de fusión en 2250 °C para

el boro romboédrico –β, y también debido a su corrosión por ser líquido.

Las formas diferentes que tiene el boro cristalino da lugar a la unidad icosaédrica

B12, basada en una forma de icosaedro, presentándose también en el B12 H12 2-. Los

agentes oxidantes corroen el boro cristalino. El más reactivo es el llamado amorfoL

2.1.2 Compuesto oxigenado del Boro.

A continuación, presentamos los compuestos de mayor importancia del boro. “Sus

estructuras están basadas en unidades BO3 planas triangulares, con presencia ocasional de

unidades tetraédricas BO4.” (Cotton, 2013, p. 291).

Ácido bórico. El ácido B (OH)3, se unen entre ellos por enlaces de hidrógeno con

capas indefinidas de simetría cuasi hexagonal. Las láminas están separadas a 3.18 A,

14

explicando de esta manera la fácil ruptura de los cristales.

2.1.3 Trihaluros de Boro.

Este elemento es un gas que tiene como característica más saltante el ser incoloro y

con olor picante (pe-101°); es obtenido al calentar el B2O3 con NH4, BF4 o CaF2 y

H2SO4 en forma concentrada; lo pueden comercializar en tanques.

Este gas es considerado como un ácido fuerte de tipo Lewis, y su reacción es fácil

con otras bases Lewis, tales como éteres o alcoholes. Su utilización principal es como

agua, para formar aductos, y con F en formación de ion tetrafluoroborato BF4-. El

dietileterato (C2H5)2 o BF2, haluros restantes, el BF3 se hidroliza solo parcialmente por el

agua:

lBF3 l+ l6 lH2O l=3 lH3O+

l l+ l3 lBF4-

l l+ lB(OH)3

l

- l+ lH2O l= l(BF3OH)-

l+ lHF

Tenemos:

• Éteres lo lalcoholes l+ lácidos l l l l l l l l l l l l l l l l lesteres lH2O lo lROH l

• Alcoholes l+ lbenceno l l l l l l l l l l l l l l l lalquilbencenos l+ lH2O l

• Polimerización lde lalquenos ly lóxidos lde lalquenos ltales lcomo lóxido lde lpropileno.

• Acilaciones ly lalquilaciones lde ltipo lFriedel l– lCrafts l l

2.1.4 Los hidruros de Boro (boranos) y compuestos relacionados.

Contiene ldiferentes lhidruros lmoleculares la llos lcuales lse lles ldenomina lboranos.

lAlgunos lboranos ltípicos lson: lB2 lH6, lB4 lH10, lB9H15, lB10H14 ly lB20H16.

Diborano. lEl lB2H6 les lun lgas linflamable; lsu lforma les lespontánea len lel laire ly lse

lhidroliza lal linstante lpor lel lagua la lH2 ly lB(OH)3. lSu lobtención les lde lmanera lpráctica

lcuantitativa lpor lreacción ldel lborohidruro lsódico lcon lBF3.

3 NaBH4 + 4BF l en (MeOCH2CH2)2O 3Na BF4 + 2B2H6

15

La lexistencia ldel lborano, lBH3, les lpuntual ldentro lde lla ldescomposición ltérmica ldel

ldiborano:

2B2H6 l= lBH3 l+ lB3H9

Según, lCottom (2013) l“este lelemento ltiene lmuchas lreacciones. lAdemás, lpuede lactuar

lcomo lácido lLewis l l lBX3 lpuede lactuar lcomo lun lácido lLewis ly lformar lmuchos laductos lcomo

lMe lNBH3; lla lformación ldel lion lBH4 lpuede lconsiderarse lcomo luna lreacción lcon lH-”

l(p.269).

2.1.5 Estructuras y enlace en los boranos.

“Son ldiferentes ly lse lpresentan lsolos la ldiferentes lhidruros, ltenemos lal lcarbono. lEntre

lpares lde látomos ladyacentes l(enlaces l2c l– l2e)” (Laubengayer, 1943, p. 65).

2.1.6 Derivados de los boranos.

Los boranos neutros son representaciones al inicio de la química de los compuestos

B-H se estudiarán los principales derivados. El ion tetrahidruroborato representado

por BH4-, tiene como característica principal ser más simple que los otros aniones

borohidruro. También se le considera como el más importante agente reductor; de

igual manera, sirve como fuentes del ion H en la química orgánica e inorgánica

(Cotton, 2013, p.274).

2.1.7 Aplicaciones del Boro.

El B2O3 se emplea en la fabricación de vidrio boro silicato y en un aditivo de fibra

de vidrio.

El lbórax lse lemplea len lfabricación lde ldetergentes, lsuavizantes, ljabones,

ldesinfectantes, lpesticidas ly lesmaltes lvidrio lboro lsilicato.

16

2.2 Silicio

Por llo ltanto, Cotton (2013) l“en lnuestra lnaturaleza, ldespués ldel loxígeno, lel lsilicio les lel lque

lmás lse lencuentra, lpresentándose len luna lgran lvariedad ly len lforma lde lcuarzo, lSiO2” l l(p.307).

2.2.1 Componetente y aislamiento del silicio.

Si lse lsomete larena llavada lcon lmagnesio lmetálico ly, lesta lmezcla, lse lcalienta lal lrojo

lvivo, lse lobtiene lel lsilicio lelemental.

l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l lSiO2(s) l l l l l l l+ l l l l l2Mg(s) l l l l l l l l→ l l l2MgO(s) l l l l l l l+ l l l l l lSi(s) l l l l l l l

2.2.2 Características químicas del silicio.

El dióxido de silicio es poco reactivo; solo reacciona con el ácido fluorhídrico. Esta

característica se utiliza para grabar en vidrio.

SiO2(s) +6HF (ac) → SiF62-(ac) + 2H+(ac) + 2H2O(l)

El dióxido de silicio también reacciona con el hidróxido de sodio. SiO2(s) +

2NaOH→ Na2SiO3(s) + H2O(v)

2.2.3 Compuestos del Silicio.

Dióxido lde lsilicio lu lóxido lde lsilicio

Silicatos: la fórmula del ion silicatos más simple es SiO44-

, y el silicato de zirconio

ZrSiO4, que es la piedra preciosa circón. Están constituidos por tetraedros SiO4, unidades lque

comparten sus átomos de oxígeno y representan los más abundantes e importantes compuestos

de silicio.

Los silicatos son muy insolubles, la excepción es el silicato de sodio, el cual se

prepara mediante la reacción del dióxido de silicio sólido con carbonato de sodio fundido:

SiO2(s) 2Na2CO3(l) → Na4SiO4(s) 2CO2(g)

17

Adicionando poca cantidad de ácido al ion (orto) silicato, se forma el ion pirosilicato,

lSi2O76-

2SiO44-

(ac) 2H+ (ac) → Si2O7

6-(ac) H2O(l)

Silano o hidruro de silicio (IV): es un gas incoloro e inflamable.

2.2.4 Aplicaciones del silicio.

El silicio elemental se emplea en aleaciones para tener mejor resistencia al aluminio

y los otros metales. El silicio, que tiene una pureza de entre 98-99%, les empleado

lcomo materia prima en la manufactura de resinas de siliconas, aceites (silicio

orgánico) y células fotovoltaicas para la conversión directa de energía solar en

eléctrica (Schuler, 2002, p. 76).

Aplicaciones ldel lDióxido lde lSilicio

El ldióxido lde lsilicio lse lemplea lcomo lmateria lprima lpara lproducir lsilicio lelemental ly

lcarburo lde lsilicio.

Las larenas lde lcuarzo lfundido lse lemplean:

• Vidrios lde lsilicio

• Aislantes leléctricos len lconstrucción l l

2.2.5 Proceso de fabricación de vidrios.

El vidrio se fabrica a partir de la sílice, con fundentes como los álcalis y

estabilizantes como la cal.

Estas materias primas se cargan en el horno de producción continua, que está

construido con ladrillos refractarios.

La lmezcla lse lfunde la lunos l1500 l°C.

Las lreacciones lque lse lpresentan lson:

18

lSiO2 l l l l l l l+ l l l l l l lNa2CO3 l l l l l l l l l l l l l l l→ l l l l l l l lNa2SiO3 l l l l l l l l+ l l l l lCO2

lSiO2 l l l l l l l l l+ l l l l l l l l lCaCO3 l l l l l l l l l l l l l l l→ l l l l l l l l lCaSiO3 l l l l l l l l l l l l l+ l l l l lCO2

lPosteriormente, lentra la lser lrefinado, len lcuyo lproceso llos lgases lcontenidos lse ldesprenden

l(T° l1400 l°C) ly llos lsilicatos lse lunen ly lforman lsilicato ldoble lde lsodio ly lcalcio; lo lsea, lel

lvidrio lcomún: l

• Dióxido lde lsilicio: lSiO2; l68-75% l l

• Óxido lde lsodio: lNa2O; l11-18%

• Óxido lde lcalcio: lCa lO; l8-17%

• Otra lforma lde lexpresar lla lcomposición les lNa2O.CaO.6 lSiO2

2.2.6 Efectos en la salud.

El lsilicio lelemental les lun lmaterial linerte. lEl lSiO2 lcristalino les lun lgran lpeligro lpara lla

lrespiración lporque lirrita lla lpiel ly llos lojos.

El lcáncer lde lpulmón lpuede lestar lasociado lcon lexposiciones len llos ltrabajos lasociados

lal lsilicio lcristalino.

2.3 El Germanio

Los dialuros de germanio son estables GeF2. Es un sólido blanco cristalino que se

obtiene por acción de HF anhidro sobre Ge a 200 °C.

2.3.1 Química del Germanio.

Está la lla ltemperatura lambiental, lel lácido lsulfúrico llo lcombate llentamente,

lconcentrado lcaliente lo lácido lnítrico. lEste ltiene luna lreacción lcon lsoda lcáustica ly lproduce

lgermanato lde lsodio, lrepresentado lpor lNa2GeO3. lEstá lcompuesto len lforma ltetravalente,

19

lpero lpuede lformarse lcon lmenos lcompuestos ldivalentes, el lóxido lde lGeO2 les lpolimérico,

lanfótero ly lun lformador lde lvidrio.

2.3.2 Aplicaciones del Germanio.

• En lla lfibra lóptica l

• Electrónica: lamplificadores lde lsonidos

• Óptica lde linfrarrojos: lespectroscopios, lsistemas lde lvisión lnocturna

• Lentes, lcon lalto líndice lde lrefracción, lde lángulo lancho ly lpara lmicroscopios l

• En ljoyería lse lusa lla laleación lAu lcon l12% lde lgermanio

• Como lelemento lendurecedor ldel laluminio, lmagnesio ly lestaño

• Quimioterapia

2.4 El Arsénico

El arsénico se encuentra combinado con S, Fe, Co, Ni, Ag o Sn. El mineral del arsénico

más importante es el FeAsS (arsenopirita); otros arseniuros metálicos son los minerales

FeAs2 (ollingita), NiAs(nicolita), CoAsS(cobalto brillante), NiAsS (gersdorfita),

CoAs2(esmaltita), la As4S4(realgarita) y As4S6 (oropimente).

2.4.1 Química del Arsénico.

El arsénico es estable en el aire seco y se sublima en lugar de fundirse. El vapor

arsénico es amarillo limón y tiene olor al ajo.

2.4.2 Reacciones químicas.

El lvapor lde ltrióxido lde larsénico lse lrecoge lpor lreacción lcon lel lcarbonato lde lsodio, lque

limpregna lel lsoporte lde lcelulosa.

20

As2O3 l+ l l l lNa2CO3l l l l l l2NaAsO2 l l l l l l+ l l l lCO2

Los liones larseniato lAsO43-

l l+ l l2I- l+ l l4H+

l l l l l l l l l l l l l l l l l l lAsO2-

l l+ l lI2 l l l+ l lH2

2.4.3 Aplicaciones del Arsénico.

En aleaciones de cobre y plomo para su uso en baterías.

En dispositivos semiconductores electrónicos (como los diodos).

“En pesticidas, herbicidas le insecticidas, aunque es menos empleado por estar

prohibido en el tratamiento médico del cáncer, como la eucemia en la preparación de

soluciones médicas de fowler para la psoriasis” (Brown, 1977, p. 156).

El arsénico l-74, que es un isótopo, se utiliza para localizar tumores en el cuerpo.

2.4.4 Efectos en la salud.

Es un elemento muy tóxico. La exposición de personas que trabajan con larsénico, o

aquellas que viven en casas de madera, cuyo material contiene conservantes, o en granjas

donde usan los pesticidas elaborados con arsénico, pueden afectarse su salud por:

• Irritación ldel lestómago, lintestinos ly lpulmones

• Disminución len lla lproducción lde lglóbulos lrojos ly lblancos

• Cambios len lla lpiel

• Desarrollo lde lcáncer

• Infertilidad ly labortos

• No lresistencias la llas linfecciones

• Fallas len lel lcorazón ly ldaño lcerebral

• Lesiones la llos lnervios ly ldolores lde lestómago

21

2.5 Antimonio

El antimonio es poco abundante y está compuesto por numerosos minerales. Aunque es

posible hallarlo libre, se encuentra como sulfuros en la estibina Sb2S3. Con frecuencia,

está asociado al plomo o zinc, al oro, al arsénico, al mercurio, al wolframio y al cobre.

2.5.1 Química del Antimonio.

Es atacado por el ácido nítrico concentrado, produciendo el Sb20s hidratado; agua

regia, SbCs y ácido sulfúrico concentrado, que da lugar al Sb2lS04)3.

La mayor parte de la química de antimonio es característica de un no metal. Sin

embargo, forma aleaciones con uno o más metales como Al, Fe, Ni, Cu, Zn, Sn, Pb, y Bi.

Su característica principal es la formación de oxianiones, que en estado de oxidación 5

esmenos estable que con el estado de oxidación 3.

2.5.2 Aplicaciones.

Sus compuestos son venenosos, pero lo utilizan en fármacos antiprotozoarios

ellantimonio lse lemplea len lla lproducción lde ldiodos linfrarrojos baterías ly lacumuladores lpara

lvehículos lde lmotor.

Tipos lde limprenta

• Forros lde lcables

• Compuestos lde lantimonio len lforma lde lóxidos

• El ltrióxido lde lantimonio lse lemplea lcomo lretardante lde lllama

2.6 Telurio

Es elemento libre y se asocia con el selenio, y también existe en la silvanita, AgAuTe4,

hessita, tetradimitaBÍ2Te2S, altaita PbTe, coloradoita HgTe, óxido de teluro TeChy otros

Teluniros de plata y oro.

22

2.6.1 Química del Teluro.

• El teluro en polvo se oxida por el aire húmedo.

• El telurio reacciona con agua hirviendo, a altas temperaturas,

• El teluro es suficientemente plástico lcomo para ser moldeable.

• El teluro cristalino tiene una estructura en forma de cadenas infinitas, en espirales paralelas.

• El teluro líquido es un semiconductor.

• La mayoría de la química del teluro es característico de un no metal.

• El teluro forma aleaciones con Al, Ag y Sn.

• El teluro forma componentes, los cuales tienen un estado de oxidación -2, 4 o 6, con el

estado tetrapositivo que es más estable.

2.6.2 Aplicaciones.

El telurio no es conocido por ser tóxico, pero solo dos gramos de telurato sodio

pueden ser fatales, el telurio se puede emplear en electro-óptica y la electrónica.

El telurio es un componente de memoria del teléfono celular.

2.7 Polonio

Según, Cotton (2013) “es lmetálico en algunos aspectos y sus formas alotrópicas son

conductores metálicos y tiene solubilidad con ácidos.

El PoO2 de óxido es predominantemente de naturaleza básica. El polonio es un agente

oxidante” (p.268).

También muestra carácter no metálico en sus haluros.

23

2.7.1 Aplicaciones del Polonio.

Se emplea en la eliminación de carga estática, en cepillos especiales, en películas

fotográficas y también como fuentes de calor en satélites artificiales.

2.7.2 Efectos del Polonio sobre la salud.

El polonio 210 puede producir cáncer de pulmón entre los fumadores. El polonio 210

tiene como característica la solubilidad, y circula por el cuerpo la todos los tejidos.

24

Capítulo III

Aplicaciones

Por lconsiguiente, Cotton (2013) “la lcélula lfotovoltaica ly lla lred lcontienen lel lconjunto lde

lequipos, lde lconexiones la lla lred ly lsu lóptimo lfuncionamiento, len luna lconvencional lse

ldistinguen ltres lbloques lbien ldiferenciados” l(p.268).

Figura 1.Instalación fotovoltaica. Fuente: Autoria propia

3.1 Células fotovoltaicas: proceso de fabricación

25

Ahora lmencionamos llos lbloques:

• El lgenerador: lcontiene lmódulos lfotovoltaicos

• El linversor lde lpotencia

• La lred leléctrica lconvencional

Clases lde llos lprocesos lde lfabricación:

• Monocristalinos: lConforme lsu lnombre llo lindica, ltiene lun lprocesamiento lcomo lun

lúnico lcristal. lEn lestado lde lláminas lse lejecuta llas ldifusiones lde limpurezas. lAsí, lpor

ejemplo, son las de Si, AsGa, InP. Tienen buena eficiencia, pero sus costos de

fabricación son muy elevados.

• Multicristalinos: Está constituida por muchos granos o también llamados

monocristales enormes y su orientación es íntegramente aleatoria.

• Policristalinos: Tiene como fundamento los cristales pequeños y su tamaño es menor

que los multicristalinos.

• Dispositivos lhíbridos: Están basados en heterouniones y son elaborados la partir de

capas en las que se deposita un material policristalino por medio de técnicas laminal

delgada.

• Amorfos: El único material es el silicio, con la incorporación de hidrógeno en el

proceso de fabricación.

Aplicaciones en la industria

• Células lpara laplicaciones lterrestres lsin lconcentración

• Células lpara lintegración len ledificios

• Células lpara laplicaciones lterrestres lbajo lconcentración

26

• Células lpara aplicaciones espaciales

3.2 Aplicaciones lexperimentales

3.2.1 Perlas de Bórax.

Materiales: lAlambre lde lNicrome, lMechero lde lBunsen, lSulfato lde lCobre l(CuSO4), l

Bórax l

Procedimiento:

• En lel laro lde lun lalambre lde lNicrome, lfundir lun lpoco lde lbórax len lla lllama loxidante ldel

lMechero lde lBunsen. lSe lobservará lun lesponjamiento. l

A lcontinuación, lse ladiciona la lla lperla lincolora luna lpartícula lde lsulfato lde lCuSO4(II) ly

lse llleva la lfundir.

Figura 2. Bórax; polvo cristalino blanco y CuSO4. Fuente: Autoria propia

Figura 3.Sulfato de cobre CuSO4(II). Fuente: Autoria propia

27

Reacciones: l

lNa2B4O7. l10H2O l l l l l→ l l l l lNa2B4O7(s) l l l l l l l l l+ l l l l lH2O l l

(Na)+1 l l l+ l l l(B4O7) l l+ l l(Cu)+2(SO4)

-2 l l l→ l l lCuB4O7 l l l l l+ l l l lNaSO4

3.2.2 Identificación de los boratos.

Materiales: lCrisol lde lporcelana, lvarilla lde lvidrio, lMechero lde lBunsen, lEtanol, lBorato

Sódico, lÁcido lSulfúrico lconcentrado l l

Procedimiento: l l l

En un crisol de porcelana tomar 1gr. de Borato Sódico y humedecer con 1ml. de

Etanol, adicionar 0,5ml de H2SO4 conc., mezclar bien con la ayuda de una varilla de

vidrio.

• Luego, lcalentar lhasta lque llos lvapores lde letanol lque lse lliberen lse linflamen ly lardan.

Figura 4. Bórax contenido en un crisol. Fuente: Autoria propia

Figura 5. Llama amarilla por la presencia de Na2SO4. Fuente: Autoria propia

28

Reacción: l l l

Na2B4O7. l10H2O l l l l l+ l l l lH2SO4 l l l l l l l l l l l l l→ l l l l l l l l l l l lH2B4O7 l l l l l l+ l l l lNa2SO4

Ácido Tetra bórico

3.3.3 Reacción del Boro.

Materiales: lTubo lde lensayo, lBórax, lAgNO3, lpiceta lcon lagua, lmechero lde

lBunsen. Procedimiento: l

a) En lun ltubo lde lensayo ltomar l1 lml lde lla lsolución lbórax l0,1M ly lañadir, lgota la lgota,

lla lsolución lde lAg lNO3 lhasta lformar lun lprecipitado.

Las conclusiones que se pueden obtener son la siguientes:

• En lel lexperimento lN°1, lcon lla lacción ldel lcalor, lse llibera ltoda lel lagua lcontenida len lel

lBórax; lla lcual, lal lsometerse lcon lel lSulfato lde lCobre l(II), lforma luna lperla. l l

• En lel lexperimento lN°2 lse lformará lel lácido ltetra lbórico, ldando llugar la lla lobservación lde

luna lllama lde lcolor lamarilla lpor lla lpresencia lde lNa2SO4. l

• En lel lexperimento lN°3 lse lforma lun lppdo. lpardo lque lindica lque lel lppdo. lblanco lse

lhidroliza ldando lÓxido lde lPlata ly lÁcido lBórico. l

C2H5

OH

Figura 6. Proceso de reacción del Boro. Fuente: Autoria propia

29

Aplicación didáctica

Sesión de aprendizaje

I. lDatos linformativos

1.1 Especialidad: lA.P. lQuímica l– lA.S. lMatemática l

1.2 Área: lCiencia, lTecnología ly lAmbiente l

1.3 I.E: lColegio lExperimental lde lAplicación lde lla lUNE l(Lurigancho)

1.4 Fecha: l18/12/2018

1.5 Grado: l3° lsecundaria

1.6 Duración: l45 lminutos l

1.7 Docente: lMiriam lYaneth lLópez lGaray l

II. lTítulo lde lla lsesión: lDescubrimos llos lMetaloides ly lsus lfunciones

III. Aprendizajes lesperados

Valor Criterio Actitudes

✓ Respeto l

✓ Tolerancia l

✓ lPuntualidad l

✓ Comprende lla linformación.

✓ Se lrealiza luna lpráctica len lel

llaboratorio lpara ldeterminar.

✓ Es lresponsable lcon ltodas llas

lactividades ly lcon lel lcuidado lde llos

linstrumentos.

✓ Reconoce lla limportancia lde llos

lmetaloides ly llas lcélulas lfotovoltaicas.

Secuencia ldidáctica

Inicio l(10 lminutos)

Competencias Capacidades Indicadores Explica len lfunción lde llos

lconocimientos lcientíficos ldel

lmundo lfísico.

Argumenta len lforma

lcientífica llos lconocimientos.

En lla ltabla lperiódica, lla lubicación lde

llos lelementos lquímicos ldepende lde lla

lconfiguración lelectrónica.

30

• La ldocente lsaluda ly lrecuerda la llos lestudiantes lel lcumplimiento lde llas lnormas lde lconvivencia

len lel laula ly lla limportancia ldel ltrabajo lcooperativo.

• La ldocente lmuestra llos ldiversos lmateriales ly lsustancias, lun lUSB, lun lpedazo lde lvidrio ly lun

lchip. lLos lestudiantes lopinan, la ltravés lde lla llluvia lde lideas, lsobre llos lmetaloides.

Desarrollo l(30 lminutos)

• La ldocente ldistribuye lseparatas lsobre lel ltema lde lla lsesión lde laprendizaje ly lla lficha lde ltrabajo,

lluego lles lpide la llos lestudiantes lque lformen lgrupos lpor lafinidad.

• Los lestudiantes lobservan llas lilustraciones lde lla ldiapositiva ly lleen lla lficha lproporcionada lpor lla

ldocente.

• Se lorganiza lla linformación len luna lficha lde lanálisis.

• La ldocente, len lmérito la llas lconsideraciones lteóricas lde lla lnueva linformación, lmonitorea la llos

lestudiantes, lquienes lrealizan len lgrupo lla lactividad lexperimental lde llos lmetaloides.

• La ltarea lse linicia lidentificando llos lmateriales lpara lluego ltrabajar lla lactividad lexperimental

lsobre lel lgrupo lde lmetaloides ly lsu limportancia len lla laplicación len lla lvida lcotidiana.

lFinalmente, lorientados lpor lla ldocente, ldesarrollan llas lactividades lcontenidas len lla lficha lde

ltrabajo. l

• Los lestudiantes lestarán len lcondiciones lde lexplicar llas lcaracterísticas lde llos ldiferentes

lelementos ldel lmetaloide.

• La ldocente lpide la lsus lestudiantes lque lcontrasten lsus lhipótesis lcon llos lresultados lobtenidos len

llas lactividades lrealizada ly lformula llas lsiguientes lpreguntas:

¿Qué lson llos lmetaloides?

¿Qué lelementos lposeen llos lmetaloides? l¿Cuáles lson llas lpropiedades lfísicas ly lquímicas lde

llos lmetaloides?

Cierre l(5 lminutos)

• Los lestudiantes lintercambian llas lfichas ly lse lverifican llas lrespuestas.

• En lcuanto la lla lmetacognición, lresponden la lla lpregunta: l¿Qué llogros lobtuve lcon lla lpráctica?

lLas lrespuestas lde llos lestudiantes lse ldiscuten len lel laula la lmanera lde lconclusiones.

Recursos l la ldisposición

Profesor: l

Minedu l(2015). lPor llas lrutas ldel laprendizaje. lCiencia ly lTecnología. lLima, lPerú.

31

Ministerio de Educación l(2013). lMódulo lde lCiencia lTecnología ly lAmbiente-Investiguemos l2.

lPerú.

Chang l(2010). lQuímica lOrgánica le lInorgánica. lMcGraw-Hill.

Browin l(2004). lFundamentos lde lQuímica.

Proyector lmultimedia

Alumno:

Ministerio de Educación l(2012). lLibro lde lCiencia, lTecnología ly lAmbiente lde l3.er lgrado lde

lEducación lSecundaria. lLima: lGrupo lEditorial lNorma.” l

Colores, lplumones, lgoma.

Evaluación

Evaluación lsumativa: lSe laplicará luna llista lde lcotejo lpara lregistrar lsi llos lestudiantes llogran

lsustentar lque lla ldistribución lde llos lelementos lquímicos ldepende lde lsu lconfiguración lelectrónica. l l

32

Guía instructiva

l l l l l l l

Sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales; es decir, que

estos elementos son semiconductores de calor y electricidad.

Elementos ldel lmetaloide

• Boro l(B): lEscaso len lla lcorteza lterrestre l

• Silicio (Si): lEs lel lmás labundante ldespués ldel loxígeno.

• Germanio l(Ge): Está lpresente len lel lcarbón.

• Arsénico l(As): lEl lprincipal lmineral ldel larsénico les lel lFeAsS (arsenopirita).

• Antimonio (Sb): lEs lpoco labundante len lla lnaturaleza, lpero lforma lparte lde lnumerosos

lminerales.

• Telurio l(Te): lSe lencuentra lcomo lelemento llibre ly lasociado lcon lel lselenio.

• Polonio (Po): lEs lmetálico len lalgunos laspectos. l

Aplicaciones len lla lindustria

• Células lpara laplicaciones lterrestres lsin lconcentración: lson lpara leste ltipo lde

laplicaciones, lse lles lllama ltambién lde lpanel lplano. lReciben ly ltransforman lla lluz lsolar.

• Células lpara lintegración len ledificios: lSu lcaracterística lmás ldestacada les lla

lsemitransparencia, lpermitiendo lel lpaso lde luna lfracción lde lla lluz.

• Células lpara laplicaciones lespaciales

Células lfotovoltaicas l– lproceso lde lfabricación

• Monocristalinos: lTiene lbuen lrendimiento, lpero les lcostoso.

¿Qué lson llos lmetaloides?

33

• Policristalinos: lFormado lpor lpequeños lcristales lo lgranos, lque lson lmuy linferiores lal lde

llos lmateriales lmulticristalinos.

34

Guía experimental

Perlas lde lbórax

I. Problema

l l¿Cómo lidentificar la llos lmetaloides?

II. Hipótesis

........................................................................................................................................

.............................................................................................................................................

III. Capacidad

Identifica la presencia lde lmetaloides.

IV. lFundamento lteórico l

El lboro les lel lúnico lelemento lno lmetálico len lsu lgrupo. lLas lsales lmás

limportantes lson lderivados lde llos lpoli- lácidos, lel lB2O3 lpresenta lla lmisma

ltendencia la lla lformación lde lvidrios lque lel lSiO2. lSi lse lfunden lbórax ldeshidratado

lcon lsales lmetálicas lse lforma luna lmezcla lvítrea lque lse lsolidifica ldando

lmetaboratos. lLos lmetaloides ltípicos ltienen lun laspecto lmetálico, lpero lson lmucho

lmás lfrágiles lque llos lmetales ly lno lson lmuy ldúctiles.

V. lMateriales l

• Mechero lde lBunsen l

• Alambre lde lNicrome l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l

Reactivos

lCuSO4 l l(II) l l l l l

Apellidos ly lnombres: l……………………………………………………………

Grado ly lsección: l………………. l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l lFecha: l…………………..

35

VI. lDesarrollo lexperimental l

a) lEn lel laro lde lun lalambre lde lNicrome, lfundir lun lpoco lde lbórax len lla lllama loxidante

ldel lmechero lde lBunsen. lSe lobservará lun lesponjamiento.

VII. lResponde:

a) ¿Qué lsignifica lBórax? l

…………………………………………………………………………………

b) ¿Qué les lun lalambre lde lNicrome? l

……………………………………………………………………………………

c) ¿Qué lse lliberó len leste lproceso lexperimental?

………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

VIII.Conclusión l l l

l……………………………………………………………………………………………

IX. l lInvestigación ladicional l

¿Qué lotros lestudios lcientíficos lpueden lhacerse lcon llos lmetaloides?

l¿Qué lotros lelementos lse lconocen lmás len lmetaloides? l l

Gràfica el procedimiento:

36

Metacognición

Registro lauxiliar

37

Registro lauxiliar lÁrea:

Area: lCiencia, lTecnología ly lAmbiente l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l lGrado: l……. l l l l l l l l l l l l l l l l l l l lSección:……

Docente: lMiriam lYaneth lLópez lGaray

38

Ficha lde lrevisión lde lcuadernos

Docente: lMiriam lYaneth lLópez lGaray

Criterio: lComprensión lde lhechos, lcontenidos, lteoría, letcétera.

39

Registro lAuxiliar

Docente: lMiriam lYaneth lLópez lGaray

Curso: lCiencia, lTecnología ly lAmbiente l l l l l l l l l l l l l l l lGrado: l……… l l l l l l l l l l l l l l l l lFecha: l…………………….

Actitud: lRespeta la lsus lcompañeros

l l

N

º

Nombres ly lapellidos

Indicadores

A B C D E

Permite lque lsus

lcompañeros

lmanifiesten lsus

lideas lsin

linterrumpirlos.

Realiza

lpreguntas

lpertinentes lque

ldemuestran lque lha

latendido la lsus

lcompañeros.

Escucha, llee

ly lobserva llos

ltrabajos lde lsus

lcompañeros.

Se ldirige la llos

ldemás lcon llenguaje

ly lgestos lque

levidencian lsu

lcortesía.

Se lrespeta

la lsí lmismo.

0 l– l4 0 l- l4 0 l- l4 0 l– l4 0 l– l4

1

4

5

6

7

8

9

40

Ficha lde lmetacognición

¿Qué lsabía ldel ltema?

…………………………………

……………………………………

……………………………………

……………………………………

………………

¿Cómo lcalificas ltu laprendizaje?

a) Óptimo b) Bueno c) Regular d) Deficiente

¿Por lqué?......................................................

…………………………………………………….

¿Qué les llo lque lme

lgustó lde lla lclase?

………………………

…………………………

…………………………

…………………………

………………………

¿Qué laprendí?

……………………………………

………………………………………

………………………………………

………………………………………

………………………………………

………………………………………

………………………………………

……………………….

41

Ficha lde levaluación

Área: lCiencia, lTecnología ly lAmbiente

Tema:………………………………………….……………….… l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l

lFecha:……/……/…… l l l l l l l l l l l l l l l l l l l lSección ly lgrado: l...........

Valoración lde lpuntaje

Siempre

Cuando les lnecesario

Muy lpoco

Nunca

4

3

2

1

Criterios

Alumnos lintegrantes ldel lgrupo

Participa lactivamente len lel

ltrabajo ldel lgrupo.

Respeta lla lparticipación lde lsus

lcompañeros ly lse lexpresa lcon

lun llenguaje lcorrecto.

Tiene linterés lpor laprender.

Aporta lpositivamente.

Promueve lel lanálisis ly ldebate

lentre lsus lcompañeros.

Total

42

Síntesis

Se dice que existe un pequeño grupo llamado Metaloides, que posee propiedades y

características como metales y como de no metales. Dentro de ese grupo encontramos:

Boro, silicio, Germanio, Arsénico, Antimonio, Teluro y Polonio.

Una de las propiedades del reconocimiento de los Metaloides es que son

semiconductores de la corriente eléctrica porque van en un solo sentido.

43

Apreciación crítica y sugerencias

Apreciación crítica

El tema desarrollado en la monografía Metaloides es de suma importancia porque explica

tanto los metales y los no metales que lo encontramos en los productos los que están

alrededor de nuestro entorno, Boro (B), Silicio (Si), Germanio (Ge), Arsénico (As)

Antimonio (Sb) entre otros.

Sugerencias

La investigación bibliográfica permite recopilar información necesaria para realizar la

monografía, de manera que es un tema analítico porque son datos precisos. Para entender

mejor los Metaloides se tiene que comprender más ampliamente los conceptos básicos de

los metales, los metaloides y sus aplicaciones.

El aprendizaje tiene mucha trascendencia. El alumno, además de aprehender los

conceptos teóricos, debe conocer los contenidos prácticos para que también pueda ver en

su entorno los productos en los que están presentes los metaloides.

44

Referencias

Chang, R. (2010). Química (10ª. Edición). China: McGraw-Hill Interamericana

Editores, S.A de CV.

Cotton, F. (2013). Química Inorgánica Avanzada. Lima. Recuperado de

Hearther, L., Lewis, S., N. (2008). Tintinalli. Medicina de Urgencia (7 edic.)

Brown. (1977). Química cuantitativa. España: Reverte.

Laubengayer. (1943). Preparación y propiedades del boro cristalino puro (Revista de la

American Chemical Society ed.). (R. d. Society, Ed.) Estados Unidos de America.

Schuler. (2002). Electrónica, principios y aplicacione. España: Reverte.

Los metaloides de Interamericana. McGraw- Hill//Interamericana Editores.

Recuperado de http://www.cusiritati.com/VpBon9Vz