Revista C2

Revista Ciencia y Cultura

Silicio

https://www.revistac2.com/silicio/

Page: 1

SILICIOPosted on 28 febrero, 2019 by Carlos Amador Bedolla

Category: Tabla Periódica

Como otro de los hermanos menores herederos al trono, el silicio estuvo a punto deser el rey de la Tabla Periódica. ¡Si tan solo…!

Revista C2

Revista Ciencia y Cultura

Silicio

https://www.revistac2.com/silicio/

Page: 2

Imaginemos sus posibilidades remplazando al carbóncomo el elemento central de la vida y de la generaciónde energía, por mencionar solamente dos ejemplos. Almenos eso es lo que nos permite especular la TablaPeriódica. Toda vez que es el vecino más cercano alcarbono en la familia 14, también tiene cuatro electronesde valencia que le permiten hacer cuatro enlacessimples, o quizá uno doble y dos simples y otrascombinaciones como las del carbono. Pero ochoprotones más en el núcleo y los correspondientes ochoelectrones más en su periferia, cambian toda la historia.

Sus logros en enlaces similares a los del carbono son mucho menores. Forma enlaces simples conotros silicios y cadenas análogas a los alcanos (se puede encontrar hasta el análogo al hexano),enlaces dobles en el análogo al etileno y hay evidencia inequívoca de que forma el enlace triple enanalogía con un alquino, pero no tenemos evidencia de que exista la abundante diversidad decompuestos que existen para el caso del carbono. Por otro lado, su hipotética función comocombustible inicia con un balance energético que compite con el del carbono: menor fuerza delenlace entre sí (esto es, el enlace Si-Si no guarda tanta energía como el C-C) pero tiene mayorfuerza de enlace con el oxígeno (que recupera más energía cuando se quema). Sin embargo, comosus compuestos no son tan abundantes, su función como combustible es sólo una hipótesisacadémica. Así, como el silicio sólo puede hacer una pequeña fracción de lo que hace el carbono,inició condenado a ser su hermano menor.

El silicio fue aislado/descubierto como un elemento químico en una época temprana.

El silicio fue aislado/descubierto como un elemento químico en una época temprana. Apenas hacepoco que estamos seguros de cuántos elementos químicos pueden existir. Precisamente, lainvención de la Tabla Periódica de Mendeléyev permitió esta especulación hace 150 años, y nuestracerteza de que no hay elementos químicos más allá de los que caben en la Tabla es más reciente(descubrimiento del número atómico por Moseley en 1914). Por lo tanto, ahora estamos seguros deque no nos falta descubrir nada que agregar entre los 118 elementos conocidos a la fecha. En elorden cronológico en que estos elementos fueron aislados, el silicio ocupa el lugar 52 (descubiertoen 1823), no es de los primeros que son liderados principalmente por los metales de la antigüedadmás profunda, pero tampoco de los más recientes purificados o construidos por las técnicas másmodernas. Descubrir un elemento en esa época significaba aislarlo y purificarlo de entre loscomponentes de una sustancia natural, típicamente uno o varios minerales. Antes se empleabandiversos minerales en el caso del silicio, SiO2 (cuando el sólido es granular está en casi cualquier

arena, y en la forma de cristal en las distintas clases de cuarzo) o en una forma aún más oxidada

Revista C2

Revista Ciencia y Cultura

Silicio

https://www.revistac2.com/silicio/

Page: 3

como anión, en los silicatos SiO44- y sus variantes.

Silicio policristalino de alta pureza de Freiberg, Alemania.

El silicio, casi siempre presente en estos minerales descritos, es muy abundante. De nuevo, en lalista de los 118 elementos conocidos a la fecha, es el octavo más abundante en el universo, eltercero más abundante en la Tierra y el segundo más abundante en la corteza terrestre. Es suenlace extremadamente estable con el oxígeno que hace difícil aislarlo. Berzelius —parcialdescubridor de la ley de las proporciones definidas y por tanto de la teoría atómica— aprovechó laruptura del enlace entre silicio y oxígeno logrado por Davy en 1812 y que permitió sustituir el enlacecon oxígeno por uno con flúor, para romper a su vez ese enlace y aislar al silicio en forma elemental.

En sus primeras manifestaciones como elemento puro, el silicio no se distinguió por su utilidad. Perola invención de lo que ahora llamamos electrónica, cambió su destino y lo convirtió si no en elelemento puro más utilizado por la humanidad en toda su historia (lugar que ocupa el hierro), sí en elelemento puro más usado en aplicaciones de alto valor y el más purificado y perfeccionado en lahistoria.

Revista C2

Revista Ciencia y Cultura

Silicio

https://www.revistac2.com/silicio/

Page: 4

Esta propiedad, esencia de la electrónica, produjo lamodificación de la vida humana que ha definidonuestra época, llamada el Antropoceno.

El silicio elemental es un semiconductor. Adiferencia de los metales, no permite laconducción de corriente cuando el potencialaplicado es pequeño. A diferencia de losaislantes, basta la aplicación de un potencialeléctrico moderado para conducir corriente.En otras palabras, si el potencial es pequeño,impide la conducción; si es mayor, la permite.Esta propiedad, esencia de la electrónica,produjo la modificación de la vida humanaque ha definido nuestra época, llamada elAntropoceno. Para usar el silicio comosemiconductor en los ingeniosos productosminiaturizados de la modernidad, como loschips que se usan en aparatos electrónicos, senecesita que sea puro y cristalino. Otroselementos o compuestos podrían hacer estetrabajo, algunos aún con más eficiencia. Perola abundancia de minerales de donde sepuede extraer el silicio le dio su carácter demejor alternativa. En los últimos decenios haevolucionado un complicado proceso depurificación –muy costoso energéticamente–que permite producir masivamente elelemento químico más puro y cristalino de lahistoria. Se producen millones de toneladasde silicio al año, de las que menos del 10% seusan en la industria electrónica: cientos demiles de toneladas de silicio monocristalino99.9999999% puro (uno de cada mil millonesde átomos en el cristal no es de silicio; encomparación, el oro más puro producido en lahistoria tiene uno de cada millón de átomosde algo que no es oro).

El hermano menor del carbono, que no pudo competir con él en la formación de las complejasmoléculas que permiten la vida, encontró una segunda utilidad en la formación de los complejosingenios que definen la era digital. Pero aquí no acaba su historia. Una tercera aplicación, tambiénbasada en sus propiedades semiconductoras, lo convierte en el candidato más serio para salvar al

Revista C2

Revista Ciencia y Cultura

Silicio

https://www.revistac2.com/silicio/

Page: 5

mundo. Porque el silicio absorbe la radiación electromagnética visible (la luz solar) que excita suselectrones de la misma manera que el potencial eléctrico moderado, y permite la conducción decorriente eléctrica. En esta labor, el silicio forma celdas fotovoltaicas que capturan energía solar y laconvierten en energía eléctrica –generación de energía que no produce gases de efectoinvernadero, como lo hace la combustión de fósiles–. Se estima que, para evitar el calentamientoglobal, que amenaza la continuación de la modernidad, tendremos que obtener toda nuestraenergía de esta manera. De nuevo, otros materiales pueden hacer este trabajo, pero el silicio es elque nos da mejor rendimiento en términos costo/beneficio. Con la ventaja adicional de que paraeste trabajo no hace falta silicio con nueve nueves de pureza, vaya, ni siquiera hace falta que seamonocristalino; el silicio sólido policristalino y hasta el sólido amorfo cumplen el cometido.

La esfera más perfecta jamás creada; se estimaque su diámetro varía en 0.00008%.

En la actualidad, el silicio sirvió para hacernos otrogran favor. Como es el elemento más purodisponible, y además está disponible en altacantidad, fue elegido por el Proyecto Avogadro parahacer la definición más moderna del mol, el númerode partículas en una unidad de sustancia. Parahacerlo no bastaba con conseguir cierta cantidad deátomos de silicio monocristalino con nueve nuevesde pureza; se requirió además que todos fueran delmismo isótopo. En la muestra resultante, uno decada mil millones de átomos no era de silicio, y unode cada diez millones de átomos no era del isótopo28Si. El proyecto produjo, además, la esfera másperfecta jamás creada; se estima que su diámetrovaría en 0.00008%.

El silicio no pudo ser el rey, pero sí el digno príncipe

de la Tabla Periódica. C2

VOLVER A LA TABLA PERIÓDICA