Thursday, May 03, 2018

Trabajo final de Química Inorgánica I: El silicio

Silicio

por Juan Pablo, Gerardo y Ali Ruiz



Características físicas y químicas:

Símbolo: Si
Electronegatividad: 1.9
Masa atómica: 28.085 g/mol
Estado ordinario: Sólido
 Conductividad eléctrica: 4.35x10-4 S/m (semiconductor)
Estado de Oxidación: 4
Densidad: 2330 kg/m3
Isótopos: Si28, Si29, Si30, Si32
Punto de fusión: ambas formas (amorfa y cristalina) tienen un punto de fusión de casi 1500ºC

Historia y descubrimiento: Su nombre deriva del latín silex que significa pedernal.
La historia del silicio empieza en la prehistoria, acompañando el desarrollo del hombre por la prehistoria en la forma de sílex o piedra pedrenal. Sin embargo, el hombre pronto la abandonó prefiriendo otros materiales como cobre y bronce. Empero el silicio siguió acompañando a la civilización humana a través del vidrio usado en Egipto y Babilonia. Antes del siglo XIX, la comunidad científica creía que la sílice era un elemento químico, incluso el padre de la química Lavoisier lo puso en su clasificación de materiales como elemento. El científico sueco Jöns Jakob Berzeliu obtuvo en 1823 Silicio amorfo haciendo reaccionar potasio fundido con tetracloruro de silicio. Obteniendo la siguiente reacción que concluye en la reducción del tetracloruro de silicio:
SiCl4 + 4K à Si+ 4ClK
Sin embargo, ese silicio no estaba cristalizado por lo que no se le dio mucha atención dando un polvo de color pardo más activo que su contraparte cristalina. En 1831 se le dio el nombre de Silicón  y en latín Sílex por su similitud con el carbono y el boro. Fue hasta el año de 1854 que Sainte-Claire Deville preparó el silicio cristalino. Esta variante cristalina tiene un color gris oscuro, es muy duro y tiene una estructura similar a la del diamante. El elemento tardó tanto en ser propiamente caracterizado ya que no se encuentra libre en la naturaleza encontrándose en su mayor parte como silicatos y sílice (SiO2 ).  Aparte de sus aplicaciones en la fabricación del vidrio, el silicio no tuvo muchos usos hasta la revolución informática ocurrida en la década de los veintes (1820) en donde fue la piedra angular en la fabricación de microprocesadores y transistores gracias a su naturaleza semiconductora. La influencia en la informática del silicio era tan fuerte que pasarían casi un siglo antes de encontrar otro elemento que pudiese competir con el silicio (Germanio 1958). Para la década de los sesentas, el silicio era usado también en circuitos integrados y microprocesadores dándole el poder de computación que hoy en día se tiene. El silicio también fue el protagonista en las siguientes dos revoluciones tecnológicas siendo una de estas muy inusual. En la década de los setentas en el apogeo cultural hippy, John Schaeffer de California dejó su vida de para unirse a una comunidad hippy. Este hombre consiguió unas celas fotovoltaicas del programa espacial de la NASA y rápidamente se dio cuenta de su potencial. Estas celdas hechas de silicio eran capaces de producir energía limpia gracias al sol. La ideología verde de la comunidad hippy estuvo encantada con la idea y Schaeffer se volvió rico vendiendo estas celdas. Sin embargo, estas celdas eran muy caras y poco eficientes por lo que el resto del mundo no les dio mucha atención. Hoy en día, los precios de las celdas solares han caído como plomo y su eficiencia poco a poco está mejorando causando que la industria de energía solar despegue. Incluso se predice que el precio bajará aún más en los próximos diez años. Por último aunque no sea tan usado como el carbono el silicio tiene un papel importante en la nanotecnología siendo un componente en varias nanoestructuras principalmente en pequeñas láminas de silicio llamados superentramados. Los superentramados de silicio tensionado presentan una mayor modulación de campo eléctrico que sus equivalentes de carbono, por lo que pueden mejorar la termoeléctrica del silicio cerca o por encima de la temperatura ambiente. Además, son relativamente fáciles de fabricar. También se han desarrollado varios nanomateriales con base en el óxido de silicio. La influencia del silicio es tan grande que el centro más importante en cuestiones tecnológicas y de negocios del mundo Silicon Valley tiene en su nombre a este elemento que influenció tanto al desarrollo tecnológico del ser humano.
Abundancia y estructura: El silicio es el segundo elemento más abundante en la naturaleza detrás del oxígeno. Constituye el 28% de toda la corteza terrestre y está en el 40% de todos los minerales y el 90% de todas las rocas ígneas. También lo encontramos en la arena como dióxido de silicio y en arcillas, feldespatos, micas y  piedras semipreciosas en silicatos de aluminio, calcio, magnesio entre otros. La facilidad de enlace del silicio se debe en parte a su estructura sólida que se compone de un sistema cúbico centrado en las caras.
Interacción con otros elementos:
A condenaciones normales de temperatura y presión, el silicio tiene la capacidad de reaccionar con el flúor y a temperaturas más altas puedo incluso reaccionar con otros no metales como el hidrógeno, cloro, bromo, carbono, nitrógeno y oxígeno entre otros.
En el departamento de los metales, el silicio tiende a reaccionar con la mayoría formando siliciuros siendo un reductor de tanto óxidos metálicos como no metálicos. Cuando se le somete al contacto con ácidos como el nítrico, sulfúrico o clorhídrico, el silicio no tiene a reaccionar aunque sí se disuelve en en ácido fluorhídrico, formando el gas tetrafluoruro de silicio (SiF4). Tampoco reacciona con agua.

Usos:
La mayoría de utilidad del Silicio viene de su naturaleza semiconductora. Esta propiedad ha permitido que se desarrollen muchos transistores,  dispositivos microelectrónicos, circuitos integrados y paneles fotovoltaicos basados en Silicio. Cuando se trata de los  silicatos previamente mencionados, estos se usan en la fabricación de vidrios de borosilicato, cemento y porcelana, en la elaboración de lubricantes, repelentes de agua, barnices, abrasivos, pinturas, adhesivos y siliconas. También tiene un uso muy importante en la industria del acero como un constituyente de las aleaciones de acero al silicio y en aleación con el cobre y el bronce. El acero aleado con silicio contiene alreadedor de 2.5% al 4% de silicio y se usa para hacer los núcleos de los transformadores eléctricos ya que esta aleación disminuye la histéresis magnética. Por último, existe una aleación que acero mucho más cara  llamada durirón. Esta contiene un 15% de silicio, es duro, quebradizo, y tan resistente a la corrosión que se usa en equipos de la industria química que trabajan con agentes químicos corrosivos. 




Bibliografía:





No comments:

 NEODIMIO  ¡no te lo pierdas!