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Silicio

Silicio
Información sobre la plantilla
Silicio.jpeg
Información general
Nombre,símbolo,número:Silicio, Si, 14
Serie química:Metaloides
Grupo,período,bloque:14, 3 , p
Densidad:2330 kg/m3
Apariencia:Gris oscuro azulado
Propiedades atómicas
Radio medio:110 pm
Radio atómico(calc):111 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente:111 pm
Radio de van der Walls:210 pm
Configuración electrónica:[Ne] 3s2 3p2
Estado(s) de oxidación:4
Estructura cristalina:Cúbica centrada en las caras
Propiedades físicas
Estado ordinario:Sólido (no magnético)
Punto de fusión:1687 K
Punto de ebullición:3173 K
Entalpía de vaporización:384,22 kJ/mol
Entalpía de fusión:50,55 kJ/mol
Presión de vapor:4,77 Pa a 1683 K
Velocidad del sonido:8433 m/s a 293.15 K (20 °C)

Silicio.Elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los carbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metálico.

Historia

El silicio (del latín silex, sílice) fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787, aunque posteriormente fue confundido con un compuesto por Humphry Davy en 1800. En 1811 Gay-Lussac, y Louis Thenard probablemente, preparó silicio amorfo impuro calentando potasio con tetrafluoruro de silicio. En 1824 Berzelius preparó silicio amorfo empleando un método similar al de Gay-Lussac, purificando después el producto mediante lavados sucesivos hasta aislar el elemento.

Características principales

Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es un muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Aplicaciones

Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria cerámica y debido a que es un material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips en los que se pueden implementar transistores, pilas solares, y una gran variedad de circuitos electrónicos.

El silicio es un elemento vital en numerosas industrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente del hormigón y los ladrillos y se emplea además en la producción de cemento portland. Por sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricación de transistores, células solares y todo tipo de dispositivos semiconductores; por esta razón se conoce como Silicon Valley (Valle del Silicio) a la región de California en la que concentran numerosas empresas del sector de la electrónica y la informática.
Otros importantes usos del silicio son:

  • Como material refractario, se usa en cerámicas y esmaltados.
  • Como elemento de aleación en fundiciones.
  • Fabricación de vidrio y cristal para ventanas y aislantes entre otros usos.
  • El carburo de silicio es uno de los abrasivos más importantes.
  • Se usa en láseres para obtener una luz con una longitud de onda de 456 nm.
  • La silicona se usa en medicina en implantes de seno y lentes de contacto.

Abundancia y obtención

El silicio es uno de los componentes principales de los aerolitos, una clase de meteoroides. Medido en peso el silicio representa más de la cuarta parte de la corteza terestre y es el segundo elemento más abundante por detrás del oxígeno. El silicio no se encuentra en estado nativo; arena, cuarzo, amatista, ágata, pedernal, ópalo y jaspe son algunas de los minerales en los que aparece el óxido, mientras que formando silicatos se encuentra, entre otros, en el granito, feldespato, arcilla, hornblenda y mica.

El silicio comercial se obtiene a partir de sílice de alta pureza en horno de arco eléctrico reduciendo el óxido con electrodos de carbono a temperatura superior a 1900 ºC:

SiO2 + C → Si + CO2

El silicio líquido se acumula en el fondo del horno de donde se extrae y se enfría. El silicio producido por este proceso se denomina metalúrgico y tiene una pureza superior al 99%. Para la construcción de dispositivos semiconductores es necesario un silicio de mayor pureza, silicio ultrapuro, que puede obtenerse por métodos físicos o químicos.

Los métodos físicos de purificación del silicio metalúrgico se basan en la mayor solubilidad de las impurezas en el silicio líquido, de forma que éste se concentra en las últimas zonas solidificadas. El primer método, usado de forma limitada pra construir componentes de radar durante la segunda guerra mundial, consiste en moler el silicio de forma que las impurezas se acumulen en las superficies de los granos; disolviendo éstos parcialmente con ácido se obtenía un polvo más puro. La fusión por zonas, el primer método usado a escala industrial, consiste en fundir un extremo de la barra de silicio y trasladar lentamente el foco de calor a lo largo de la barra de modo que el silicio va solidificando con una pureza mayor al arrastrar la zona fundida gran parte de las impurezas. El proceso puede repetirse las veces que sea necesario hasta lograr la pureza deseada bastando entonces cortar el extremo final en el que se han acumulado las impurezas. Los métodos químicos, usados actualmente, actúan sobre un compuesto de silicio que sea más fácil de purificar descomponiendolo tras la purificación para obtener el silicio. Los compuestos comúnmente usados son el triclorosilano (HSiCl3), el tetracloruro de silicio (SiCl4) y el silano (SiH4).

En el proceso Siemens, las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150ºC al triclorosilano, gas que se descompone depositando silicio adicional en la barra según la siguiente reacción:

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

El silicio producido por éste y otros métodos similares se denomina silicio policristalino y típicamente tiene una fracción de impurezas de 0,001 ppm o menor.

El método Dupont consiste en hacer reaccionar tetracloruro de silicio a 950ºC con vapores de cinc muy puros:

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Este método, sin embargo, está plagado de dificultades (el cloruro de cinc, subproducto de la reacción, solidifica y obstruye las líneas) por lo que eventualmente se ha abandonado en favor del proceso Siemens.
Una vez obtenido el silicio ultrapuro es necesario obtener un monocristal, para lo que se utiliza el proceso Czochralski.

Isótopos

El silicio tiene nueve isótopos con masas atómicas entre 25 y 33, de lo cuales el Si-28 (el más abundante, 92,23%), Si-29 (4,67%) y Si-30 (3,1%) son estables.

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Referencias

Fuentes