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Silicio

El silicio (del latín: sílex) es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos de símbolo Si.[1]​ Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (25,7 % en peso)[2]​ 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.

Aluminio ← SilicioFósforo
Tabla completaTabla ampliada

Gris oscuro azulado
Información general
Nombre, símbolo, número Silicio, Si, 14
Serie química Metaloides
Grupo, período, bloque 14, 3, p
Masa atómica 28,085 u
Configuración electrónica [Ne]3s2 3p2
Dureza Mohs 7
Electrones por nivel 2, 8, 4 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 120 pm
Electronegatividad 1,9 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc) 111 pm (radio de Bohr)
Radio covalente 111 pm
Radio de van der Waals 210 pm
Estado(s) de oxidación 4
Óxido Anfótero
1.ª energía de ionización 786,5 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1577,1 kJ/mol
3.ª energía de ionización 3231,6 kJ/mol
4.ª energía de ionización 4355,5 kJ/mol
5.ª energía de ionización 16091 kJ/mol
6.ª energía de ionización 19805 kJ/mol
7.ª energía de ionización 23780 kJ/mol
8.ª energía de ionización 29287 kJ/mol
9.ª energía de ionización 33878 kJ/mol
10.ª energía de ionización 38726 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (no magnético)
Densidad 2330 kg/m3
Punto de fusión 1687 K (1414 °C)
Punto de ebullición 3538 K (3265 °C)
Entalpía de vaporización 384,22 kJ/mol
Entalpía de fusión 50,55 kJ/mol
Presión de vapor 4,77 Pa a 1683 K
Varios
Estructura cristalina Diamante
Calor específico 700 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 4.35•10-4 S/m
Conductividad térmica 148 W/(K·m)
Velocidad del sonido 8433 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del silicio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
28Si92,23 %Estable con 14 neutrones
29Si4,67 %Estable con 15 neutrones
30Si3,1 %Estable con 16 neutrones
32SiSintético132 aβ-0,22432P
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Características

 
Polvo de silicio.
 
Policristal de silicio.
 
Olivino.

Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo.[3]​ Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos[4]​ y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95 % de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico.[5]​ El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1,411 °C, un punto de ebullición de 2,355 °C y una densidad relativa de 2.33(g/ml). Su masa atómica es 28.086 u (unidad de masa atómica).

Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de silicio, respectivamente.

El silicio constituye un 28 % de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40 % de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90 % de los minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y zeolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

Silicio como base bioquímica

Sus características compartidas con el carbono, como estar en la misma familia 14, no ser metal propiamente dicho, poder construir compuestos parecidos a las enzimas (zeolitas), otros compuestos largos con oxígeno (siliconas) y poseer los mismos cuatro enlaces básicos, le confiere cierta oportunidad en llegar a ser base de seres vivos, aunque no sea en la Tierra, en una bioquímica hipotética.

Aplicaciones

Se utiliza en aleaciones, en la decantación de las siliconas, en la industria de la cerámica técnica 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 que se pueden implantar en 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 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 el Valle del Silicio a la región de California en la que concentran numerosas empresas del sector de la electrónica y la informática. También se están estudiando las posibles aplicaciones del siliceno, que es una forma alotrópica del silicio que forma una red bidimensional similar al grafeno. Otros importantes usos del silicio son:

Se utiliza en la industria del acero como componente de las aleaciones de silicio-acero. Para fabricar el acero, se desoxida el acero fundido añadiéndole pequeñas cantidades de silicio; el acero común contiene menos de un 0,30 % de silicio. El acero al silicio, que contiene de 2,5 a 4 % de silicio, se usa para fabricar los núcleos de los transformadores eléctricos, pues la aleación presenta baja histéresis (véase Magnetismo). Existe una aleación de acero, el durirón, que contiene un 15 % de silicio y es dura, frágil y resistente a la corrosión; el durirón se usa en los equipos industriales que están en contacto con productos químicos corrosivos. El silicio se utiliza también en las aleaciones de cobre, como el bronce y el latón.

El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales y la de los aislantes. La conductividad del silicio se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. La capacidad de controlar las propiedades eléctricas del silicio y su abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrónica.

La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrio, barnices, esmaltes, cemento y porcelana, y tienen importantes aplicaciones individuales. La sílice fundida, que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetracloruro de silicio, se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación y una alta resistencia a la mayoría de los productos químicos. El gel de sílice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; se prepara eliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso de ácido silícico, SiO2•H2O, el cual se obtiene añadiendo ácido clorhídrico a una disolución de silicato de sodio. El gel de sílice absorbe agua y otras sustancias y se usa como agente desecante y decolorante.

El silicato de sodio (Na2SiO3), también llamado vidrio, es un silicato sintético importante, sólido amorfo, incoloro y soluble en agua, que funde a 1088 °C. Se obtiene haciendo reaccionar sílice (arena) y carbonato de sodio a alta temperatura, o calentando arena con hidróxido de sodio concentrado a alta presión. La disolución acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservar huevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y otros contenedores; para unir gemas artificiales; como agente incombustible, y como relleno y adherente en jabones y limpiadores. Otro compuesto de silicio importante es el carborundo, un compuesto de silicio y carbono que se utiliza como abrasivo.

El monóxido de silicio, SiO, se usa para proteger materiales, recubriéndolos de forma que la superficie exterior se oxida al dióxido, SiO2. Estas capas se aplican también a los filtros de interferencias.

Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787.

Abundancia y obtención

Medido en peso, el silicio representa más de la cuarta parte de la corteza terrestre 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 algunos 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.También se encuentra en meteoritos.

Los métodos físicos de purificación del silicio metalúrgico

Estos métodos se basan en la mayor solubilidad de las impurezas en el silicio líquido, de forma que este se concentra en las últimas zonas solidificadas. El primer método, usado de forma limitada para 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 estos 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 de purificación del silicio metalúrgico

 
Procesos de purificación de silicio. Diagrama esquemático del proceso de Siemens convencional y el proceso alternativo de reactor de lecho fluidizado (FBR).

Los métodos químicos, usados actualmente, actúan sobre un compuesto de silicio que sea más fácil de purificar descomponiéndolo 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,[6]​ las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150 °C 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 este 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 950 °C con vapores de cinc muy puros:

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Este método está plagado de dificultades (el cloruro de cinc, sub producto 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.

Silicio de calidad solar: tecnología de vanguardia

A continuación, se presentan las distintas alternativas de producción de SoG-Si.[7][8][9]​ Todas ellas se han recogido y presentado desde el 2004 en las Conferencias sobre Silicio Solar. Estas conferencias las organiza anualmente la revista en Múnich, a raíz de la preocupación creciente por la escasez de polisilicio. Hasta ahora, ninguna de estas alternativas ha conseguido llegar a la etapa de producción, aunque algunas se encuentran cerca.[cita requerida]

Reactor de lecho fluidizado

Wacker Chemie,[10]​ Hemlock y Solar Grade Silicon proponen un reactor de lecho fluidizado. Este consiste en un tubo de cuarzo en el que se introduce triclorosilano (Wacker, Hemlock) o silano (SGS) por la parte inferior, junto con hidrógeno. El gas pasa a través de un lecho de partículas de silicio sobre las que ocurre el depósito, dando así partículas de tamaño mayor. Alcanzado cierto tamaño, las partículas son demasiado pesadas y caen al suelo, pudiendo ser retiradas. Este proceso no solamente utiliza una cantidad de energía mucho menor que el Siemens, sino que además puede realizarse de forma continua.

Reactor de tubo

Joint Solar Silicon GmbH & Co. KG (JSSI) presenta un reactor similar al Siemens, cuyas diferencias son: a.) el silicio se deposita en un cilindro hueco de silicio en lugar de varillas; b.) se utiliza silano en lugar de triclorosilano, y por tanto la temperatura del proceso puede limitarse a 800 °C.

Depósito de vapor a líquido

Tokuyama Corporation propone su proceso VLD (Vapour to Liquid Deposition). En un reactor se calienta un tubo de grafito a 1500 °C, por encima del punto de fusión del silicio. Se alimentan triclorosilano e hidrógeno por la parte superior. El silicio se deposita en las paredes de grafito en forma líquida. Por tanto, gotea en el suelo del reactor, donde solidifica en granulados y puede recogerse. El mayor gasto energético con respecto al reactor Siemens compensa por la velocidad de depósito 10 veces mayor.

Reducción con Zn

Chisso Corporation y el gobierno japonés investigan un proceso a partir de la reducción de tetracloruro de silicio (SiCl4) con vapor de zinc (Zn). Se forma cloruro de cinc y silicio. Esta alternativa se desechó en los años 1980 por Bayer AG ya que no se podían eliminar trazas de metales residuales. Chisso asegura que sus impurezas metálicas se encuentran en un nivel aceptable.[8]

Alternativas metalúrgicas

También se han realizado grandes esfuerzos en conseguir SoG-Si evitando el paso energéticamente costoso del uso de triclorosilano, silano o tetraclorosilano, y el posterior depósito en Siemens o similares.

Elkem[11]​ purifica mg-Si en tres pasos de refino relativamente simples, pirometalúrgico, hidrometalúrgico, y de limpieza, con un consumo de solo el 20 al 25 % de la energía utilizada en la ruta Siemens. Junto con la Universidad de Constanza, han conseguido eficiencias de célula solo medio punto por debajo de las células comerciales.

Apollon Solar SAS y el laboratorio nacional de investigación francés CNRS purifican Mg-Si con un plasma. Se han conseguido células solares de un 11,7 % de eficiencia.[12]

Otra alternativa metalúrgica es producir mg-Si con cuarzo y carbón negro tan puros que no sea necesario refinarlo más. Hay dos trabajos en paralelo: uno es el de la Universidad Nacional Técnica de Kazakh en Almaty, Kazajistán.[7]​ El otro es el proyecto SOLSILC, financiado por la Comisión Europea. Las células solares fabricadas con este material han obtenido eficiencias de momento relativamente bajas.[8]​ 28 por ciento de este material ya no existe.

Isótopos

El silicio tiene nueve isótopos, con número másico entre 25 a 33. El isótopo más abundante es el Si-28 con una abundancia del 92,23 %, el Si-29 tiene una abundancia del 4,67 % y el Si-30 que tiene una abundancia del 3,1 %. Todos ellos son estables teniendo el resto de isótopos una proporción ínfima. El Si-32 es un isótopo radiactivo que proviene del decaimiento del argón. Su tiempo de semivida es aproximadamente de unos 132 años. Padece un decaimiento beta que lo transforma en P-32 (que tiene un periodo de semivida de 14,28 días).

Precauciones

La inhalación del polvo de sílice cristalina puede provocar silicosis.

Véase también

Referencias

  1. Rodríguez, Ricardo Martínez (2008). Fundamentos teóricos y prácticos de la histoquímica. Editorial CSIC - CSIC Press. ISBN 9788400086725. Consultado el 8 de febrero de 2018. 
  2. Diccionario de ciencias. Editorial Complutense. 2000. ISBN 9788489784802. Consultado el 8 de febrero de 2018. 
  3. Mª, CLARAMUNT VALLESPÍ Rosa; Pilar, CORNAGO RAMÍREZ; Soledad, ESTEBAN SANTOS; Ángeles, FARRÁN MORALES; Marta, PÉREZ TORRALBA; Dionisia, SANZ DEL CASTILLO (7 de julio de 2015). PRINCIPALES COMPUESTOS QUÍMICOS. Editorial UNED. ISBN 9788436269161. Consultado el 8 de febrero de 2018. 
  4. Dickson, T. R. (1976). Introducción a la Química. Reverte. Consultado el 8 de febrero de 2018. 
  5. Introducción a la Química Inorgánica. Universidad Nac. del Litoral. ISBN 9789875085626. Consultado el 8 de febrero de 2018. 
  6. Castells, Xavier Elías (4 de mayo de 2012). Energías renovables: Energía, Agua, Medioambiente, territorialidad y Sostenbilidad. Ediciones Díaz de Santos. ISBN 9788499691237. Consultado el 8 de febrero de 2018. 
  7. Schmela, M., Photon International, May 2005,24-35
  8. Kreutzmann, A., Photon International, May 2006, 26-34
  9. Bernreuter, J., Photon International, June 2004, 36-42
  10. Weidhaus, D., Schindlbeck, E., Hesse, K., in Proc. of the 19th European PVSEC,Paris, 2004, 564-567
  11. Kriestad, K. et al., en Proc. of the 19th European PVSEC, Paris 2004, 568-571
  12. Soric, A. et al., en Proc. of the 21st European PVSEC, Dresden 2006, 1000-1004

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Silicio.
  • Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (España). (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). Ficha internacional de seguridad química del silicio.
  •   Datos: Q670
  •   Multimedia: Silicon

silicio, silicio, latín, sílex, elemento, químico, metaloide, número, atómico, situado, grupo, tabla, periódica, elementos, símbolo, segundo, elemento, más, abundante, corteza, terrestre, peso, después, oxígeno, presenta, forma, amorfa, cristalizada, primero, . El silicio del latin silex es un elemento quimico metaloide numero atomico 14 y situado en el grupo 14 de la tabla periodica de los elementos de simbolo Si 1 Es el segundo elemento mas abundante en la corteza terrestre 25 7 en peso 2 despues del oxigeno Se presenta en forma amorfa y cristalizada el primero es un polvo parduzco mas activo que la variante cristalina que se presenta en octaedros de color azul grisaceo y brillo metalico Aluminio Silicio Fosforo 14 Si Tabla completa Tabla ampliadaGris oscuro azuladoInformacion generalNombre simbolo numeroSilicio Si 14Serie quimicaMetaloidesGrupo periodo bloque14 3 pMasa atomica28 085 uConfiguracion electronica Ne 3s2 3p2Dureza Mohs7Electrones por nivel2 8 4 imagen Propiedades atomicasRadio medio120 pmElectronegatividad1 9 escala de Pauling Radio atomico calc 111 pm radio de Bohr Radio covalente111 pmRadio de van der Waals210 pmEstado s de oxidacion4oxidoAnfotero1 ª energia de ionizacion786 5 kJ mol2 ª energia de ionizacion1577 1 kJ mol3 ª energia de ionizacion3231 6 kJ mol4 ª energia de ionizacion4355 5 kJ mol5 ª energia de ionizacion16091 kJ mol6 ª energia de ionizacion19805 kJ mol7 ª energia de ionizacion23780 kJ mol8 ª energia de ionizacion29287 kJ mol9 ª energia de ionizacion33878 kJ mol10 ª energia de ionizacion38726 kJ molPropiedades fisicasEstado ordinarioSolido no magnetico Densidad2330 kg m3Punto de fusion1687 K 1414 C Punto de ebullicion3538 K 3265 C Entalpia de vaporizacion384 22 kJ molEntalpia de fusion50 55 kJ molPresion de vapor4 77 Pa a 1683 KVariosEstructura cristalinaDiamanteCalor especifico700 J K kg Conductividad electrica4 35 10 4 S mConductividad termica148 W K m Velocidad del sonido8433 m s a 293 15 K 20 C Isotopos mas establesArticulo principal Isotopos del silicioiso AN Periodo MD Ed PDMeV28Si92 23 Estable con 14 neutrones29Si4 67 Estable con 15 neutrones30Si3 1 Estable con 16 neutrones32SiSintetico132 ab 0 22432PValores en el SI y condiciones normales de presion y temperatura salvo que se indique lo contrario editar datos en Wikidata Indice 1 Caracteristicas 1 1 Silicio como base bioquimica 2 Aplicaciones 3 Abundancia y obtencion 3 1 Los metodos fisicos de purificacion del silicio metalurgico 3 2 Los metodos quimicos de purificacion del silicio metalurgico 4 Silicio de calidad solar tecnologia de vanguardia 4 1 Reactor de lecho fluidizado 4 2 Reactor de tubo 4 3 Deposito de vapor a liquido 4 4 Reduccion con Zn 4 5 Alternativas metalurgicas 5 Isotopos 6 Precauciones 7 Vease tambien 8 Referencias 9 Enlaces externosCaracteristicas Editar Polvo de silicio Policristal de silicio Olivino Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metalico y color grisaceo 3 Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la accion de la mayoria de los acidos reacciona con los halogenos 4 y alcalis diluidos El silicio transmite mas del 95 de las longitudes de onda de la radiacion infrarroja Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros grisaceos Se obtiene calentando silice o dioxido de silicio SiO2 con un agente reductor como carbono o magnesio en un horno electrico 5 El silicio cristalino tiene una dureza de 7 suficiente para rayar el vidrio de dureza de 5 a 7 El silicio tiene un punto de fusion de 1 411 C un punto de ebullicion de 2 355 C y una densidad relativa de 2 33 g ml Su masa atomica es 28 086 u unidad de masa atomica Se disuelve en acido fluorhidrico formando el gas tetrafluoruro de silicio SiF4 ver fluor y es atacado por los acidos nitrico clorhidrico y sulfurico aunque el dioxido de silicio formado inhibe la reaccion Tambien se disuelve en hidroxido de sodio formando silicato de sodio y gas hidrogeno A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire pero a temperaturas elevadas reacciona con el oxigeno formando una capa de silice que impide que continue la reaccion A altas temperaturas reacciona tambien con nitrogeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de silicio respectivamente El silicio constituye un 28 de la corteza terrestre No existe en estado libre sino que se encuentra en forma de dioxido de silicio y de silicatos complejos Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40 de todos los minerales comunes incluyendo mas del 90 de los minerales que forman rocas volcanicas El mineral cuarzo sus variedades cornalina crisoprasa onice pedernal y jaspe y los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza El dioxido de silicio es el componente principal de la arena Los silicatos en concreto los de aluminio calcio y magnesio son los componentes principales de las arcillas el suelo y las rocas en forma de feldespatos anfiboles piroxenos micas y zeolitas y de piedras semipreciosas como el olivino granate zircon topacio y turmalina Silicio como base bioquimica Editar Sus caracteristicas compartidas con el carbono como estar en la misma familia 14 no ser metal propiamente dicho poder construir compuestos parecidos a las enzimas zeolitas otros compuestos largos con oxigeno siliconas y poseer los mismos cuatro enlaces basicos le confiere cierta oportunidad en llegar a ser base de seres vivos aunque no sea en la Tierra en una bioquimica hipotetica Aplicaciones EditarSe utiliza en aleaciones en la decantacion de las siliconas en la industria de la ceramica tecnica y debido a que es un material semiconductor muy abundante tiene un interes especial en la industria electronica y microelectronica como material basico para la creacion de obleas o chips que se pueden implantar en transistores pilas solares y una gran variedad de circuitos electronicos El silicio es un elemento vital en numerosas industrias El dioxido de silicio arena y arcilla es un importante constituyente del hormigon y los ladrillos y se emplea en la produccion de cemento portland Por sus propiedades semiconductoras se usa en la fabricacion de transistores celulas solares y todo tipo de dispositivos semiconductores por esta razon se conoce como el Valle del Silicio a la region de California en la que concentran numerosas empresas del sector de la electronica y la informatica Tambien se estan estudiando las posibles aplicaciones del siliceno que es una forma alotropica del silicio que forma una red bidimensional similar al grafeno Otros importantes usos del silicio son Como material refractario se usa en ceramicas vidriados y esmaltados Como elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio para la agricultura Como elemento de aleacion en fundiciones Fabricacion de vidrio para ventanas y aislantes El carburo de silicio es uno de los abrasivos mas importantes Se usa en laseres 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 Se utiliza en la industria del acero como componente de las aleaciones de silicio acero Para fabricar el acero se desoxida el acero fundido anadiendole pequenas cantidades de silicio el acero comun contiene menos de un 0 30 de silicio El acero al silicio que contiene de 2 5 a 4 de silicio se usa para fabricar los nucleos de los transformadores electricos pues la aleacion presenta baja histeresis vease Magnetismo Existe una aleacion de acero el duriron que contiene un 15 de silicio y es dura fragil y resistente a la corrosion el duriron se usa en los equipos industriales que estan en contacto con productos quimicos corrosivos El silicio se utiliza tambien en las aleaciones de cobre como el bronce y el laton El silicio es un semiconductor su resistividad a la corriente electrica a temperatura ambiente varia entre la de los metales y la de los aislantes La conductividad del silicio se puede controlar anadiendo pequenas cantidades de impurezas llamadas dopantes La capacidad de controlar las propiedades electricas del silicio y su abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicacion de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electronica La silice y los silicatos se utilizan en la fabricacion de vidrio barnices esmaltes cemento y porcelana y tienen importantes aplicaciones individuales La silice fundida que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizando tetracloruro de silicio se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatacion y una alta resistencia a la mayoria de los productos quimicos El gel de silice es una sustancia incolora porosa y amorfa se prepara eliminando parte del agua de un precipitado gelatinoso de acido silicico SiO2 H2O el cual se obtiene anadiendo acido clorhidrico a una disolucion de silicato de sodio El gel de silice absorbe agua y otras sustancias y se usa como agente desecante y decolorante El silicato de sodio Na2SiO3 tambien llamado vidrio es un silicato sintetico importante solido amorfo incoloro y soluble en agua que funde a 1088 C Se obtiene haciendo reaccionar silice arena y carbonato de sodio a alta temperatura o calentando arena con hidroxido de sodio concentrado a alta presion La disolucion acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservar huevos como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y otros contenedores para unir gemas artificiales como agente incombustible y como relleno y adherente en jabones y limpiadores Otro compuesto de silicio importante es el carborundo un compuesto de silicio y carbono que se utiliza como abrasivo El monoxido de silicio SiO se usa para proteger materiales recubriendolos de forma que la superficie exterior se oxida al dioxido SiO2 Estas capas se aplican tambien a los filtros de interferencias Fue identificado por primera vez por Antoine Lavoisier en 1787 Abundancia y obtencion EditarMedido en peso el silicio representa mas de la cuarta parte de la corteza terrestre y es el segundo elemento mas abundante por detras del oxigeno El silicio no se encuentra en estado nativo arena cuarzo amatista agata pedernal opalo y jaspe son algunos de los minerales en los que aparece el oxido mientras que formando silicatos se encuentra entre otros en el granito feldespato arcilla hornblenda y mica Tambien se encuentra en meteoritos Los metodos fisicos de purificacion del silicio metalurgico Editar Estos metodos se basan en la mayor solubilidad de las impurezas en el silicio liquido de forma que este se concentra en las ultimas zonas solidificadas El primer metodo usado de forma limitada para 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 estos parcialmente con acido se obtenia un polvo mas puro La fusion por zonas el primer metodo 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 metodos quimicos de purificacion del silicio metalurgico Editar Procesos de purificacion de silicio Diagrama esquematico del proceso de Siemens convencional y el proceso alternativo de reactor de lecho fluidizado FBR Los metodos quimicos usados actualmente actuan sobre un compuesto de silicio que sea mas facil de purificar descomponiendolo tras la purificacion para obtener el silicio Los compuestos comunmente usados son el triclorosilano HSiCl3 el tetracloruro de silicio SiCl4 y el silano SiH4 En el proceso Siemens 6 las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150 C al triclorosilano gas que se descompone depositando silicio adicional en la barra segun la siguiente reaccion 2 HSiCl3 Si 2 HCl SiCl4El silicio producido por este y otros metodos similares se denomina silicio policristalino y tipicamente tiene una fraccion de impurezas de 0 001 ppm o menor El metodo Dupont consiste en hacer reaccionar tetracloruro de silicio a 950 C con vapores de cinc muy puros SiCl4 2 Zn Si 2 ZnCl2Este metodo esta plagado de dificultades el cloruro de cinc sub producto de la reaccion solidifica y obstruye las lineas 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 Silicio de calidad solar tecnologia de vanguardia EditarA continuacion se presentan las distintas alternativas de produccion de SoG Si 7 8 9 Todas ellas se han recogido y presentado desde el 2004 en las Conferencias sobre Silicio Solar Estas conferencias las organiza anualmente la revista Photon International en Munich a raiz de la preocupacion creciente por la escasez de polisilicio Hasta ahora ninguna de estas alternativas ha conseguido llegar a la etapa de produccion aunque algunas se encuentran cerca cita requerida Reactor de lecho fluidizado Editar Wacker Chemie 10 Hemlock y Solar Grade Silicon proponen un reactor de lecho fluidizado Este consiste en un tubo de cuarzo en el que se introduce triclorosilano Wacker Hemlock o silano SGS por la parte inferior junto con hidrogeno El gas pasa a traves de un lecho de particulas de silicio sobre las que ocurre el deposito dando asi particulas de tamano mayor Alcanzado cierto tamano las particulas son demasiado pesadas y caen al suelo pudiendo ser retiradas Este proceso no solamente utiliza una cantidad de energia mucho menor que el Siemens sino que ademas puede realizarse de forma continua Reactor de tubo Editar Joint Solar Silicon GmbH amp Co KG JSSI presenta un reactor similar al Siemens cuyas diferencias son a el silicio se deposita en un cilindro hueco de silicio en lugar de varillas b se utiliza silano en lugar de triclorosilano y por tanto la temperatura del proceso puede limitarse a 800 C Deposito de vapor a liquido Editar Tokuyama Corporation propone su proceso VLD Vapour to Liquid Deposition En un reactor se calienta un tubo de grafito a 1500 C por encima del punto de fusion del silicio Se alimentan triclorosilano e hidrogeno por la parte superior El silicio se deposita en las paredes de grafito en forma liquida Por tanto gotea en el suelo del reactor donde solidifica en granulados y puede recogerse El mayor gasto energetico con respecto al reactor Siemens compensa por la velocidad de deposito 10 veces mayor Reduccion con Zn Editar Chisso Corporation y el gobierno japones investigan un proceso a partir de la reduccion de tetracloruro de silicio SiCl4 con vapor de zinc Zn Se forma cloruro de cinc y silicio Esta alternativa se desecho en los anos 1980 por Bayer AG ya que no se podian eliminar trazas de metales residuales Chisso asegura que sus impurezas metalicas se encuentran en un nivel aceptable 8 Alternativas metalurgicas Editar Tambien se han realizado grandes esfuerzos en conseguir SoG Si evitando el paso energeticamente costoso del uso de triclorosilano silano o tetraclorosilano y el posterior deposito en Siemens o similares Elkem 11 purifica mg Si en tres pasos de refino relativamente simples pirometalurgico hidrometalurgico y de limpieza con un consumo de solo el 20 al 25 de la energia utilizada en la ruta Siemens Junto con la Universidad de Constanza han conseguido eficiencias de celula solo medio punto por debajo de las celulas comerciales Apollon Solar SAS y el laboratorio nacional de investigacion frances CNRS purifican Mg Si con un plasma Se han conseguido celulas solares de un 11 7 de eficiencia 12 Otra alternativa metalurgica es producir mg Si con cuarzo y carbon negro tan puros que no sea necesario refinarlo mas Hay dos trabajos en paralelo uno es el de la Universidad Nacional Tecnica de Kazakh en Almaty Kazajistan 7 El otro es el proyecto SOLSILC financiado por la Comision Europea Las celulas solares fabricadas con este material han obtenido eficiencias de momento relativamente bajas 8 28 por ciento de este material ya no existe Isotopos EditarEl silicio tiene nueve isotopos con numero masico entre 25 a 33 El isotopo mas abundante es el Si 28 con una abundancia del 92 23 el Si 29 tiene una abundancia del 4 67 y el Si 30 que tiene una abundancia del 3 1 Todos ellos son estables teniendo el resto de isotopos una proporcion infima El Si 32 es un isotopo radiactivo que proviene del decaimiento del argon Su tiempo de semivida es aproximadamente de unos 132 anos Padece un decaimiento beta que lo transforma en P 32 que tiene un periodo de semivida de 14 28 dias Precauciones EditarLa inhalacion del polvo de silice cristalina puede provocar silicosis Vease tambien EditarAluzinc Cristal Silicio monocristalino Telururo de cadmio Bateria de silicio aire Silicio cristalinoReferencias Editar Rodriguez Ricardo Martinez 2008 Fundamentos teoricos y practicos de la histoquimica Editorial CSIC CSIC Press ISBN 9788400086725 Consultado el 8 de febrero de 2018 Diccionario de ciencias Editorial Complutense 2000 ISBN 9788489784802 Consultado el 8 de febrero de 2018 Mª CLARAMUNT VALLESPI Rosa Pilar CORNAGO RAMIREZ Soledad ESTEBAN SANTOS Angeles FARRAN MORALES Marta PEREZ TORRALBA Dionisia SANZ DEL CASTILLO 7 de julio de 2015 PRINCIPALES COMPUESTOS QUIMICOS Editorial UNED ISBN 9788436269161 Consultado el 8 de febrero de 2018 Dickson T R 1976 Introduccion a la Quimica Reverte Consultado el 8 de febrero de 2018 Introduccion a la Quimica Inorganica Universidad Nac del Litoral ISBN 9789875085626 Consultado el 8 de febrero de 2018 Castells Xavier Elias 4 de mayo de 2012 Energias renovables Energia Agua Medioambiente territorialidad y Sostenbilidad Ediciones Diaz de Santos ISBN 9788499691237 Consultado el 8 de febrero de 2018 a b Schmela M Photon International May 2005 24 35 a b c Kreutzmann A Photon International May 2006 26 34 Bernreuter J Photon International June 2004 36 42 Weidhaus D Schindlbeck E Hesse K in Proc of the 19th European PVSEC Paris 2004 564 567 Kriestad K et al en Proc of the 19th European PVSEC Paris 2004 568 571 Soric A et al en Proc of the 21st European PVSEC Dresden 2006 1000 1004Enlaces externos Editar Wikimedia Commons alberga una galeria multimedia sobre Silicio Silicio Liquido Tratamiento de suelos y plantas Funcion del silicio en los seres vivos Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo Espana enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima Ficha internacional de seguridad quimica del silicio Datos Q670 Multimedia Silicon Obtenido de https es wikipedia org w index php title Silicio amp oldid 139328078, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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