Silicio

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.​ 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. 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.​ 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.

El silicio es el séptimo elemento más abundante en el universo, después del hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno, oxígeno y neón. Estas abundancias no se replican bien en la Tierra debido a una separación sustancial de los elementos que tuvo lugar durante la formación del Sistema Solar. El silicio constituye el 27.2% de la corteza terrestre por peso, solo superado por el oxígeno con el 45.5%, con el cual siempre está asociado en la naturaleza. Una fraccionación adicional tuvo lugar en la formación de la Tierra por diferenciación planetaria: el núcleo de la Tierra, que constituye el 31.5% de la masa de la Tierra, tiene una composición aproximada de Fe25Ni2Co0.1S3; el manto constituye el 68.1% de la masa de la Tierra y está compuesto principalmente de óxidos y silicatos más densos, como el olivino, (Mg,Fe)2SiO4; mientras que los minerales silíceos más ligeros como los aluminosilicatos ascienden a la superficie y forman la corteza, constituyendo el 0.4% de la masa de la Tierra. La cristalización de rocas ígneas a partir de magma depende de varios factores; entre ellos están la composición química del magma, la velocidad de enfriamiento y algunas propiedades de los minerales individuales a formar, como la energía reticular, el punto de fusión y la complejidad de su estructura cristalina. A medida que el magma se enfría, primero aparece el olivino, seguido por el piroxeno, anfíbol, mica biotita, feldespato ortoclasa, mica moscovita, cuarzo, zeolitas y finalmente, minerales hidrotermales. Esta secuencia muestra una tendencia hacia unidades de silicatos cada vez más complejas con el enfriamiento, y la introducción de aniones de hidróxido y fluoruro además de óxidos. Muchos metales pueden sustituir al silicio. Después de que estas rocas ígneas sufran meteorización, transporte y deposición, se forman rocas sedimentarias como la arcilla, lutita y arenisca. El metamorfismo también puede ocurrir a altas temperaturas y presiones, creando una variedad aún mayor de minerales. Hay cuatro fuentes de flujos de silicio hacia el océano incluyendo la meteorización química de rocas continentales, el transporte fluvial, la disolución de silicatos terrígenos continentales y la reacción entre basaltos submarinos y fluidos hidrotermales que liberan silicio disuelto. Los cuatro de estos flujos están interconectados en el ciclo biogeoquímico del océano ya que todos se formaron inicialmente a partir de la meteorización de la corteza terrestre. Aproximadamente 300-900 megatoneladas de polvo eólico se depositan en los océanos del mundo cada año. De ese valor, 80-240 megatoneladas están en forma de silicio particulado. La cantidad total de deposición de silicio particulado en el océano es aún menor que la cantidad de flujo de silicio hacia el océano a través del transporte fluvial. Las entradas eólicas de silicio litogénico particulado en los océanos del Atlántico Norte y Pacífico Norte Occidental son el resultado del polvo que se asienta sobre los océanos desde el Sahara y el Desierto de Gobi, respectivamente. Los transportes fluviales son la principal fuente de flujo de silicio hacia el océano en regiones costeras, mientras que la deposición de silicio en el océano abierto está fuertemente influenciada por el asentamiento de polvo eólico.

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: Como material refractario, se usa en cerámicas, vidriados y esmaltados. Como elemento fertilizante en forma de mineral primario rico en silicio, para la agricultura. Como elemento de aleación en fundiciones. Fabricación de vidrio para ventanas y aislantes. 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. 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.