Silicio QUÍM.

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Química

Compone, junto con el carbono, germanio, estaño y plomo, el grupo IV B del sistema periódico, cuya característica fundamental es el paso de la cualidad de no metálico a metálico. El s., aunque se considera no metal, tiene algunas propiedades metálicas. Después del oxígeno, es el elemento más abundante en la litosfera, si bien no existe libre en la Naturaleza. Se encuentra al estado de anhídrido silícico o sílice (Si02) y silicatos (v.); es el elemento típico de las rocas importantes, exceptuados los carbonatos. La sílice pura se halla fundamentalmente en el cuarzo; su nombre deriva del latín silex (pedernal). La sílice es conocida desde tiempos remotos (v. SÍLEX) y se emplea en la fabricación de vidrio.

Preparación y propiedades. En 1789, Scheele describió el fluoruro de silicio (F4Si) y el ácido fluosilícico (SiF6H4). El s. elemento fue preparado por J. J. Berzelius en 1823, de la siguiente forma:S’F6Na2+4Na 6FNa+Si SiF4+4Na -~ 4FNa+Si(el FNa se elimina en agua, en la que es soluble). También se puede preparar tratando la sílice con magnesio o aluminio:Si0,+2Mg -> 2MgO+SiCon exceso de Mg se forma siliciuro (SiMg2). El s. tiene distintos aspectos, en función de las dimensiones de los cristales. El polvo pardo calentado en presencia de CINa funde y, por enfriamiento, cristaliza en cubos semejantes a los del diamante, negros y brillantes; la forma, aparentemente amorfa, mediante los rayos X se presenta como microcristalina y con la misma estructura; finamente dividido, tiene mayor reactividad; aumenta de volumen por solidificación y se volatiliza en el horno eléctrico; conduce la corriente eléctrica y, análogamente al grafito, su resistencia disminuye con el aumento de la temperatura.

Calentado al aire, arde formando anhídrido silícico (Si02). Se combina con el flúor en frío; a alta temperatura, con el nitrógeno. Como el titanio y el boro compactos, no se combina a temperatura ambiente con el cloro, porque están pasivados por el oxígeno del aire; estos elementos reaccionan en cambio vivamente si se mueven en atmósfera de cloro. Los ácidos sulfúrico, nítrico y clorhídrico no lo atacan; el fluorhídrico lo disuelve con desprendimiento de hidrógeno, y más rápidamente la mezcla de N03H y FH. El ácido clorhídrico gaseoso a alta temperatura da tetracloruro de s. (SiC14) y silicloroformo (SiHC13). Se disuelve en los álcalis en caliente, desprendiendo hidrógeno. Se usa como desoxidante de los aceros y de las aleaciones de cobre, y para la preparación de aleaciones resistentes a los ácidos. Ultrapuro se emplea, al igual que el germanio, en los transistores. Químicamente, presenta numerosas analogías con el carbono (v.).

Derivados del silicio. Los más importantes son los silicatos, de los cuales hay numerosos tipos, si bien en todos ellos el átomo de s. se halla unido a cuatro átomos de oxígeno que le rodean en forma de tetraedro.

Siliciuros. Se pueden obtener fundiendo juntos los componentes o bien reduciendo el Si02 con suficiente exceso de metal. Así se obtiene el siliciuro de magnesio:Si02+4Mg -> 2MgO+Mg2Si.

Con el calcio se forman Ca2Si, CaSi y CaSi2. La mayor parte de los siliciuros son estables al agua y a los ácidos diluidos; son atacados los siliciuros alcalinotérreos y el de litio.

Compuestos hidrogenados (silanos). Del siliciuro de magnesio con ácido clorhídrico diluido o agua se forman varios hidruros condensables por aire líquido, y separables por destilación fraccionada en el vacío, p. ej.:Mg2Si+4H20 ---> 2Mg(OH)2+SiH4. El silicometano o monosilano (SiH4), gas tóxico de olor desagradable, se descompone lentamente con el agua yrápidamente por los álcalis, según la siguiente reacción: SiH4+2KOH -> H2O+4H2+SiO3K,.

Arde formando agua y sílice y, si está impuro, se inflama espontáneamente. A la temperatura ambiente, es estable en ausencia de aire; por calentamiento, se descompone en hidrógeno y silicio. El silicoetano o disilano (Si2H4) es menos estable y se inflama espontáneamente al aire. El siliciuro de calcio (Si2Ca) con ácido clorhídrico da siloxano (Si2H20)?, sólido insoluble en los disolventes (v. SILICONrAS).

Compuestos halogenados. El tetracloruro de s. (SiC14) se prepara calentando el s. en una corriente de cloro a 300° C o bien a partir de sílice, cloro y carbón en caliente. Es líquido, y con mucha agua da CIH y Si04H4; con poca, forma SiC14.3H20 cristalino. Humea fuertemente al aire húmedo, constituyendo nieblas de ácidos silícico y clorhídrico. También existe el triclorosilano o silicocloroformo (SiC13H), que se obtiene calentando s. y ácido clorhídrico gaseoso; es líquido de olor característico, fumante al aire y se descompone por el agua.

Las siliconas (v.) son un grupo numeroso de derivados orgánicos del s. que, además de poseer el enlace Si-C, contienen puentes Si-0-Si. Del tetracloruro de s. por reacción con alquil-magnesios o del s. y cloruros de alquilo en presencia de un catalizador se obtiene una mezcla de clorosilanos, que por hidrólisis dan los silanoles respectivos. Estos compuestos forman por condensación los siloxanos (v. SILICONAS).

Tetrafluoruro de silicio, ácido fluosilícico y sulfuro de silicio. El tetrafluoruro de s. (SiF4) se prepara calentando una mezcla de arena silícea y fluoruro cálcico con ácido sulfúrico concentrado:2F2Ca+Si02+2S04H2 ---> F4Si+2SO4Ca+H20.

Es un gas incoloro de olor picante y sofocante. También se puede formar por la acción del ácido fluorhídrico acuoso sobre los silicatos, pudiéndose de esta manera volatilizar todo el ácido silícico en forma de tetrafluoruro, mientras las bases quedan como fluoruros que, por calentamiento con ácido sulfúrico, son transformadas después en sulfatos (v. SULFITOS); esta operación se utiliza en el análisis de silicatos.

El ácido fluosilícico, F6SiH2, se forma por adición de dos moléculas de FH y una de SiF4, o también por la adición de agua al tetrafluoruro de silicio. Se conoce sólo en solución acuosa; evaporando una solución concentrada se desprende F4Si y queda en solución FH.

Fundiendo el s. amorfo con exceso de azufre se forma bisulfuro de s. (S2Si), que por sublimación a presión reducida da cristales incoloros, sedosos, fibrosos, estables al aire seco; con agua se descompone de la siguiente forma:S2Si+2H20 -> Si02+2SH2.

Su estructura cristalina es característica, ya que cada átomo de s. está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos de azufre, cada uno de los cuales está unido al mismo tiempo a 2Si consecutivos.

Compuestos oxigenados del silicio. La importancia del s. en el reino animal es debido a la propiedad de formar estructuras fibrosas, laminares y tridimensionales, en las que los átomos de s. están unidos entre sí por interposición de átomos de oxígeno, es decir, formando puentes del tipo Si-0-Si.

Bióxido de silicio (Si02). Llamado también anhídrido silícico o sílice. Se encuentra en la Naturaleza en grandes cantidades y distintas variedades: Cristalizado forma el cuarzo (v.); en masas compactas, las, cuarcitas. En contraste con las moléculas discretas del C02, el dióxido de s. forma sistemas condensados tetradimensionales, de extensión indefinida, que son sólidos de elevado punto de fusión. La sílice se presenta en tres formas: cuarzo, tridimita y cristobalita; cada una tiene una modificación a baja temperatura (a) y otra a alta temperatura (R).

cuarzo-a tridimita-a cristobalita-cx l ~ 573-11 140°1 ~ 2400 cuarzo-/3 - - tridimita-/3cristobalita-¡3870°1470°En la cristobalita, los átomos de s. están ordenados igual que los de C en el diamante, salvo que contiene átomos de O a la mitad de distancia entre aquéllos. En el cuarzo y la tridimita, la estructura regular ha sido reemplazada por un agrupamiento helicoidal de los átomos. La transición entre estas tres formas se verifica con lentitud; todas ellas se encuentran en la Naturaleza, mientras que el paso de sus respectivas modificaciones tiene lugar muy deprisa.

La sílice funde a 1.710° C. Cuando se enfría lentamente el producto fundido, se obtiene un sólido no cristalino y vítreo, que se emplea para construir utensilios de laboratorio. El gel de sílice es un producto duro, granular y translúcido, que contiene alrededor de un 4% de agua. Se prepara acidificando la solución de un silicato de metal alcalino y eliminando las sales y el agua del gel que se obtiene. Presenta un área superficial muy elevada y se utiliza como agente deshidratante y como soporte de ciertos catalizadores.

Ácidos silícicos. El ácido monosilícico, Si(OH)4, es probablemente el único ácido silícico que puede existir en solución neutra. Sin embargo, la deshidratación isotérmica del ácido silícico, que ha sido preparada por la acción del aire húmedo sobre S2Si, indica la presencia de un ácido Si4012H8. Una deshidratación posterior mediante dioxano o S02C12 suministra una menor evidencia de la existencia de otros ácidos silícicos.

G. DE PABLO RICOTE.

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