SILICIO

Nombre: Silicio (del mineral Sílex)

Símbolo: Si

Grupo: 14

Período: 3

Bloque: p

Categoría: Metaloides

Número atómico: 14

Masa atómica: 28,085 u

Electrones por capa: 2, 8, 4 

Electronegatividad: 2,04

Densidad: 1,9 gr/cc

Punto de Fusión: 1414ºC

Punto de Ebullición: 2900ºC

Conductividad Térmica: 150 W (m·K) 

Conductividad Eléctrica: 1000 S/m 

Orden Magnético: Diamagnético

Estado Ordinario: Sólido

Estados de Oxidación: -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4

Dureza Mohs: 6,5 

Dureza Vickers: 9630 

Dureza Brinell: Sin datos

Isótopos más estables: Si-28 (92,2%), Si-29 (4,7%), Si-30 (3,1%)

Descubridor: Jöns Jakob Berzelius (1823)

El silicio (Si), elemento químico de número atómico 14, es un metaloide del grupo 14 con una densidad de 2,33 g/cm³ y una abundancia de 282.000 ppm (28,2%) en la corteza terrestre, lo que lo convierte en el segundo elemento más abundante después del oxígeno (O). Presente en más del 90% de los minerales terrestres, especialmente como silicatos y óxidos como el cuarzo (SiO₂), el silicio es un litófilo por excelencia, con una fuerte afinidad por el oxígeno. Su abundancia cósmica (650 ppm en el universo observable) lo sitúa entre los elementos más comunes, formado en grandes cantidades durante la nucleosíntesis estelar en estrellas masivas a través de procesos de captura alfa. El núcleo de silicio, con 14 protones, es particularmente estable, liberando energía significativa durante su formación, lo que lo hace más abundante que elementos cercanos como el magnesio (Mg) o el azufre (S), y solo superado por el hierro (Fe) en planetas rocosos como Mercurio, Venus, Tierra y Marte.

Aunque el silicio puro no se encuentra en la naturaleza debido a su reactividad con el oxígeno, sus compuestos, como el cuarzo y los silicatos, han sido utilizados desde la prehistoria. La Edad de Piedra (3,4 millones de años atrás–2.000 a.C.) dependió indirectamente del silicio, ya que los homínidos usaban rocas ricas en SiO₂, como el pedernal, para fabricar herramientas, armas y martillos rudimentarios. El cuarzo de calidad gema, conocido como cristal de roca, representó la forma más pura de silicio en la Antigüedad, valorado por su claridad y dureza (7 en la escala Mohs). El silicio elemental fue aislado por primera vez en 1823 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius, quien redujo tetrafluoruro de silicio (SiF₄) con potasio (K), nombrándolo “silicium” (del latín silex, pedernal) por su presencia en rocas silíceas. Este descubrimiento marcó un hito en la química, aunque el silicio no ganó relevancia hasta el siglo XX.

La importancia moderna del silicio radica en su papel como semiconductor en la industria electrónica. Desde la invención del transistor en 1947, el silicio de alta pureza (99,9999% o superior) se ha convertido en la base de microchips, celdas solares y circuitos integrados, impulsando la revolución tecnológica. Su producción global (~8 millones de toneladas anuales en 2025) refleja su demanda en electrónica, construcción (vidrio, cemento) y energía renovable. La historia del silicio, desde las herramientas prehistóricas hasta los dispositivos modernos, subraya su rol como el “hueso” estructural de la Tierra y su importancia en la ciencia y la tecnología contemporáneas.

El silicio (Si), elemento químico de número atómico 14, es un metaloide del grupo 14 con una densidad de 2,33 g/cm³ y una abundancia de 282.000 ppm (28,2%) en la corteza terrestre, siendo el segundo elemento más abundante tras el oxígeno (O). Su apariencia es de un azul-grisáceo oscuro con un lustre metálico, pero es duro, quebradizo y fácilmente pulverizable, con una dureza de ~7 en la escala Mohs, comparable al cuarzo (SiO₂). Aunque abundante en minerales como silicatos y óxidos, su obtención en forma pura es costosa (1–2 USD/kg para silicio metalúrgico; ~100 USD/kg para alta pureza en 2025) debido a la necesidad de procesar arena de cuarzo de alta pureza mediante reducción con carbono y purificación con cloro (proceso Siemens) para alcanzar grados electrónicos (>99,9999%). El silicio es muy resistente a la corrosión, especialmente en aire y agua, formando una capa protectora de dióxido de silicio (SiO₂) que lo estabiliza.

El silicio presenta varias formas alotrópicas: monocristalino, policristalino y amorfo. El silicio monocristalino, con una estructura ordenada, es esencial en la industria electrónica para semiconductores, como microchips y celdas solares, debido a su conductividad controlada mediante dopaje (con boro, B, o fósforo, P). El silicio policristalino es menos ordenado, usado en aplicaciones menos exigentes, como paneles solares de menor costo. El silicio amorfo, con estructura desordenada, tiene poca utilidad industrial debido a su menor estabilidad y conductividad. Desde una perspectiva metalúrgica, el silicio es valorado como aleante, mejorando las propiedades mecánicas y químicas de aleaciones, aunque su fragilidad limita su uso en estado puro.

En aleaciones, el silicio es un componente clave en ferrosilicio (Fe-Si, 15–90% Si), usado en la producción de acero para mejorar la resistencia, dureza y elasticidad, eliminando oxígeno durante la fundición (desoxidante). En aluminiosilicatos (Al-Si, ~5–12% Si), como los usados en piezas de automoción, el silicio aumenta la fluidez del fundido, reduce la contracción y mejora la resistencia al desgaste y la corrosión. También se combina con magnesio (Mg) en aleaciones Al-Si-Mg para mayor resistencia mecánica. En bronces al silicio (Cu-Si, ~1–4% Si), aporta resistencia a la corrosión y autolubricación, siendo una alternativa a los bronces al plomo (Pb) en aplicaciones marinas. Las propiedades del silicio en aleaciones incluyen mayor rigidez, resistencia a la corrosión y estabilidad térmica, aunque su alta fragilidad requiere un equilibrio con otros metales para evitar fracturas. Su punto de fusión (1.414 °C) y resistencia química lo hacen ideal para entornos corrosivos, mientras que su baja conductividad térmica (150 W/(m·K)) y eléctrica (~10⁻⁴ S/m sin dopar) lo distingue de metales conductores.

La importancia del silicio como aleante radica en su capacidad para mejorar las propiedades mecánicas y químicas sin añadir toxicidad, a diferencia del plomo o el cadmio (Cd). Aunque su rol como semiconductor domina la industria electrónica (~8 millones de toneladas anuales en 2025), sus aplicaciones metalúrgicas son cruciales en sectores como la construcción, automoción y maquinaria, donde su abundancia y resistencia química compensan los costos de purificación.

El silicio, con número atómico 14, es un metaloide del grupo 14, con una densidad de 2,33 g/cm³ y una abundancia de aproximadamente 282.000 ppm en la corteza terrestre, lo que lo convierte en el segundo elemento más común después del oxígeno. Su capacidad para formar enlaces covalentes fuertes con no metales lo hace ideal para crear compuestos estables, especialmente cerámicas e intermetálicos, que se destacan por su resistencia a la corrosión, dureza y estabilidad térmica. Estos compuestos son esenciales en industrias como la electrónica, la construcción y la ingeniería de materiales, aprovechando la abundancia del silicio y su versatilidad química para aplicaciones de alto rendimiento.Con el carbono, el silicio forma el carburo de silicio, conocido como carborundo, un material cerámico extremadamente duro, con una dureza de 9 a 9,5 en la escala Mohs, comparable al diamante. Este compuesto, con un punto de fusión cercano a los 2.730 °C, resiste la corrosión en ácidos, salvo el fluorhídrico, y soporta altas temperaturas sin degradarse. Su estructura covalente lo hace ideal para abrasivos, herramientas de corte y componentes electrónicos de alta potencia, como diodos y transistores, gracias a su alta conductividad térmica de aproximadamente 490 W/(m·K) y su resistencia al choque térmico. En aplicaciones industriales, su durabilidad lo convierte en un material preferido para entornos extremos.

El nitrógeno se combina con el silicio para formar el nitruro de silicio, una cerámica reconocida por su excepcional tenacidad, con una resistencia a la fractura de alrededor de 7 MPa·m¹/² y un punto de descomposición cercano a los 1.900 °C. Este compuesto resiste ácidos, álcalis y oxidación hasta temperaturas de 1.400 °C, lo que lo hace adecuado para rodamientos, turbinas y piezas aeroespaciales. Su baja densidad, de aproximadamente 3,2 g/cm³, combinada con su alta resistencia mecánica, lo convierte en una alternativa ligera a metales en aplicaciones de ingeniería avanzada, donde la durabilidad y el peso son críticos.Con el oxígeno, el silicio forma el dióxido de silicio, comúnmente conocido como cuarzo en su forma pura, o cristal de roca en bisutería. Este óxido, con una dureza de 7 en la escala Mohs y un punto de fusión de aproximadamente 1.710 °C, es extremadamente estable frente a la corrosión por ácidos, salvo el fluorhídrico, y álcalis. Su abundancia en la corteza terrestre, representando cerca del 90% de los minerales, lo hace esencial en la fabricación de vidrio, fibras ópticas y sustratos electrónicos. En la construcción, el cuarzo y los silicatos derivados son componentes clave de cementos y arenas, mientras que en joyería, su claridad lo hace valioso para piezas decorativas.

El silicio también forma silicatos, como el silicato de wolframio, que se clasifican como compuestos intermetálicos debido a su carácter metálico parcial. Este compuesto, con una resistencia a la oxidación hasta aproximadamente 1.550 °C, se utiliza en recubrimientos y elementos calefactores, aunque su estabilidad varía según la composición y las condiciones ambientales. Otros silicatos, como los de metales alcalinos, son menos estables y más reactivos, lo que limita sus aplicaciones. La producción global de silicio, que alcanza unos 8 millones de toneladas anuales en 2025, refleja la importancia de estos compuestos en tecnologías modernas, desde cerámicas de alto rendimiento hasta electrónica, donde su resistencia a la corrosión y robustez estructural son insustituibles.

El silicio (Si), elemento químico de número atómico 14, es un metaloide del grupo 14 con una densidad de 2,33 g/cm³ y una abundancia de aproximadamente 282.000 ppm (28,2%) en la corteza terrestre. Su versatilidad química le permite interactuar con metales base, como el aluminio (Al), hierro (Fe), níquel (Ni) y cobre (Cu), formando aleaciones o compuestos intermetálicos que mejoran propiedades mecánicas y químicas. Sin embargo, su compatibilidad con metales del bloque p, como el plomo (Pb) o el bismuto (Bi), es limitada debido a una menor solubilidad, lo que restringe su uso en estas combinaciones. En la metalurgia, el silicio se emplea principalmente como aleante en pequeñas cantidades para optimizar características específicas de las aleaciones, aprovechando su abundancia y estabilidad química.

El silicio es soluble en metales base durante la fundición, integrándose mediante fusión por contacto químico. En aleaciones con aluminio, como los aluminiosilicatos (Al-Si, típicamente 5–12% Si), el silicio mejora la fluidez del fundido, reduce la contracción durante la solidificación y aumenta la resistencia al desgaste y la corrosión, siendo común en piezas de automoción, como bloques de motor. Con el hierro, forma el ferrosilicio (Fe-Si, 15–90% Si), un componente esencial en la producción de acero, donde actúa como desoxidante al eliminar oxígeno disuelto, previniendo defectos en el metal fundido. También incrementa la resistencia y elasticidad del acero. En aleaciones de níquel (Ni-Si), el silicio mejora la resistencia a la corrosión en entornos de alta temperatura, usado en turbinas y componentes aeroespaciales. Con el cobre, se incorpora en bronces (Cu-Si, 1–4% Si) y latones, donde actúa como endurecedor, mejorando la resistencia mecánica y a la corrosión, especialmente en aplicaciones marinas.

La adición de silicio se realiza en dosis bajas, generalmente entre 0,5% y 2%, ya que concentraciones superiores fragilizan las aleaciones, reduciendo su ductilidad y aumentando el riesgo de fractura. Sus tres funciones principales como aleante son: actuar como desoxidante, eliminando oxígeno para mejorar la calidad del metal; servir como agente anticorrosivo, formando capas protectoras estables en presencia de agua o ácidos; y elevar la conductividad eléctrica en aceros, especialmente en aceros al silicio (hasta 3% Si) usados en transformadores y motores eléctricos, donde reduce pérdidas magnéticas. En bronces y latones, el silicio también aporta propiedades autolubricantes, similares a las del plomo, pero sin toxicidad.

Con metales del bloque p, como el plomo, bismuto o estaño (Sn), la solubilidad del silicio es baja, lo que limita la formación de aleaciones homogéneas. Sin embargo, puede formar compuestos intermetálicos, como el silicato de aluminio (Al₂SiO₅) o el siliciuro de magnesio (Mg₂Si), que mejoran la resistencia mecánica en aleaciones específicas. La producción global de silicio (8 millones de toneladas en 2025) refleja su importancia en la metalurgia, especialmente en la producción de acero y aluminio, donde sus propiedades como aleante compensan los costos de purificación (1–2 USD/kg para grado metalúrgico). La capacidad del silicio para mejorar la durabilidad, resistencia y conductividad de las aleaciones lo hace indispensable en la industria moderna, a pesar de las limitaciones en su compatibilidad con metales del bloque p.

El silicio, con número atómico 14, es un metaloide del grupo 14, con una densidad de 2,33 g/cm³ y una abundancia de aproximadamente 282.000 ppm en la corteza terrestre, lo que lo convierte en el segundo elemento más abundante después del oxígeno. Aunque su forma elemental es crucial en la industria electrónica como semiconductor, aproximadamente el 90% de la producción mundial de silicio, que alcanza unos 8 millones de toneladas anuales en 2025, se utiliza en forma de óxido (SiO₂) como materia prima en la construcción, la fabricación de hornos, crisoles y vidrios. Su resistencia a la corrosión, capacidad como desoxidante y propiedades como aleante lo hacen indispensable en metalurgia, electrónica y otras industrias, a pesar de los costos de purificación (~1–2 USD/kg para grado metalúrgico; ~100 USD/kg para alta pureza).

En la construcción, el dióxido de silicio, presente en arenas y cuarzo, es la base de materiales como el cemento, los ladrillos y las porcelanas, que aprovechan su estabilidad química y dureza (7 Mohs). En la fabricación de vidrios, el silicio forma la estructura principal de vidrios comunes (soda-cálcico) y especializados, como el borosilicato, mientras que en hornos y crisoles, su resistencia al calor (1.710 °C de punto de fusión del SiO₂) garantiza durabilidad en entornos extremos. En la electrónica, formas puras de cuarzo se utilizan para producir fibra óptica, que supera al cobre (Cu) y la plata (Ag) en transmisión de datos por su baja pérdida de señal y alta capacidad de ancho de banda. La fibra de vidrio, reforzada con silicio, se emplea en composites para construcción, automoción y aeroespacial, ofreciendo resistencia mecánica y térmica.

En metalurgia, el silicio actúa como un desoxidante clave durante la fundición de metales base, como el cobre, acero, acero inoxidable, níquel (Ni) y cobalto (Co). Al “robar” oxígeno disuelto, forma óxidos estables (SiO₂), reduciendo el tamaño del grano y aumentando la tenacidad de la aleación. En el acero al carbono, la adición de silicio hasta un 1,1%, combinado con manganeso (Mn), mejora la flexibilidad y la resistencia al impacto, siendo ideal para herramientas como martillos neumáticos, martillos de alto carbono, piezas de demolición y palas de excavadoras. También se usa en muelles, donde su elasticidad soporta el estrés mecánico prolongado. En aceros para partes eléctricas, como los de transformadores y motores, el silicio (hasta ~6%) eleva la conductividad eléctrica y reduce pérdidas magnéticas, aunque no mejora la resistencia a la corrosión, a diferencia del ferrosilicio (Fe-Si, 15–90% Si), que es específico para la producción de acero.

En aleaciones de cobre, el silicio, hasta un 2%, forma bronces al silicio (Cu-Si), que aumentan la tenacidad y la resistencia a la corrosión, aunque reducen la conductividad eléctrica. Estos bronces, más fáciles de moldear que los tradicionales (Cu-Sn), son asequibles y se usan en aplicaciones marinas y estructurales, pero concentraciones superiores al 2% los vuelven frágiles. En aceros inoxidables austeníticos, como AISI 304 y 316, el silicio (1%) actúa más como desoxidante que como agente anticorrosivo, ya que niveles más altos comprometen la tenacidad. La aleación Hastelloy D, con un mínimo de 8% de silicio, es una excepción, ya que resiste el ácido sulfúrico (H₂SO₄) en cualquier concentración y temperatura, incluso en ebullición, pero su complejidad química y alto costo (50–100 USD/kg) limitan su uso.

Como agente anticorrosivo, el silicio es excepcional debido a su capacidad para formar una capa pasivadora de SiO₂, que lo protege contra todos los ácidos oxidantes y reductores comunes, excepto el ácido fluorhídrico (HF), que lo ataca catastróficamente formando tetrafluoruro de silicio (SiF₄). Incluso el ácido sulfúrico, diluido o concentrado, no afecta al silicio, ni a temperatura ambiente ni en caliente, lo que lo hace ideal para entornos corrosivos. En bronces de aluminio (Al 7,5%, Si 2,5%, con trazas de Ni, Zn y base de Cu), la combinación de capas pasivadoras de óxido de aluminio (Al₂O₃) y SiO₂ maximiza la resistencia a la formación de sulfatos, comunes en aleaciones de cobre, otorgando un brillo duradero similar al oro, ideal para bisutería y piezas ornamentales. Sin embargo, estas aleaciones, producidas en hornos especializados, son difíciles de trabajar manualmente, lo que limita su uso en joyería artesanal. La versatilidad del silicio en estas aplicaciones, combinada con su abundancia y resistencia química, asegura su relevancia en la industria moderna, pese a los desafíos de purificación.