Silicio elemento

7/25/2019 Silicio elemento

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SilicioSilicio - Si

Propiedades qumicas del Silicio -Efectos del Silicio sobre la salud -Efectos

ambientales del Silicio

Nombre Silicio

Nmero atmico 14

Valencia 4

Estado de oxidacin +4

Electronegatividad 1,8

Radio covalente () 1,11

Radio inico () 0,41

Radio atmico () 1,32

Configuracin electrnica [Ne]3s23p2

Primer potencial de ionizacin (eV) 8,15

Masa atmica (g/mol) 28,086

Densidad (g/ml) 2,33

Punto de ebullicin (C) 2680

Punto de fusin (C) 1410

DescubridorJons Berzelius en1823

Silicio
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Smbolo Si, nmero atmico 14 y peso atmico 28.086. El silicio es el elementoelectropositivo ms abundante de la corteza terrestre. Es un metaloide con marcado lustremetlico y sumamente quebradizo. Por lo regular, es tetravalente en sus compuestos,aunque algunas veces es divalente, y es netamente electropositivo en su comportamientoqumico. Adems, se conocen compuestos de silicio pentacoordinados y hexacoordinados

El silicio elemental crudo y sus compuestos intermetlicos se emplean como integrantes dealeaciones para dar mayor resistencia al aluminio, magnesio, cobre y otros metales. elsilicio metalrgico con pureza del 98-99% se utiliza como materia prima en la manufacturade compuestos organosilcicos y resinas de silicona, elastmeros y aceites. Los chips desilicio se emplean en circuitos integrados. Las clulas fotovoltaicas para la conversindirecta de energa solar en elctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de siliciode grado electrnico. El dixido de silicio se emplea como materia prima para producirsilicio elemental y carburo de silicio. Los cristales grandes de silicio se utilizan para cristalepiezoelctricos. Las arenas de cuarzo fundido se transforman en vidrios de silicio que se

usan en los laboratorios y plantas qumicas, as como en aislantes elctricos. Se empleauna dispersin coloidal de silicio en agua como agente de recubrimiento y como ingredientde ciertos esmaltes.

El silicio natural contiene 92.2% del istopo de masa nmero 28, 4.7% de silicio-29 y 3.1%de silicio-30. Adems de estos istopos naturales estables, se conocen varios istoposradiactivos artificiales. El silicio elemental tiene las propiedades fsicas de los metaloides,parecidas a las del germanio, situado debajo de l en el grupo IV de la tabla peridica. Ensu forma ms pura, el silicio es un semiconductor intrnseco, aunque la intensidad de susemiconduccin se ve enormemente incrementada al introducir pequeas cantidades deimpurezas. El silicio se parece a los metales en su comportamiento qumico. Es casi tan

electropositivo como el estao y mucho ms positivo que el germanio o el plomo. Deacuerdo con este carcter ms bien metlico, forma iones tetrapositivos y diversoscompuestos covalentes; aparece como un ion negativo slo en unos pocos siliciuros ycomo un constituyente positivo de oxicidos o aniones complejos.

Forma varias series de hidruros, diversos halogenuros (algunos de los cuales contienenenlaces silicio-silicio) y muchas series de compuestos que contienen oxgeno, que puedentener propiedades inicas o covalentes.

El silicio se encuentra en muchas formas de dixidos y en innumerables variaciones de lossilicatos naturales. Para un anlisis de las estructuras y composiciones de las clases

representativas.Por su abundancia, el silicio excede en mucho a cualquier otro elemento, con excepcin deoxgeno. Constituye el 27.72% de la corteza slida de la Tierra, mientras que el oxgenoconstituye el 46.6%, y el siguiente elemento despus del silicio, el aluminio se encuentra eun 8.13%.


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Se sabe que el silicio forma compuestos con 64 de los 96 elementos estables yprobablemente forme siliciuros con otros 18 elementos. Adems de los siliciuros metlicosque se utilizan en grandes cantidades en metalurgia, forma compuestos importantes y deempleo frecuente con hidrgeno, carbono, los halgenos, nitrgeno, oxgeno y azufre.

Adems, se han preparado derivados organosilcicos de gran utilidad.

Efectos del Silicio sobre la salud

El silicio elemental es un material inerte, que parece carecer de la propiedad de causarfibrosis en el tejido pulmonar. Sin embargo, se han documentado lesiones pulmonaresleves en animales de laboratorio sometidos a inyecciones intratraqueales de polvo desilicio. El polvo de silicio tiene pocos efectos adversos sobre los pulmones y no pareceproducir enfermedades orgnicas significativas o efectos txicos cuando las exposicionesse mantienen por debajo de los lmites de exposicin recomendados. El silicio puede tenerefectos crnicos en la respiracin. El silicio cristalino (dixido de silicio) es un potentepeligro para la respiracin. Sin embargo, la probablilidad de que se produzca dixido de

silicio durante los procesamientos normales es muy remota. LD50 (oral)-3160 mg/kg.(LD50: Dosis Letal 50. Dosis individual de una sustancia que provoca la muerte del 50% dela poblacin animal debido a la exposicin a la sustancia por cualquier va distinta a lainhalacin. Normalmente expresada como miligramos o gramos de material por kilogramode peso del animal.)

El silicio cristalino irrita la piel y los ojos por contacto. Su inhalacin causa irritacin de lospulmones y de la membrana mucosa. La irritacin de los ojos provoca lagrimeo yenrojecimiento. Enrojecimiento, formacin de costras y picores son caractersticas de lainflamacin cutnea.

El cncer de pulmn est asociado con exposiciones a silicio cristalino (especialmentecuarzo y cristobalita) en lugares de trabajo. En estudios realizados a mineros, trabajadorescon tierra de diatomeas, trabajadores del granito, trabajadores de cermica, trabajadoresde ladrillos refractarios y otros trabajadores se ha documentado una relacin exposicin-respuesta.

Diversos estudios epidemiolgicos han informado de nmeros estadsticamentesignificativos de exceso de muertes o casos de desorden inmunolgico y enfermedadesautoinmunes en trabajadores expuestos al silicio. Estas enfermedades y trastornosincluyen scleroderma, artritis reumatoide, eritematosis sistmica y sarcoidosis.

Estudios epidemiolgicos recientes han informado de asociaciones estadsticamentesignificativas de exposiciones ocupacionales a silicio cristalino con enfermedades renales ycambios renales subclnicos.

El silicio cristalino puede afectar el sistema inmunitario, resultando en infecciones


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micobacterianas (tuberculosas y no tuberculosas) o fngicas, especialmente entrabajadores con silicosis.

La exposicin ocupacional al silicio cristalino respirable est asociado con bronquitis,enfermedad crnica de obstruccin pulmonar (COPD) y enfisema. Algunos estudios

epidemiolgicos sugieren que estos efectos sobre la salud pueden ser menos frecuentes oausentes en los no fumadores.

Readmore:http://www.lenntech.es/periodica/elementos/si.htm#ixzz3zjf3GTSQEl silicio(dellatn:slex)es unelemento qumicometaloide,nmero atmico 14 y situadoen elgrupo 14 de latabla peridica de los elementos de smbolo Si. Es el segundoelemento ms abundante en lacorteza terrestre (27,7 % en peso) despus

deloxgeno.Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvoparduzco, ms activo que la variante cristalina, que se presenta enoctaedros decolor azul grisceo y brillo metlico.

Caractersticas[editar]

Polvo de silicio.

Policristal de silicio.

Olivino.
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Sus propiedades son intermedias entre las delcarbono y elgermanio.Enformacristalina es muy duro y pocosoluble y presenta un brillo metlico y colorgrisceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la accin de lamayora de loscidos,reacciona con loshalgenos ylcalis diluidos. El siliciotransmite ms del 95 % de laslongitudes de onda de laradiacin infrarroja.

Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisceos. Seobtiene calentando slice, odixido de silicio (SiO2), con unagente reductor,comocarbono omagnesio,en unhorno elctrico.El silicio cristalino tieneunadureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tieneunpunto de fusin de 1.411 C, unpunto de ebullicin de 2.355 C yunadensidad relativa de 2,33(g/ml). Sumasa atmica es 28,086 u (unidad demasa atmica).

Se disuelve en cido fluorhdrico formando el gastetrafluoruro de silicio,SiF4(verflor), y es atacado por los cidos ntrico, clorhdrico y sulfrico, aunque

el dixido de silicio formado inhibe la reaccin. Tambin se disuelve en hidrxidode sodio, formando silicato de sodio y gas hidrgeno. A temperaturas ordinarias elsilicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con eloxgeno formando una capa de slice que impide que contine la reaccin. A altastemperaturas reacciona tambin connitrgenoycloro formando nitruro de silicio ycloruro de silicio, respectivamente.

El silicio constituye un 28 % de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sinoque se encuentra en forma de dixido de silicio y de silicatos complejos. Losminerales que contienen silicio constituyen cerca del 40 % de todos los mineralescomunes, incluyendo ms del 90 % de los minerales que forman rocas volcnicas.

El mineralcuarzo,sus variedades (cornalina,crisoprasa,nice,pedernal yjaspe)ylos mineralescristobalita ytridimita son las formas cristalinas del silicio existentesen la naturaleza. El dixido de silicio es el componente principal de laarena.Lossilicatos (en concreto los dealuminio,calcio ymagnesio)son los componentesprincipales de lasarcillas,el suelo y las rocas, en forma defeldespatos,anfboles,piroxenos,micas yzeolitas,y de piedras semipreciosas comoelolivino,granate,zircn,topacio yturmalina.

Silicio como base bioqumica[editar]

Sus caractersticas compartidas con elcarbono,como estar en la misma familia

14, no ser metal propiamente dicho, poder construir compuestos parecidos a lasenzimas (zeolitas), otros compuestos largos con oxgeno (siliconas)y poseer losmismos cuatro enlaces bsicos, le confiere cierta oportunidad en llegar a ser basede seres vivos, aunque no sea en la Tierra, en unabioqumica hipottica.

Aplicaciones[editar]
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Se utiliza enaleaciones,en la preparacin de lassiliconas,en la industria delacermica tcnica y, debido a que es un materialsemiconductor muy abundante,tiene un inters especial en la industriaelectrnica ymicroelectrnica comomaterial bsico para la creacin de obleas ochips que se pueden implantarentransistores,pilas solares y una gran variedad de circuitos electrnicos. El

silicio es un elemento vital en numerosas industrias. El dixido de silicio(arena yarcilla)es un importante constituyente delhormign y losladrillos,y seemplea en la produccin decemento portland.Por suspropiedadessemiconductoras se usa en la fabricacin detransistores,clulassolares y todo tipo de dispositivos semiconductores; por esta razn se conocecomo elValle del Silicio a la regin deCalifornia en la que concentran numerosasempresas del sector de la electrnica y la informtica. Tambin se estnestudiando las posibles aplicaciones delsiliceno,que es una forma alotrpica delsilicio que forma una red bidimensional similar algrafeno.Otros importantes usosdel silicio son:

Como materialrefractario,se usa encermicas,vidriados yesmaltados.

Como elementofertilizante en forma de mineral primario rico en silicio, paralaagricultura.

Como elemento dealeacin enfundiciones.

Fabricacin devidrio para ventanas yaislantes.

Elcarburo de silicio es uno de losabrasivos ms importantes.

Se usa enlseres para obtener una luz con una longitud de onda de 456 nm.

Lasilicona se usa enmedicina enimplantes de seno ylentes 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 aadindole pequeascantidades de silicio; el acero comn contiene menos de un 0,30 % de silicio.Elacero al silicio,que contiene de 2,5 a 4 % de silicio, se usa para fabricar losncleos de lostransformadoreselctricos, pues la aleacin presentabajahistresis (vaseMagnetismo). Existe una aleacin de acero, el durirn, quecontiene un 15 % de silicio y es dura, frgil y resistente a la corrosin; el durirn seusa en los equipos industriales que estn en contacto con productos qumicoscorrosivos. El silicio se utiliza tambin en las aleaciones de cobre, como el broncey el latn.

El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente elctrica a temperaturaambiente vara entre la de los metales y la de los aislantes. La conductividad delsilicio se puede controlar aadiendo pequeas cantidades de impurezas llamadasdopantes. La capacidad de controlar las propiedades elctricas del silicio y su
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abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicacin de lostransistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrnica.

La slice y los silicatos se utilizan en la fabricacin de vidrio, barnices, esmaltes,cemento y porcelana, y tienen importantes aplicaciones individuales. La slicefundida, que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo ohidrolizandotetracloruro de silicio,se caracteriza por un bajo coeficiente dedilatacin y una alta resistencia a la mayora de los productos qumicos. El gel deslice es una sustancia incolora, porosa y amorfa; se prepara eliminando parte delagua de un precipitado gelatinoso decido silcico,SiO2H2O, el cual se obtieneaadiendo cido clorhdrico a una disolucin de silicato de sodio. El gel de sliceabsorbe agua y otras sustancias y se usa como agente desecante y decolorante.

El silicato de sodio (Na2SiO3), tambin llamado vidrio, es un silicato sintticoimportante,slido amorfo,incoloro y soluble en agua, que funde a 1088 C. Seobtiene haciendo reaccionar slice (arena) y carbonato de sodio a alta

temperatura, o calentando arena con hidrxido de sodio concentrado a altapresin. La disolucin acuosa de silicato de sodio se utiliza para conservarhuevos; como sustituto de la cola o pegamento para hacer cajas y otroscontenedores; para unir gemas artificiales; como agente incombustible, y comorelleno y adherente en jabones y limpiadores. Otro compuesto de silicio importantees el carborundo, un compuesto de silicio y carbono que se utiliza como abrasivo.

El monxido de silicio, SiO, se usa para proteger materiales, recubrindolos deforma que la superficie exterior se oxida al dixido, SiO2. Estas capas se aplicantambin a los filtros de interferencias.

Fue identificado por primera vez porAntoine Lavoisier en 1787.Abundancia y obtencin[editar]

El silicio es uno de los componentes principales de losaerolitos,una clasedemeteoroides.

Medido en peso, el silicio representa ms de la cuarta parte de la corteza terrestrey es el segundo elemento ms abundante por detrs deloxgeno.El silicio no seencuentra en estado nativo;arena,cuarzo,amatista,gata,pedernal,palo yjaspe son algunos de losminerales en los que aparece el xido,mientras que formandosilicatos se encuentra, entre otros, en

elgranito,feldespato,arcilla,hornblenda ymica.Los mtodos fsicos de purificacin del silicio metalrgico[editar]

Estos mtodos se basan en la mayorsolubilidad de las impurezas en el siliciolquido, de forma que ste se concentra en las ltimas zonas solidificadas. Elprimer mtodo, usado de forma limitada para construir componentesderadar durante laSegunda Guerra Mundial,consiste en moler el silicio de forma
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que las impurezas se acumulen en las superficies de los granos; disolviendo stosparcialmente concido se obtena un polvo ms puro. Lafusin por zonas,elprimer mtodo usado a escala industrial, consiste en fundir un extremo de la barrade silicio y trasladar lentamente el foco de calor a lo largo de la barra de modo queel 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 necesariohasta lograr la pureza deseada bastando entonces cortar el extremo final en el quese han acumulado las impurezas.

Los mtodos qumicos de purificacin del silicio metalrgico[editar]

Los mtodos qumicos, usados actualmente, actan sobre un compuesto de silicioque sea ms fcil de purificar descomponindolo tras la purificacin para obtenerel silicio. Los compuestos comnmente usados son el triclorosilano (HSiCl3), eltetracloruro de silicio (SiCl4) y elsilano (SiH4).

En el proceso Siemens, las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150 C

al triclorosilano, gas que se descompone depositando silicio adicional en la barrasegn la siguiente reaccin:

2 HSiCl3 Si + 2 HCl + SiCl4

El silicio producido por ste y otros mtodos similares sedenomina siliciopolicristalinoy tpicamente tiene una fraccin de impurezas de0,001ppm o menor.

El mtodo Dupontconsiste en hacer reaccionar tetracloruro de silicio a 950 Ccon vapores decinc muy puros:

SiCl4+ 2 Zn Si + 2 ZnCl2

Este mtodo est plagado de dificultades (el cloruro de cinc, sub producto de lareaccin, solidifica y obstruye las lneas), por lo que eventualmente se haabandonado en favor del proceso Siemens.

Una vez obtenido el silicio ultrapuro es necesario obtener unmonocristal,para loque se utiliza elproceso Czochralski.

Silicio de calidad solar: Tecnologa de vanguardia[editar]

A continuacin se presentan las distintas alternativas de produccin de SoG-

Si.123Todas ellas se han recogido y presentado desde 2004 en las Conferenciassobre Silicio Solar. Estas conferencias se han organizado anualmente por larevistaPhoton International en Mnich, a raz de la preocupacin creciente por laescasez de polisilicio. Hasta ahora ninguna de estas alternativas ha conseguidollegar a la etapa de produccin, aunque algunas se encuentran cerca.

Reactor de lecho fluidizado[editar]
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Wacker Chemie,4Hemlock y Solar Grade Silicon proponen un reactor de lechofluidizado. ste consiste en un tubo decuarzo en el que se introduce triclorosilano(Wacker, Hemlock) o silano (SGS) por la parte inferior, junto con hidrgeno. El gaspasa a travs de un lecho de partculas de silicio sobre las que ocurre el depsito,dando as partculas de tamao mayor. Alcanzado cierto tamao, las partculas

son demasiado pesadas y caen al suelo, pudiendo ser retiradas. Este proceso nosolamente utiliza una cantidad de energa mucho menor que el Siemens, sino queadems puede realizarse de forma continua.

Reactor de tubo[editar]

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 enlugar de varillas; b.) se utilizasilano en lugar de triclorosilano, y por tanto latemperatura del proceso puede limitarse a 800 C.

Depsito de vapor a lquido[editar]

Tokuyama Corporation propone su proceso VLD (Vapour to Liquid Deposition). Enun reactor se calienta un tubo de grafito a 1500 C, por encima del punto de fusindel silicio. Se alimentan triclorosilano ehidrgeno por la parte superior. El silicio sedeposita en las paredes de grafito en forma lquida. Por tanto, gotea en el suelodel reactor, donde solidifica en granulados y puede recogerse. El mayor gastoenergtico con respecto al reactor Siemens compensa por la velocidad dedepsito 10 veces mayor.

Reduccin con Zn[editar]

Chisso Corporation y el gobierno japons investigan un proceso a partir de lareduccin de tetracloruro de silicio (SiCl4) con vapor dezinc (Zn). Se forma clorurode cinc y silicio. Esta alternativa se desech en los aos 80 por Bayer AG ya queno se podan eliminar trazas de metales residuales. Chisso asegura que susimpurezas metlicas se encuentran en un nivel aceptable.2

Alternativas metalrgicas[editar]

Tambin se han realizado grandes esfuerzos en conseguir SoG-Si evitando elpaso energticamente costoso del uso de triclorosilano, silano o tetraclorosilano, yel posterior depsito en Siemens o similares.

Elkem5purifica mg-Si en tres pasos de refino relativamente simples,pirometalrgico, hidrometalrgico, y de limpieza, con un consumo de slo el 20 al25 % de la energa utilizada en la ruta Siemens. Junto con la Universidad deConstanza, han conseguido eficiencias de clula slo medio punto por debajo delas clulas comerciales.
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Apollon Solar SAS y el laboratorio nacional de investigacin francs CNRSpurifican Mg-Si con un plasma. Se han conseguido clulas solares de un 11,7 %de eficiencia.6

Otra alternativa metalrgica es producir mg-Si con cuarzo y carbn negro tanpuros que no sea necesario refinarlo ms. Hay dos trabajos en paralelo: uno es elde la Universidad Nacional Tcnica de Kazakh en Almaty, Kazajstn.1El otro es elproyecto SOLSILC, financiado por la Comisin Europea. Las clulas solaresfabricadas con este material han obtenido eficiencias de momento relativamentebajas.228 por ciento de este material ya no existe.

Istopos[editar]

El silicio tiene nueve istopos, con nmero msico entre 25 a 33. El istopo msabundante es el Si-28 con una abundancia del 92,23 %, el Si-29 tiene unaabundancia del 4,67 % y el Si-30 que tiene una abundancia del 3,1 %. Todos ellosson estables teniendo el resto de istopos una proporcin nfima. El Si-32 es un

istopo radiactivo que proviene del decaimiento delargn.Su tiempodesemivida es aproximadamente de unos 132 aos. Padece un decaimiento betaque lo transforma en P-32 (que tiene un periodo de semivida de 14,28 das).
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