Si · Elemento 14 · Metaloide
El elemento que convirtió la arena en el sustrato de la civilización: cada procesador que has usado es una lámina de silicio ultrapuro.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa silicio entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 111 pm: es decir, 0,111 nm, por lo que aproximadamente 4,5 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Silicio es líquido en un intervalo de 1851 K, desde 1687 K hasta 3538 K.
La historia
¡El silicio es el elemento que construyó la Era de la Información y constituye la mayor parte del suelo que pisas. Después del oxígeno, es el elemento más abundante de la corteza terrestre y forma la base de las rocas, la arena y el vidrio. Pero la verdadera revolución del silicio llegó cuando los científicos aprendieron a purificarlo hasta alcanzar el 99.9999999 %, creando los chips semiconductores que hacen funcionar todos los ordenadores, teléfonos inteligentes y dispositivos digitales. Silicon Valley recibió su nombre de este elemento, que puede alternar entre conducir y aislar la electricidad miles de millones de veces por segundo. Desde las antiguas ventanas de vidrio hasta los modernos paneles solares, desde los chips informáticos hasta los implantes mamarios, el silicio da forma a nuestro mundo de innumerables maneras. Cada grano de arena de todas las playas está compuesto principalmente de dióxido de silicio, por lo que los castillos se construyen con el mismo elemento que hace funcionar tu teléfono inteligente.
La historia del descubrimiento del silicio abarca milenios, desde los antiguos fabricantes de vidrio que utilizaban compuestos de silicio sin saberlo hasta los químicos del siglo XIX que aislaron el elemento puro, haciendo posible en última instancia la era digital que define la civilización moderna.
Los seres humanos han utilizado compuestos de silicio durante más de 9000 años sin saberlo. Las evidencias arqueológicas muestran que las civilizaciones antiguas dominaron la tecnología de los silicatos mucho antes de comprender la teoría atómica.
7000 a. C.: Primera cerámica elaborada con arcillas ricas en silicio en China y Oriente Medio
3500 a. C.: Fabricación mesopotámica de vidrio con arena de sílice y potasa
1500 a. C.: Artesanos egipcios crearon intrincados recipientes de vidrio utilizando dióxido de silicio
500 a. C.: El hormigón romano incorporó ceniza volcánica (puzolana) rica en sílice amorfa
Los romanos crearon sin saberlo uno de los hormigones más duraderos de la historia utilizando ceniza volcánica rica en silicio del monte Vesubio. El Panteón de Roma, construido en 126 d. C., todavía se mantiene en pie, en parte gracias a su cúpula de hormigón reforzado con silicio.
La investigación científica del silicio comenzó durante la Ilustración, cuando los químicos empezaron a estudiar sistemáticamente los minerales y los compuestos.
El químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier sospechó por primera vez que la sílice (SiO₂) contenía un elemento desconocido. En su revolucionaria obra de 1789, "Tratado elemental de química", Lavoisier incluyó la sílice entre los compuestos que creía que contenían elementos aún no descubiertos, sentando las bases para futuros intentos de aislamiento.
Varios químicos de toda Europa compitieron por aislar silicio puro, lo que dio lugar a afirmaciones contradictorias y a una controversia científica que duró más de una década.
El químico británico Sir Humphry Davy (1778-1829) intentó aislar el silicio por primera vez en 1808 utilizando su batería eléctrica recién inventada. Davy intentó electrolizar la sílice, pero solo consiguió producir un polvo oscuro e impuro. Aunque no tuvo éxito, acuñó el nombre "silicio" a partir del latín "silex" (pedernal) y el sufijo "-on" (como en carbono y boro).
Los químicos franceses Gay-Lussac (1778-1850) y Thénard (1777-1857) intentaron aislar el silicio calentando potasio con tetrafluoruro de silicio (SiF₄). Produjeron un polvo marrón que creyeron que era silicio, pero análisis posteriores revelaron que contenía cantidades significativas de compuestos de silicio en lugar del elemento puro.
El químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) logró el primer aislamiento confirmado de silicio puro el 15 de mayo de 1824. Su enfoque sistemático y su meticulosa documentación lo establecieron como el verdadero descubridor del silicio.
Berzelius calentó tetrafluoruro de silicio (SiF₄) con potasio metálico en un crisol de hierro:
SiF₄ + 4K → Si + 4KF
Su innovación consistió en lavar el producto con agua para eliminar el fluoruro de potasio y después con ácido clorhídrico diluido para disolver cualquier resto de potasio sin reaccionar, dejando atrás silicio puro. Berzelius describió su producto como "un polvo marrón con brillo metálico".
Cita histórica: "Obtuve una masa marrón que, examinada al microscopio, parecía estar compuesta de partículas metálicas. Esta sustancia es silicio en su estado metálico."
El silicio siguió siendo una curiosidad de laboratorio hasta que surgieron aplicaciones industriales a finales del siglo XIX.
El químico francés Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) mejoró la producción de silicio reduciendo la sílice con polvo de aluminio a altas temperaturas. Este método produjo silicio a mayor escala, lo que permitió las primeras aplicaciones comerciales.
Edward Goodrich Acheson (1856-1931) desarrolló el proceso de horno eléctrico para producir carburo de silicio (carborundo) y posteriormente silicio puro. Su empresa, The Carborundum Company, se convirtió en el primer gran productor de silicio, suministrando abrasivos y, más adelante, materiales semiconductores.
La transformación del silicio, de una novedad de laboratorio a un material que define la civilización, comenzó durante la Segunda Guerra Mundial con el desarrollo de la tecnología de radar.
1940: Russell Ohl, de Bell Labs, descubrió el efecto fotovoltaico en el silicio
1947: Bardeen, Brattain y Shockley inventaron el primer transistor (basado en germanio)
1954: Bell Labs creó la primera célula solar de silicio práctica (6 % de eficiencia)
1958: Jack Kilby inventó el circuito integrado utilizando germanio; Robert Noyce lo mejoró con silicio
1961: Comenzó la producción de los primeros circuitos integrados comerciales de silicio
1971: Intel presentó el microprocesador 4004, el primer ordenador en un chip
Hoy, el silicio hace posible la comunicación global, la inteligencia artificial, las energías renovables y la exploración espacial. Desde el diminuto polvo marrón de Berzelius en 1824 hasta los procesadores con miles de millones de transistores, la trayectoria del silicio representa uno de los descubrimientos más transformadores de la química.
Legado de Berzelius: El químico sueco que aisló el silicio jamás podría haber imaginado que su polvo metálico marrón se convertiría en la base de la mayor revolución tecnológica de la civilización humana. Cada teléfono inteligente, ordenador y panel solar se remonta a aquel día decisivo de 1824 en que Berzelius sostuvo por primera vez silicio puro en sus manos.
Aplicaciones
Las propiedades semiconductoras únicas del silicio han revolucionado la civilización humana, haciendo posible la era digital y la tecnología moderna. Desde los teléfonos inteligentes hasta las naves espaciales, los dispositivos basados en silicio impulsan nuestro mundo interconectado.
El silicio domina la fabricación de semiconductores y constituye más del 95 % de todos los chips informáticos. La estructura cristalina del elemento y sus propiedades eléctricas controlables lo hacen ideal para crear transistores, diodos y circuitos integrados.
Obleas de silicio: Los lingotes de silicio ultrapuro (99.9999999 % de pureza) se cortan en obleas de 200-300 mm de diámetro y 0.775 mm de grosor. Los procesadores más recientes de Intel utilizan tecnología de proceso de 3 nm, que permite integrar más de 100 mil millones de transistores en un solo chip.
Proceso de dopaje: El silicio puro se «dopa» con pequeñas cantidades de fósforo (tipo n) o boro (tipo p) para crear propiedades semiconductoras. Este proceso implica la implantación iónica con energías de 1-200 keV, controlando con precisión la conductividad eléctrica.
Fotolitografía: Las obleas de silicio se someten a fotolitografía mediante luz ultravioleta extrema (EUV) con una longitud de onda de 13.5 nm. Las máquinas EUV de ASML, con un coste de $200 millones cada una, permiten definir con precisión los patrones necesarios para los procesadores modernos.
Las células fotovoltaicas de silicio convierten directamente la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Los paneles solares modernos de silicio alcanzan una eficiencia del 22-26 % en aplicaciones comerciales.
Los compuestos de silicio forman la base de la construcción moderna mediante el vidrio, el hormigón y la cerámica. Los silicatos constituyen el 90 % de la corteza terrestre y son materiales de construcción esenciales.
Los vehículos modernos contienen más de 1.000 semiconductores basados en silicio que controlan los motores, los sistemas de seguridad y el infoentretenimiento. Los vehículos eléctricos utilizan electrónica de potencia de carburo de silicio (SiC) para mejorar la eficiencia.
MOSFET de SiC: El Tesla Model 3 utiliza inversores de carburo de silicio que funcionan a 650 V, mejorando la eficiencia energética en un 5 % y reduciendo el tiempo de carga. El SiC conmuta a 10 kHz frente a los 2 kHz del silicio, lo que permite componentes más pequeños y ligeros.
Aplicaciones de sensores: Los MEMS de silicio (sistemas microelectromecánicos) crean acelerómetros, giroscopios y sensores de presión para el despliegue de airbags, el control de estabilidad y la supervisión de la presión de los neumáticos.
La tecnología del silicio permite la navegación GPS, las comunicaciones por satélite y la exploración espacial. Los chips de silicio endurecidos frente a la radiación sobreviven al duro entorno del espacio.
La biocompatibilidad del silicio permite fabricar implantes médicos, equipos de diagnóstico y sistemas de administración de fármacos. Las propiedades inertes del silicio lo hacen ideal para la implantación a largo plazo.
La tecnología del silicio nos rodea en innumerables formas, a menudo invisible, pero siempre esencial. Desde las alarmas matutinas hasta el entretenimiento nocturno, el silicio hace posible la vida moderna.
Transistores en un solo procesador de iPhone 13
Dispositivos conectados en todo el mundo para 2025
Nivel de pureza necesario para el silicio semiconductor
Valor del mercado mundial de semiconductores (2022)
El teléfono inteligente promedio contiene más potencia informática que las computadoras que guiaron al Apollo 11 hasta la Luna. Ese mismo teléfono tiene más de 1 mil millones de transistores; si cada transistor fuera una persona, ¡podrían poblar China y aún sobraría espacio.
De dónde procede
282000 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 99 % de los elementos
El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, con un 27.7% en peso, superado únicamente por el oxígeno. Esta abundancia convierte al silicio en el bloque de construcción fundamental de la geología de nuestro planeta y en la base de toda la tecnología basada en silicio.
El silicio nunca se encuentra en forma metálica pura en la naturaleza debido a su alta reactividad con el oxígeno. En su lugar, forma innumerables minerales y compuestos que literalmente construyen la estructura de nuestro planeta.
El mineral de silicio más común, que constituye el 12% de la corteza terrestre. Se encuentra en:
Ubicaciones destacadas: minas de cuarzo de Brasil, yacimientos de cristales de Arkansas, "diamantes" de Herkimer (NY)
El grupo mineral más abundante en la corteza terrestre (50-60%), que incluye:
Formación: Cristalización a alta temperatura en rocas ígneas
Productos de la meteorización de rocas ricas en feldespato:
Importancia económica: Cerámica, recubrimiento de papel, lodo de perforación
Minerales de silicato oscuros presentes en rocas máficas:
Presencia: Basalto, gabro, rocas volcánicas
El viaje cósmico del silicio comenzó en los núcleos de estrellas masivas durante los procesos de combustión del oxígeno y combustión del silicio. Cuando las estrellas con una masa de al menos 8 veces la de nuestro Sol llegan al final de sus vidas, crean silicio mediante fusión nuclear.
Combustión del oxígeno (1.5-2 mil millones K): ¹⁶O + ¹⁶O → ²⁸Si + ⁴He
Combustión del silicio (3+ mil millones K): ²⁸Si + ⁴He → ³²S + γ
Durante una explosión de supernova, estos núcleos estelares ricos en silicio se dispersan por toda la galaxia y finalmente pasan a formar parte de nuevos sistemas estelares como el nuestro. ¡El silicio de tu teléfono inteligente se forjó literalmente en el corazón de una estrella moribunda hace miles de millones de años.
El silicio desempeñó un papel crucial en la formación planetaria mediante:
Hace 4.6 mil millones de años: La condensación de la nebulosa solar formó granos de polvo ricos en silicio
Hace 4.5 mil millones de años: Acreción de planetesimales de silicato
Hace 4.4 mil millones de años: La diferenciación entre el núcleo y el manto de la Tierra concentró el silicio en el manto
Hace 4.0 mil millones de años: Cristalización de la primera corteza continental (granito rico en silicio)
Hace 3.8 mil millones de años: Formación de cratones estables con una estructura de silicio y aluminio
El silicio se encuentra naturalmente en el agua como ácido silícico disuelto (H₄SiO₄), normalmente en concentraciones de 1-30 mg/L. El agua oceánica contiene aproximadamente 3 mg/L de silicio disuelto, esencial para el crecimiento de las diatomeas.
Conexión con Silicon Valley: El famoso centro tecnológico recibió su nombre de los semiconductores de silicio desarrollados allí, aunque, irónicamente, actualmente la mayor parte del silicio procede de Asia, no de California.
Manejo
El silicio en su forma pura y muchos de sus compuestos presentan riesgos mínimos para la salud en condiciones normales. Sin embargo, ciertos compuestos de silicio y procesos industriales requieren consideraciones cuidadosas de seguridad, especialmente en relación con la exposición a la sílice cristalina.
PEL de OSHA: 0.05 mg/m³ (sílice cristalina respirable, TWA de 8 horas)
Riesgo principal: Silicosis: enfermedad pulmonar progresiva e incurable causada por inhalar polvo de sílice cristalina
Actividades de alto riesgo: Chorro de arena, minería, explotación de canteras, corte de concreto, fabricación de cerámica
Síntomas: Dificultad para respirar, tos persistente, fatiga, dolor torácico, insuficiencia respiratoria (casos avanzados)
Progresión: Silicosis simple (15-20 años) → Fibrosis masiva progresiva → Muerte
Clasificación de la IARC: Carcinógeno del grupo 1 (sílice cristalina de fuentes ocupacionales)
Tipos de cáncer: Cáncer de pulmón, y posiblemente enfermedades renales y autoinmunitarias
Factores de riesgo: Duración e intensidad de la exposición, tamaño de las partículas, reactividad superficial
Prevención: Controles de ingeniería, protección respiratoria, vigilancia médica
Contacto con los ojos: El polvo de silicio puede causar irritación mecánica y abrasión corneal
Contacto con la piel: Generalmente no irritante, pero los polvos abrasivos pueden causar cortes o irritación mecánica
Ingestión: Grandes cantidades pueden causar irritación gastrointestinal, pero no toxicidad sistémica
Manipulación de obleas de silicio: Los bordes afilados pueden causar laceraciones; use herramientas de manipulación adecuadas y guantes resistentes a cortes
Exposición a sustancias químicas: El procesamiento del silicio implica ácido fluorhídrico, lo que requiere protocolos de seguridad especializados
Operaciones a alta temperatura: La fusión del silicio (1414°C) requiere protección térmica y procedimientos de emergencia
Acción: Enjuague inmediatamente con agua limpia durante 15 minutos. Retire los lentes de contacto si pueden quitarse fácilmente. No se frote los ojos.
Atención médica: Busque atención médica inmediata si la irritación persiste o si hay partículas incrustadas en el ojo.
Acción inmediata: Lleve inmediatamente a la persona al aire fresco. Aléjela de la fuente de exposición al polvo.
Respuesta médica: Si se presentan dificultades respiratorias, administre oxígeno y traslade a la persona a un centro médico.
Documentación: Registre los detalles de la exposición para la evaluación médica y la compensación laboral.
Exposición menor: Lave con agua y jabón. Retire la ropa contaminada.
Laceraciones: Controle la hemorragia, limpie la herida y aplique un apósito estéril. Los fragmentos afilados de silicio pueden requerir extracción médica.
Acción: Enjuague la boca con agua. No provoque el vómito a menos que lo indique personal médico.
Grandes cantidades: Busque atención médica si se consumieron cantidades importantes o aparecen síntomas.
• El silicio de los dispositivos electrónicos de consumo (teléfonos, computadoras) no presenta riesgos para la salud durante el uso normal
• Los utensilios de cocina de silicio y la silicona de grado alimentario son seguros para el contacto con alimentos
• Los paneles solares contienen silicio encapsulado que no presenta riesgos de exposición
• Los productos de vidrio (dióxido de silicio) son seguros para el uso cotidiano
Respuestas rápidas
Silicio (símbolo Si) es el elemento 14 de la tabla periódica, un Metaloide del periodo 3, grupo 14. El elemento que convirtió la arena en el sustrato de la civilización: cada procesador que has usado es una lámina de silicio ultrapuro. A temperatura ambiente es un sólido.
[Ne] 3s² 3p², con 3 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 4. Su capa externa contiene 4 electrones, lo que determina su comportamiento en los enlaces.Silicio se funde a 1687 K (1413.9 °C) y hierve a 3538 K (3264.9 °C).
La masa atómica estándar de Silicio es 28.085 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Silicio tiene una densidad de 2.33 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Silicio es aproximadamente 2.3 veces más pesado.
Silicio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.9. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Silicio fue descubierto en 1824 por Jons Jacob Berzelius. Recibe su nombre de latín silex, «pedernal».
Silicio constituye aproximadamente el 28.2% de la corteza terrestre; es uno de los elementos más abundantes que existen.