Después del oxígeno, el silicio es el elemento que se encuentra con más frecuencia en la tierra. No se encuentra libre en la naturaleza, sino como óxido (sílice) o silicato (feldespato, caolinita, etc.) en arena, roca y arcilla. Un método de preparación es calentando cuarzo (SiO2) con carbono; durante este proceso se emite monóxido de carbono y queda silicio bruto (98% puro). Este grado es lo suficientemente puro para incorporarlo en aleaciones, por ejemplo, de aluminio y hierro, para hacerlos más duros o menos quebradizos. El silicio puro se prepara calentando silicio crudo en cloro. Durante este proceso, el compuesto volátil SiCl4 se produce y se separa por destilación. Si este líquido se calienta junto con hidrógeno, se libera silicio puro. A esto se le da forma de barra, y las últimas impurezas se "hacen flotar" fuera de la barra calentando sucesivamente pequeñas porciones hasta el punto de fusión, en una atmósfera de gas inerte, como el argón, combinado con cualquier oligoelemento que se agregue. que se disuelven en el silicio líquido.
Siloxanos son compuestos que contienen oxígeno además de hidrógeno, silicio y, normalmente, carbono (aunque existen algunos siloxanos inorgánicos). Partiendo de pequeñas moléculas, pueden construirse en grandes unidades (polímeros), a las que se les pueden impartir diversas propiedades (liquidez, elasticidad, estabilidad, etc.). Los siloxanos existen en forma de resinas, elastómeros (compuestos gomosos) o aceites.
Usos
Se utiliza como agente de aleación para acero, aluminio, cobre, bronce y hierro. También se usa ampliamente en la fabricación de semiconductores y en la producción de silanos y compuestos de organosilicio.
Los compuestos orgánicos de silicio se utilizan en forma de resinas, elastómeros (compuestos gomosos) o aceites. Resinas son compuestos de organosilicio que, cuando se mezclan con una serie de otras sustancias utilizadas en la industria de la pintura (endurecedores, aceleradores, etc.), forman capas muy estables y son fácilmente aplicables incluso sobre bases a las que otras pinturas generalmente no se adhieren bien (como superficies metálicas). Además, son bastante resistentes al calentamiento momentáneo o al ataque del oxígeno, y no se desvanecen mucho con la luz del sol. Entre otras cosas, estas resinas también se utilizan como compuestos de moldeo (plásticos) y en la fabricación de espumas que presentan una buena resistencia a las altas temperaturas y son útiles como aislantes térmicos. Otras resinas se utilizan como las denominadas láminas (capas finas aplicadas en la industria electrónica) debido a su baja combustibilidad y buenas propiedades de aislamiento eléctrico incluso en un entorno húmedo. Las resinas de silicona tienen numerosas aplicaciones debido a su estabilidad térmica y repelencia al agua, y su resistencia a los disolventes, las altas temperaturas y la luz solar. Las resinas de silicona se utilizan en pinturas, barnices, compuestos de moldeo (plásticos), aislamiento eléctrico, revestimientos sensibles a la presión y antiadherentes, y laminados.
Silicato de metilo es un líquido bastante volátil utilizado en la fabricación de pantallas de televisión. Cuando se descompone en agua, se forma una capa transparente de ácido silícico que fija la pantalla a la pared de vidrio. Silicato de etilo se utiliza como aglutinante para la fabricación de moldes en procesos especiales de fundición de metales o como punto de partida en la síntesis química.
Riesgos y su prevención
En esta sección se analizan los peligros de los compuestos orgánicos de silicio. Se remite al lector a otra parte del Enciclopedia para discusiones sobre los importantes efectos en la salud de la exposición a silicatos, particularmente silicatos cristalinos. Los efectos de los carburos de silicio también se analizan en otra parte.
Se desconocen los peligros toxicológicos del silicio metálico. Para la mayoría de los propósitos regulatorios, se considera un polvo molesto. Cuando el silicio se prepara y purifica en ausencia de aire, el proceso se lleva a cabo en un recinto hermético y sellado que debería limitar las exposiciones. Los peligros pueden surgir de los productos químicos que se utilizan junto con el silicio en varios procesos de fabricación. Hay tres tipos de compuestos de silicio considerados aquí: silanos, siloxanos y heterosiloxanos.
Silanos. Los silanos contienen hidrógeno y silicio. La mayoría de ellos son sustancias aceitosas muy estables que en sí mismas encuentran poca aplicación práctica. Sin embargo, si se añade cloro, nitrógeno, etc., se pueden utilizar para la síntesis química. Sin embargo, tanto el tetraclorosilano como el triclorosilano son compuestos altamente reactivos que pueden emitir un vapor asfixiante altamente irritante. Cuando entran en contacto con el agua se descomponen (hidrólisis), desprendiendo cloruro de hidrógeno. El agua en la atmósfera puede iniciar dicha hidrólisis. Los productos de hidrólisis pueden tener efectos intensos sobre los ojos y el tracto respiratorio. Además, el triclorosilano se enciende fácilmente. Estos líquidos se tratan como sustancias corrosivas y se envían en ampollas de cuarzo o cajas de acero inoxidable. Los derrames pueden volverse inofensivos con soda anhidra.
El siloxano los vapores de aceite pueden irritar los ojos y se ha informado que concentraciones extremadamente altas pueden tener efectos graves en el sistema respiratorio. Por el contrario, el silicio compuestos de resina han sido considerados inofensivos en el pasado y fueron ampliamente utilizados como implantes en el cuerpo.
Elastómeros (compuestos gomosos). Estas sustancias se caracterizan por su gran estabilidad a altas (250 °C) y bajas temperaturas (hasta -75 °C), y resistencia al ataque de productos químicos. Su inercia química es tal que a menudo se utilizan como material de implante para vasos sanguíneos, etc. Además, no se disuelven en muchos disolventes orgánicos, como el tricloroetileno o la acetona. Las membranas de caucho de silicona son fácilmente permeables a gases como el oxígeno, incluso cuando están disueltos en agua.
Cabe señalar que ha habido grandes controversias y disputas legales sobre los efectos de los implantes mamarios de silicona, con autoridades reconocidas divididas sobre cualquier posible peligro para la salud a largo plazo.
Aceites. Estos compuestos también conservan su estabilidad cuando se exponen a cambios extremos de temperatura. Por esta razón, a menudo se utilizan como lubricantes, ya que su viscosidad permanece sustancialmente constante a diferentes temperaturas. También se utilizan como hidrofugantes, aplicados por ejemplo en paredes, textiles o cuero. Las piezas prensadas se pueden quitar fácilmente de los moldes untados con estos compuestos, y también actúan como agentes antiespumantes (esta última propiedad es, entre otras cosas, de ayuda para los que padecen bronquitis crónica, ya que la inhalación de los vapores de estos aceites ayuda a la evacuación de la flema) . En animales de experimentación se ha comprobado que estas sustancias se eliminan muy lentamente de los pulmones, pero que su presencia allí no provoca reacciones adversas. Los ungüentos elaborados con siliconas también son muy bien tolerados y, en virtud de sus propiedades hidrofugantes, contribuyen a la prevención o recuperación de los eccemas de contacto, ya que evitan el contacto con sustancias que provocan reacciones de hipersensibilidad.
Los experimentos con animales también han indicado que si el vapor se inhala en concentraciones muy altas puede resultar en una narcosis fatal; sin embargo, si los animales expuestos sobrevivieron a la narcosis, se produjo una recuperación completa. Los aceites de silicona irritan levemente las mucosas oculares, provocando enrojecimiento, dolor y lagrimeo; los síntomas más graves son inducidos únicamente por compuestos de bajo peso molecular.
heterosiloxanos. Además de silicio, hidrógeno y oxígeno, los heterosiloxanos contienen algunos otros elementos como metales (aluminio, estaño, plomo, etc.), así como boro o arsénico, etc. Se hidrolizan fácilmente y, por lo tanto, son peligrosos para el cuerpo humano, uno de los principales parte del cual consiste en agua. Los heterosiloxanos se forman generalmente como productos intermedios en síntesis químicas. Silicato de metilo y silicato de etilo ocupan un lugar especial en este grupo. El silicato de metilo, un líquido bastante volátil, se utiliza en la fabricación de pantallas de televisión. Cuando se descompone en agua, una capa transparente de ácido silícico resultados, que fija la pantalla a la pared de cristal. El líquido o vapor de silicato de metilo que llega a los ojos no produce un efecto inmediato, pero después de 10 a 12 horas produce un dolor ocular violento, acompañado de enrojecimiento y lagrimeo. La córnea se vuelve opaca y pueden aparecer úlceras, lo que puede provocar ceguera. Si se inhala el vapor, se pueden producir daños fatales en los pulmones o los riñones. Dado que el contacto con el vapor o el líquido no produce un dolor de advertencia inmediato, se requieren precauciones especiales con esta sustancia. Debe evitarse la rotura de los matraces. Los ojos deben protegerse con gafas herméticas a los gases, y el riesgo de inhalación de vapores en caso de derrame, etc., debe evitarse instalando un sistema de ventilación por extracción.
El silicato de etilo, que se utiliza como aglutinante para fabricar moldes en procesos especiales de fundición de metales o como punto de partida en síntesis químicas, tiene una baja presión de vapor; esta propiedad física ayuda a reducir la exposición. En altas concentraciones irrita las mucosas y la piel, y en muy altas concentraciones ha resultado fatal para los animales.
A medida que aumenta el peso molecular de los silicatos, disminuye la reactividad.
Tablas de compuestos de silicio y organosilicio
Tabla 1 - Información química.
Tabla 2 - Riesgos para la salud.
Tabla 3 - Riesgos físicos y químicos.
Tabla 4 - Propiedades físicas y químicas.