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El silicio es el elemento al que hay que agradecer el ordenador que está utilizando para leer estas palabras. Este elemento extremadamente común, que es un componente crucial de la microelectrónica y los chips informáticos, también es responsable de las cálidas y blancas playas: el sílice, un óxido de silicio, es el componente más común de la arena.

El silicio es el séptimo elemento más abundante en el universo y el segundo más abundante en el planeta, después del oxígeno, según la Real Sociedad de Química. Alrededor del 25% de la corteza terrestre es silicio. Además de los chips de ordenador, el silicio tiene muchos usos; entre los lugares más extraños en los que aparece este elemento se encuentran las copas menstruales, los implantes mamarios y los guantes de cocina, en forma de silicona.

¿Qué hace que el silicio sea tan especial como para que un valle entero de California lleve su nombre? Siga leyendo.

Sólo los hechos

• Número atómico (número de protones en el núcleo): 14
• Símbolo atómico (en la Tabla Periódica de los Elementos): Si
• Peso atómico (masa media del átomo): 28,09
• Densidad: 2,3296 gramos por centímetro cúbico
• Fase a temperatura ambiente: Sólido
• Punto de fusión: 2.577 grados Fahrenheit (1.414 grados Celsius)
• Punto de ebullición: 5.909 grados F (3.265 grados C)
• Número de isótopos (átomos del mismo elemento con diferente número de neutrones): 24
• Insótopo más común: Si-28 (92% de abundancia natural)

Silicio el semiconductor

En la naturaleza, el silicio no está solo. Suele encontrarse unido a un par de moléculas de oxígeno como dióxido de silicio, también conocido como sílice. El cuarzo, un ingrediente abundante en la arena, se compone de sílice no cristalizada.

El silicio no es ni un metal ni un no metal; es un metaloide, un elemento que se encuentra a medio camino entre los dos. La categoría de metaloide es una especie de zona gris, sin una definición firme de lo que encaja, pero los metaloides suelen tener propiedades tanto de los metales como de los no metales. Parecen metálicos, pero sólo conducen la electricidad de forma intermedia. El silicio es un semiconductor, es decir, conduce la electricidad. Sin embargo, a diferencia de un metal típico, el silicio mejora la conducción de la electricidad a medida que aumenta la temperatura (los metales empeoran su conductividad a temperaturas más altas).

El silicio fue aislado por primera vez en 1824 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius, que también descubrió el cerio, el selenio y el torio, según la Chemical Heritage Foundation. Berzelius calentó sílice con potasio para purificar el silicio, según la Thomas Jefferson National Accelerator Facility, pero en la actualidad el proceso de refinamiento calienta carbono con sílice en forma de arena para aislar el elemento.

El silicio es un ingrediente principal en creaciones de muy baja tecnología, como ladrillos y cerámica. Pero en las cosas de alta tecnología es donde el elemento realmente deja su huella. Como semiconductor, el silicio se utiliza para fabricar transistores, que amplifican o conmutan las corrientes eléctricas y son la espina dorsal de la electrónica, desde las radios hasta los iPhones.

El silicio se utiliza de diversas maneras en las células solares y los chips de ordenador, siendo un ejemplo el transistor de efecto de campo de óxido metálico-semiconductor, o MOSFET, el interruptor básico de muchos aparatos electrónicos. Para convertir el silicio en un transistor, la forma cristalina del elemento se adultera con trazas de otros elementos, como el boro o el fósforo, según el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Las trazas de elementos se unen a los átomos de silicio, liberando electrones para que se muevan por todo el material, según la Universidad de Virginia.

Al crear espacios de silicio no adulterado, los ingenieros pueden crear un hueco por el que estos electrones no pueden fluir, como un interruptor en la posición de «apagado».

Para poner el interruptor en «on», se coloca una placa metálica, conectada a una fuente de energía, cerca del cristal. Cuando la electricidad fluye, la placa se carga positivamente. Los electrones, que están cargados negativamente, son atraídos por la carga positiva, lo que les permite dar el salto a través del segmento de silicio puro. (En los transistores también se pueden utilizar otros semiconductores además del silicio.)

¿Quién lo iba a decir?

• Cuando los astronautas del Apolo 11 aterrizaron en la Luna en 1969, dejaron atrás una bolsa blanca que contenía un disco de silicio ligeramente más grande que un dólar de plata. En el disco hay 73 mensajes, cada uno de un país diferente, que expresan deseos de buena voluntad y paz.
• El silicio no es lo mismo que la silicona, ese famoso polímero que se encuentra en los implantes mamarios, las copas menstruales y otras tecnologías médicas. La silicona está hecha de silicio junto con oxígeno, carbono e hidrógeno. Como resiste tan bien el calor, la silicona se ha utilizado cada vez más para fabricar utensilios de cocina, como guantes de cocina y bandejas para hornear.
• La silicona puede ser peligrosa. Cuando se inhala durante largos periodos de tiempo, puede causar una enfermedad pulmonar conocida como silicosis.
• ¿Le gusta la iridiscencia de un ópalo? Gracias al silicio. Esta piedra preciosa es una forma de sílice unida a moléculas de agua.
• El carburo de silicio (SiC) es casi tan duro como un diamante, según el Instituto de Materiales, Minerales y Minería. Ocupa un lugar entre 9 y 9,5 en la escala de dureza de Mohs, un poco menos que el diamante, que tiene una dureza de 10.
• Las plantas utilizan el silicio para reforzar sus paredes celulares. El elemento parece ser un nutriente importante que ayuda a conferir resistencia a las enfermedades, según un artículo publicado en 1994 en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
• Silicon Valley recibe su nombre del silicio utilizado en los chips de los ordenadores. El apodo apareció por primera vez en 1971 en el periódico «Electronic News».
• La vida basada en el silicio, como el Horta de «Star Trek», podría no ser del todo ciencia ficción, según investigadores de Caltech. Las primeras investigaciones han demostrado que el silicio puede incorporarse a moléculas basadas en el carbono, como las proteínas.

Investigación actual

La investigación actual sobre el silicio suena a ciencia ficción: en 2006, los investigadores anunciaron que habían creado un chip informático que fusionaba componentes de silicio con células cerebrales. Las señales eléctricas de las células cerebrales podían transmitirse a los componentes electrónicos de silicio del chip, y viceversa. La esperanza es crear eventualmente dispositivos electrónicos para tratar trastornos neurológicos.

Un estudio de 2018 que aparece en Nature prueba un nuevo tipo de dispositivo cuántico hecho de silicio. Los ordenadores cuánticos podrían convertirse algún día en la norma, superando la tecnología informática actual con la capacidad de realizar cálculos en paralelo. La creación de estos dispositivos utilizando las mismas técnicas para construir chips de silicio tradicionales podría acelerar el desarrollo de estos dispositivos, lo que podría dar lugar a nuevos usos para los dispositivos cuánticos.

El silicio también es prometedor en la creación de láseres increíblemente diminutos llamados nanoagujas, que pueden utilizarse para transmitir datos de forma más rápida y eficiente que los cables ópticos tradicionales. Los láseres superconductores desprenden el calor con mucha más facilidad que los de vidrio, explica John Badding, químico de materiales de la Universidad Estatal de Pensilvania. Esto significa que pueden tener más potencia que los láseres tradicionales.

Badding y su equipo también están trabajando para crear fibras ópticas de próxima generación que integren superconductores en lugar de simplemente vidrio, dijo a Live Science.

«Los semiconductores tienen toda una serie de propiedades que no se pueden conseguir con los vidrios», dijo Badding. Disponer de materiales semiconductores incrustados en las fibras ópticas permitiría incluir mini-electrónica en estos cables, que son cruciales para enviar información a largas distancias. Los cables semiconductores también permitirían manipular la luz en la fibra, añadió Badding.

Los chips de silicio tradicionales se fabrican depositando capas del elemento sobre una superficie plana, normalmente empezando con un gas precursor como el silano (SiH4) y dejando que el gas se solidifique, dijo Badding. Los cables, en cambio, se dibujan. Para fabricar un cable de fibra óptica de vidrio, se empieza con una varilla de vidrio, se calienta y luego se estira como un caramelo, alargándolo hasta convertirlo en un hilo largo y delgado.

Badding y sus colegas han descubierto una manera de dar a los semiconductores esta forma de espagueti. Utilizan fibras de vidrio estirado con agujeros diminutos y luego comprimen gases como el silano a altas presiones para forzarlos a entrar en esos espacios.

«Sería como llenar de silicio una manguera de jardín que va de Penn State a Nueva York completamente sólida», dijo Badding. «Uno pensaría que las cosas se taparían y se estropearían, pero no es así».

Los hilos semiconductores resultantes son de tres a cuatro veces más finos que un cabello humano. Badding y su equipo también están experimentando con otros semiconductores, como el seleniuro de zinc (zinc y selenio) para crear fibras con capacidades nunca vistas.

Más información sobre el silicio:

• Para echar un vistazo divertido e interesante a la historia de Silicon Valley, incluyendo información sobre las mentes y los productos implicados en la creación de las empresas de alta tecnología, echa un vistazo a la línea de tiempo interactiva de Silicon Valley de NPR.
• Puede que estén cerca en la Tabla Periódica de los Elementos, pero el silicio y el carbono son bestias químicas diferentes. Dow Corning explica sus diferencias, que se reducen a que uno es orgánico y el otro inorgánico.
• Cómo funcionan los semiconductores y cómo el silicio es uno de los principales protagonistas.
• ¿Quieres saber cómo se fabrican los famosos chips de Intel, hechos de silicio, por supuesto? La empresa tecnológica describe la historia de sus chips, cómo han cambiado con el tiempo, cómo se fabrican y cómo funcionan.

Información adicional de Rachel Ross, colaboradora de Live Science.