Silicatos y Materiales Silícicos: Tipos, Propiedades y Aplicaciones

Semiconductor intrínseco

Un semiconductor intrínseco se debe a que la banda de valencia y la banda de conducción se encuentran lo suficientemente cerca como para que los e^- de la banda de valencia sean excitados y transferidos a la banda de conducción.

Enlace Si-O

El enlace Si-O fuerte se debe a que el oxígeno es un elemento muy electronegativo, por lo que el enlace Si-O presenta cierto carácter iónico. El enlace Si-O se trata de una interacción base dura-ácido duro. Esto quiere decir que el ácido es un catión pequeño y de elevada carga +(Si⁴⁺) y el anión es pequeño y de elevada carga negativa (O^2-). El enlace se ve fortalecido por la interacción del tipo dπ-pπ que se crea entre los átomos de O y de Si.

Tipos de silicatos y sus características

Los silicatos se clasifican según su estructura:

• (0) Ortosilicatos (SiO₄)^4-: ejemplo: forsterita (Mg₂SiO₄).
• (1) Pirosilicatos (Si₂O₇)^6-: ejemplo: thortveitita (Sc₂Si₂O₇).
• (2) Piroxenos (SiO₃)_n^2n-: ejemplo: jade (NaAl(SiO₃)₂).
• (2 y 3) Anfíboles (Si₄O₁₁)_n^6n-: ejemplo: tremolita (Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂).
• (3) Laminares (Si₂O₅)_n^2n-: ejemplo: caolín (Si₂O₅Al₂(OH)₄).
• (4) Tridimensionales: feldespatos, zeolitas (M{(AlO₂)(SiO₂)}nH₂O) y ultramarinas.

Zeolitas

Son aluminosilicatos tridimensionales que presentan cavidades grandes en las que quedan encerrados agua o iones de gran tamaño. Existen 34 zeolitas naturales.

Estructura

La estructura es la caja sodalita, compuesta por 24 tetraedros SiO₄^4- y AlO₄^5- que se encuentran compartiendo 3 de los átomos de O presentes en sus vértices. Estas uniones forman anillos de 6 y 4 miembros. Las cajas se unen entre sí a través del átomo de O que no comparten, dando lugar a la formación de canales. Esta unión puede ser de tipo X e Y o A, según si se unen a través de los anillos de 6 miembros o a través de los anillos de 4 miembros; lo que condiciona la anchura del canal.

Obtención

Se obtienen por reacción hidrotermal de aluminatos y silicatos.

Propiedades

• Son intercambiadores iónicos, se utilizan para ablandar el agua (cationes Ca²⁺).
• Agentes de absorción, se utilizan como tamices moleculares.
• Agentes para la separación de gases. Presentan mayor afinidad por el N₂ que por el O₂, se utilizan en dispositivos para enfermos pulmonares.
• Soportes de reacciones catalíticas. Sobre las zeolitas se depositan los hidrocarburos de alto peso molecular y estas debilitan sus enlaces C-C y C-H (cracking del petróleo).

Vidrio

Es un material no cristalino constituido fundamentalmente por SiO₂, en el que los átomos se encuentran empaquetados entre sí de forma que no existe orden de largo alcance.

Tipos

• Vidrio de cuarzo (SiO₂)
• Vidrios de silicatos (SiO₂ + óxidos metálicos)

Cerámica

Son materiales inorgánicos formados mayoritariamente por elementos no metálicos, que pueden moldearse a temperatura ambiente y cuya forma puede ser fijada mediante tratamientos a elevadas temperaturas.

Tipos

• Cerámicas convencionales (de sílice, arcillas y feldespatos).
• Cerámicas de óxidos metálicos (son convencionales con polvos microcristalizados de óxidos metálicos).
• Cerámicas no metálicas (constituidas por SiC, gran dureza).
• Vitrocerámicas (vidrio + cerámica).

Siliconas

Son polímeros organosilícicos formados por cadenas tanto lineales como ramificadas de enlaces -O-Si-O- en las que el Si se encuentra unido a un grupo orgánico.

Sus propiedades dependen de

• La longitud de las cadenas y del grado de entrecruzamiento, que quedan determinadas por las condiciones del proceso de síntesis.
• La naturaleza del sustituyente, la longitud de las cadenas y su grado de entrecruzamiento.
• En función del grado de polimerización y de la complejidad de los grupos orgánicos, pudiendo ser aceites, grasas, sólidos, gomas o resinas.

Propiedades

• Son muy estables, debido a los fuertes enlaces Si-O y Si-C.
• No son atacadas por ácidos ni por disoluciones débilmente alcalinas.
• Son resistentes al calor.
• Son resistentes a la oxidación.
• Repelen el agua, debido a su parte orgánica.

Aplicaciones

• Se utiliza como lubricante.
• Para impermeabilizar tejidos, papel, etc.
• En cirugía para implantes.