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Fabricar una estructura de silicio bidimensional

Por primera vez, los científicos han fabricado un compuesto estable de silicio bidimensional, lo que allana el camino para nuevos usos del silicio en la química molecular.

Investigación fundamental

En su forma natural, el silicio sólido cristalino se une a otros cuatro elementos para crear una estructura tridimensional llamada tetraedro. Los compuestos tetraédricos de silicio se consideran como los elementos básicos de la corteza terrestre. La corteza está formada por diferentes tipos de rocas como el granito, el basalto, el esquisto y la arenisca, la mayoría de las cuales consisten principalmente en minerales compuestos de silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza, después del oxígeno. En el pasado, parecía inalcanzable sintetizar y caracterizar un equivalente bidimensional de un tetraedro de silicio. Ahora, con el apoyo del proyecto pCx4All, financiado con fondos europeos, varios científicos han logrado crear un complejo cristalino de ese tipo. Este logro abrirá la vía a nuevos usos del silicio en la catálisis y la investigación de materiales en el campo de la química molecular.

Superar la estabilidad tetraédrica

El silicio es un metaloide y uno de los seis elementos químicos que componen el grupo 14, el grupo del carbono en la tabla periódica. Al igual que el carbono, el silicio se une a cuatro elementos para formar un tetraedro, un sólido con cuatro lados triangulares. En términos geométricos, el equivalente bidimensional de un tetraedro sería un cuadrado. Sin embargo, el tetraedro es tan estable que no se conocen otras estructuras en el silicio natural con cuatro enlaces, o silicio(IV). Según un comunicado de prensa publicado en «ScienceDaily», el doctor Lutz Greb, de la Universidad de Heidelberg (Alemania), anfitriona del proyecto pCx4All, señaló que ni siquiera cuarenta años de investigación intensiva fueron suficientes para que los científicos produjeran una estructura cuadrada plana en el campo de la química del silicio(IV). Por primera vez, el equipo de Greb ha conseguido sintetizar y caracterizar por completo una especie de silicio(IV) cuadrada plana. Sus hallazgos se publicaron en la revista «Chem». El equipo cultivó un monocristal de silicio —un sólido monocristalino cuya red cristalina es continua e ininterrumpida— y luego lo irradió con un haz de rayos X focalizado. Al encontrarse con los átomos del monocristal, los rayos X se difractaron y dieron lugar a un patrón inconfundible, a partir del cual los investigadores pudieron determinar la posición de los núcleos atómicos. Así fue posible determinar la existencia de moléculas con silicio(IV) de forma cuadrada plana. Otros análisis revelaron propiedades físicas y químicas inesperadas en la estructura, como el color, en una sustancia de naturaleza incolora. «Sintetizar esta configuración a partir de los componentes que elegimos es comparativamente sencillo, una vez comprendidas las condiciones esenciales», explica en el comunicado de prensa el primer autor del estudio, el doctor Fabian Ebner, también de la Universidad de Heidelberg. Sin embargo, el hecho de que la molécula de silicio(IV) de forma cuadrada plana sea un compuesto estable y aislable es un descubrimiento sorprendente. «Debido a la alta reactividad, hay muchas formas concebibles de descomposición. Aun así, siempre hemos creído que es posible aislar este compuesto», concluye Greb. El proyecto pCx4All (Calix[4]pyrrole for p-block elements: anti-van’t Hoff-Le Bel configuration and ligand-element cooperativity revive the standard oxidation states.) finaliza en octubre de 2025. Para más información, consulte: proyecto pCx4All

Palabras clave

pCx4All, silicio, tetraedro, silicio(IV) de forma cuadrada plana, bidimensional, química molecular

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