Importancia de los silicatos para el ser humano

Comúnmente se encuentran algunos miligramos de silicio por cada 100 gramos de tejido humano. El silicio se encuentra notablemente en el tejido conjuntivo, en la aorta y en los vasos sanguíneos, en los cartílagos, en el timo y las adrenales, en el hígado, el bazo, el páncreas, la piel, las uñas, el cabello, etc, no obstante,  lo más importante no es la presencia cuantitativa del silicio sino la manera como se presenta el silicio en nuestros tejidos, y el rol potencialmente básico que juega en nuestro organismo. Investigaciones recientes, han llevado a formular la tesis de que en condiciones especiales el silicio podría comportarse de forma similar al carbono y como todos sabemos la química del carbono está la base de la vida y este constituye un compuesto básico para los seres humanos.
La importancia peculiar del silicio radica pues en que se trata de un mineral con una estructura especial y enlaces similares a los de carbono, por lo cual, la química del silicio constituiría un basamento tan importante para la vida como la química del carbono.

" El silicio (...) nos parece destinado en el futuro, a jugar un rol terapéutico muy extenso, no debemos dejar de utilizarlo, ya sea en pociones sea en inyecciones hipodérmicas (lo disponible en aquel entonces). Bajo esta última forma, puede activar notablemente la fagocitosis, contribuir a la mineralización del suero sanguíneo y de los órganos debilitados, y regenerar las células al excitar la ósmosis. Y añade que podría utilizarse ventajosamente en la calcificación de lesiones antiguas y en el tratamiento de supuraciones rebeldes. Su acción, sea preventiva, sea curativa - concluye la autora- se deduce naturalmente de sus propiedades físico- químicas, de su constancia y de su rol osmótico en la célula organizada" (citado por J. BOUDARD, 1919).

Los Silicatos

La clase de los silicatos es la más numerosa e importante en el mundo mineral de mayor abundancia, constituyen mas del 95% de la corteza terrestre, además de ser el de mayor importancia geológica por ser petrogénicos (los minerales que forman las rocas).

Se encuentra formados por varios elementos en combinación con silicio y oxigeno (componentes más abundantes de la corteza terrestre). Se pueden presentar en cristales de dimensiones considerables y se caracterizan la mayor parte de ellos por una elevada dureza.

Pueden formar materiales basados en la repetición de la unidad tetraédrica  [Si04]4- . El enlace depende solamente de un electrón de valencia que  queda libre en el vértice del grupo tetraédrico y la diferenciación de los diferentes grupos depende de la forma en la que los tetraedros se unen. La capacidad de unirse los tetraedros de silicio por sus vértices se denomina polimerización.

Los silicatos se pueden clasificar de acuerdo al número de oxígenos que comparten los tetraedros en las siguientes 6 subclases:

-          Nesosilicatos ( SiO4 ): Tetraedros aislados y separados por cationes metálicos, tienen un aspecto tosco y son duros; el peso específico y el índice de refracción son elevados.

Se incluyen minerales importantes como el topacio, la cianita, la titanita, etc.

Se agrupan en zircón/olivino/granate.

-   Sorosilicatos ( Si₂O₇^-6): grupos de 2 tetraedros unidos por un vértice. Las valencias libres se saturan con cationes. La subclase de los sorosilicatos no es muy abundante en especies minerales.

-      Ciclosilicatos: silicatos con grupos formados por 3,4 o 6 tetraedros, unidos en anillos triangulares, cuadrangulares o hexagonales, los más frecuentes son aquellos formados por anillos con 6 tetraedros.

-          Inosolicatos: silicatos formados por grupos de tetraedros unidos en cadenas indefinidas; los más frecuentes son los que presentan cadenas abiertas simples, típicas de los piroxenos, o bien cadenas dobles o cerradas, características de los anfíboles; prevalecen las formas circulares o fibrosas; en general es característico de estos silicatos la presencia de una fácil exfoliación paralela al eje mayor.

-      Filosolicatos:  (Si₄O₁₀^-4) Cada tetraedro comparte 3 vértices con otros tantos tetraedros, dando a una disposición "ilimitada" bidimensional. Es frecuente la presencia de grupos OH^-, H2O, F^-, etc. Ello hace que sean blandos, posean exfoliación basal, presenten alta birrefingencia y su hábito sea frecuentemente laminar pseudohexagonal.

-   Tectosilicatos: Son los silicatos con estructura más compleja. Los minerales más característicos de esta subclase son los feldespatos.

Los tetraedros se encuentran unidos por los cuatro vértices produciendo una especie de jaula indefinida, de malla compleja. La presencia de aluminio en lugar de silicio en el centro de algunos tetraedros permite que en determinadas posiciones se sitúen cationes más o menos establemente unidos, son de baja densidad y aspecto tosco.

Obtención del vidrio

Para la obtención del vidrio se necesita una materia básica prima fundamental y es el Silicio, este es obtenido por rocas magmáticas. Las rocas magmaticas están compuestas por Cuarzo  y Fedelpato. Este ultimo, es un silicato de aluminio que se encuentra siempre en elementos alcalinos y contiene sílice y alúmina que se disgregan químicamente para mostrar su forma gel, es decir, se forma el gel de Sílice y Alúmina. El gel de ambos se concentra para dar formación a los minerales de Sílice y Alúmina, que son conocidos como minerales arcillosos.

Al separarse el feldespato  queda libre el Cuarzo, pero no experimenta un cambio químico, aun así, se obtiene lo que se conoce como arena. El sílice se encuentra en forma de cuarzo en la naturaleza y muestra la siguiente conformación cristalina:

En estos tetraedros, se produce una afinidad intermolecular, esto justifica la elevada t° que se necesita para fundir el Cuarzo, si este es fundido se produce un fluido de alta viscosidad. Si una vez, fundido el Cuarzo este se vuelve a solidificar los tetraedros se mantienen ordenados mientras que con la estructura no ocurre lo mismo. Esta situación o estado se conoce como estado VITREO. En la siguiente figura se pueden comparar la estructura del cuarzo (ordenado) y del estado vítreo (desordenado).

A partir de esto se formulan dos de los inconvenientes principales a la hora de obtener el vidrio:

• La temperatura de fusión llega a ser de 1800-2000ºC por lo que desde el punto de vista energético y de resistencia de los materiales es un inconveniente importante.
• La alta viscosidad del sílice fundido complica su moldeo y manipulación

A tenor de lo mencionado, el objetivo es disminuir el punto de fusión y la viscosidad. Para ello, como primera medida se añaden óxidos alcalinos (principalmente de sodio) que se introducen entre los enlaces de oxígeno de la red cristalina. Al meter estos compuestos disminuyen tanto la temperatura de fusión como la viscosidad pero al mismo tiempo la resistencia química es menor. Para evitar que esto ocurra se introduce óxido cálcico que aumenta la resistencia química.

Dicho esto la composición base del vidrio seria la siguiente: 75% SiO2, 15% Na2O y 10% CaO.  Una vez introducidos estos componentes la estructura varía significativamente, como se puede ver a continuación:

Vidrios.

Material inorgánico duro, frágil, amorfo y transparente, producido naturalmente o por la mano del hombre. Este material se obtiene a través de la aplicación de calor de 1500 ºC, todo esto a partir de la sílice, carbonato de sodio y caliza. Antes de que comenzará la época de Antigüedad, el vidrio ya existía en la vida humana, en el periodo predinástico de Egipto, donde se fabricaban fayenzas.

Tipos de vidrios:

1. Vidrios Sódicos (Silicato de sodio y calcio): Es el vidrio ordinario que se emplea para elaborar vidrios planos, botellas, frascos y otros objetos varios. Tienen casi siempre un ligero color verde debido al hierro de las materias primas. Resisten a la acción disolvente del agua y los ácidos, tienen poco brillo.

2.Vidrios Potásicos (Silicato de potasio y calcio): Se reemplaza, en el vidrio anterior, el sodio por el potasio. Son más duros que los anteriores, muy brillantes, resisten mejor las variaciones de temperatura y son muy resistentes a la acción del agua y de los ácidos. Ejemplos; son los vidrios de Bohemia, vidrios de óptica (crown), etc.

3.Vidrios Plúmbicos (Silicato de potasio y plomo): En este vidrio se ha reemplazado del anterior el calcio por el plomo. Tienen peso especifico elevado y poseen notable esplendor, son muy transparentes, sonoros y refractan muy bien la luz. Dentro de estos vidrios se encuentra el cristal, el flint-glass empleado en óptica y el strass que sirve para elaborar piedras preciosas artificiales.

4. Vidrios Dóricos: Son vidrios en los que se ha reemplazado partes de sus componentes por anhídrido bórico, dando vidrios duros, resistentes al calor, para laboratorios por su bajo coeficiente de dilatación y debido a su bajo contenido en metales alcalinos y alcalino-térreos. Vidrios clásicos de este tipo son Pixer y Jena.

5. Vidrios de Cuarzo: Son vidrios obtenidos fundiendo sílice o cuarzo purísimo (99,5 % de SiO2) generalmente en hornos eléctricos de resistencia a unos 1800 °C.

También existen dos tipos de vidrios de seguridad:

 1. Vidrio Templado: obtenido en hornos especiales mediante pretensado por calentamiento seguido de enfriamiento brusco de las piezas de vidrio plano cortadas a la forma y el tamaño deseados.

2. Vidrio Laminado: que se forma montando una película de plástico (generalmente polivinil butiral) entre dos hojas delgadas de vidrio plano.

Entre otros vidrios, tales como:

Vidrio dieléctrico: A los materiales  que pueden polarizarse en presencia de un campo eléctrico se les conoce como dieléctricos. Polarizar quiere decir que las moléculas o los átomos se convierten en dipolos, acomodando todas sus cargas negativas hacia un lado y las positivas hacia otro. Los dipolos eléctricos se acomodan en la misma dirección que el campo electrico local que los produce. Son importantes porque una vez formados son capaces de conducir la electricidad, pero antes no. Un vidrio dieléctrico se obtiene a partir de arcillas ricas en plomo y se utiliza para fabricar cintas para los condensadores electrónicos. Estos materiales necesitan una gran resistencia, por lo que se suele utilizar también vidrio de 96% de sílice y cuarzo fundido.

Vidrio Conductor: Para que un vidrio tenga una conductividad eléctrica apreciable, en su elaboración se tiene que elevar la temperatura a 500ºC, o recubrirlo con una película conductora de metales, óxidos alcalinos o aleaciones, en cuyo caso el que conduce es el metal que se le pone y no tanto el vidrio.

Vidrio óptico: La mayoria de los lentes que se usan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico. Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de ma no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas.