Silicio con estructura bidimensional

Los químicos consiguen realizar por primera vez una síntesis y una caracterización completa

26.07.2021 - Alemania

El silicio, un semimetal, se une en su forma natural con otros cuatro elementos y su estructura tridimensional adopta la forma de un tetraedro. Durante mucho tiempo, parecía imposible lograr la síntesis y caracterización de un equivalente bidimensional, geométricamente hablando, un cuadrado. Ahora, científicos del campo de la química inorgánica de la Universidad de Heidelberg han logrado producir un complejo cristalino con dicha configuración. El Dr. Lutz Greb, del Instituto de Química Inorgánica, subraya que tiene propiedades físicas y químicas sorprendentes y que, en el campo de la química molecular, abrirá nuevos enfoques para utilizar el segundo elemento más abundante de la corteza terrestre en la investigación de catálisis y materiales.

Como semimetal clásico, el silicio posee propiedades tanto de los metales como de los no metales, y pertenece al grupo del carbono en la tabla periódica. Al igual que el carbono, el silicio se une a cuatro elementos. Su estructura tridimensional corresponde entonces a un tetraedro, un cuerpo con cuatro lados. Debido a la gran estabilidad del tetraedro, no se conocen otras estructuras en el silicio natural con cuatro enlaces - silicio(IV) para abreviar. Desde el punto de vista geométrico, el equivalente bidimensional del tetraedro es un cuadrado. Estas configuraciones ya se conocen en el caso del carbono, pero, según el Dr. Greb, en el campo de la química del silicio(IV) aún no se ha producido una estructura cuadrada, incluso después de más de 40 años de intensos esfuerzos.

El grupo de trabajo del Dr. Greb ha conseguido por primera vez sintetizar y caracterizar completamente una especie de silicio(IV) de forma cuadrada. Esto se ha podido demostrar con la ayuda de la cristalografía de rayos X. Los científicos cultivaron un monocristal que irradiaron con un haz de rayos X finamente enfocado. La difracción de los rayos X al encontrarse con los átomos del monocristal dio lugar a un patrón inconfundible a partir del cual es posible calcular la posición de los núcleos de los átomos. Esta medición permitió a los investigadores demostrar que se trataba de moléculas con silicio(IV) de forma cuadrada. Otros estudios con métodos espectroscópicos corroboraron esta configuración. Presenta propiedades físicas y químicas que los investigadores no esperaban, como el color en una clase de sustancias naturalmente incoloras.

"Sintetizar esta configuración a partir de los componentes que elegimos es relativamente sencillo una vez que se han entendido las condiciones clave", explica el Dr. Fabian Ebner, que mientras tanto es investigador postdoctoral en el Instituto de Química Inorgánica. Sin embargo, a los científicos les sorprendió que la molécula de silicio(IV) de forma cuadrada constituyera un compuesto estable y aislable. "Debido a su alta reactividad, hay muchas formas concebibles de descomposición. Aun así, siempre hemos creído que es posible aislar este compuesto", subraya el Dr. Greb.

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