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EL SILICIO, FUNDAMENTO DE LA CORTEZA TERRESTRE

En una de las baladas del poeta ruso del siglo XVIII Zhukovski se cuenta cómo cierto extranjero, al arribar a Amsterdam, preguntaba a los transeúntes a quién pertenecían las tiendas, casas, embarcaciones y haciendas, y todas sus preguntas recibían la misma contestación: "lk kann niet verstaan". "¡Qué hombre más rico!", pensaba el extranjero, envidiándole y sin adivinar que esto significaba en holandés, "no comprendo".

Esta historia me acude a la memoria siempre que se habla del cuarzo. Me muestran los objetos más diversos: una bola transparente, que brilla en los rayos del sol como agua fría de manantial, el bello y abigarrado dibujo del ágata, el vivo y rico juego de colores del ópalo, la arena pura en la orilla del mar, un filamento de cuarzo fundido fino como la seda o utensilios termoestables, elaborados de este material, pedazos amontonados de cristal de roca con sus lindas facetas, el fantástico jaspe de dibujo misterioso, un árbol petrificado convertido en sílice, la punta de flecha groseramente elaborada del hombre primitivo; y a cualquiera de mis preguntas se contesta: todo esto está constituido de cuarzo y minerales similares a él por su composición. Todo esto es una misma combinación química de los elementos silicio y oxígeno.

El silicio tiene el símbolo químico convencional Si . Es, después del oxígeno, el elemento más difundido en la naturaleza. No se encuentra jamás en estado libre, sino que siempre forma la combinación con el oxígeno: SiO ₂ , que se denomina sílice, ácido silícico o bien óxido de silicio.

Por la palabra "silicio" frecuentemente recordamos, antes que nada, la sílice o pedernal, que muchos conocen bien aún desde la infancia: piedra dura que da chispas al chocar con el acero, empleada por el hombre primitivo para obtener fuego y, más tarde, para encender la pólvora en los fusiles de pedernal. Sin embargo, el mineral sílice no es el silicio de los químicos, sino una, y no la más importante, de sus combinaciones. El silicio es un notable elemento químico, cuyos átomos se hallan ampliamente difundidos a nuestro alrededor, en la naturaleza y en la técnica.

En el granito hay un 80% de sílice, o sea, un 40% del elemento silicio. Sus compuestos entran en la composición de la mayoría de las rocas duras. El pórfido del Mausoleo de Lenin en la Plaza Roja, los bellos granitos de la fachada del hotel "Moscú" y las refulgentes manchas azul-marino de labradorita en los fundamentos de las casas de la calle Dzerzhinski en Moscú, en una palabra, todas las rocas duras y consistentes de la tierra contienen más de un tercio de silicio.

El silicio es el componente principal de la arcilla común. De él se forma en lo fundamental la arena de las riberas fluviales, los asperones y las pizarras. Por esto, no es extraño que cerca del 30% del peso de toda nuestra corteza terrestre esté constituido por este elemento y que, hasta una profundidad de 16 kilómetros, cerca del 65% corresponde a su principal combinación con el oxígeno, que los químicos denominan sílice, SiO ₂ , y que nosotros llamamos más que nada cuarzo. Se conocen más de doscientas variedades de la sílice natural y más de cien denominaciones emplean los mineralogistas y geólogos al enumerar las distintas clases de este importantísimo mineral.

Nosotros hablamos del óxido de silicio cuando nombramos la sílice, el cuarzo y el cristal de roca; hablamos de él, extasiándonos ante la hermosura de la avioletada amatista, el ópalo abigarrado, la roja cornalina, el ónice negro o el calcedonio de color gris. A él se refieren las bellas modalidades del jaspe, la piedra de afilar y la simple arena. Las denominaciones más diversas se dan a sus distintas variedades y, posiblemente, se necesita toda una ciencia para poder estudiar las numerosas combinaciones de este admirable elemento.

Figura 10.1 Drusa de cristal de roca, la variedad más pura y transparente del cuarzo

Pero en la naturaleza hay un número todavía mayor de combinaciones en las que nuestra sílice o ácido silícico se asocia Con óxidos de otros metales. En este caso se obtienen miles de nuevas especies de minerales, denominados silicatos.

El hombre los emplea en la técnica y la construcción; sus principales variedades, la arcilla y el feldespato, se utilizan para obtener vidrio, porcelana y loza, fundiendo el cristal para ventanas y el cristal de roca para vasos, creando la fuerza magna de la técnica de la construcción: el hormigón, sólido como una coraza, uno de los materiales básicos para el asiento de nuevas autopistas, puentes y armazones de hormigón armado de las fábricas, teatros, casas, etc.

¿Qué puede compararse, en manos del hombre, por su solidez y variedad de propiedades con la sílice y sus combinaciones?

Antes de que el ingenio del hombre aprendiese a utilizar el óxido de silicio en su técnica, la naturaleza ya lo empleaba ampliamente en la vida de las plantas y los animales.

Figura 10.2 Columnas naturales de basalto (aislación de rocas volcánicas). Región de Bovno, RSS de Ucrania

Allí donde hizo falta construir un tallo fuerte, una sólida paja de espiga, se concentraba un contenido elevado de sílice; y nosotros sabemos la gran cantidad que de él existe en la ceniza de la paja y, sobre todo, en los tallos consistentes de plantas como la "cola de caballo", que crecieron en las lejanas épocas geológicas de la formación del carbón de piedra, estirándose desde las depresiones pantanosas hasta alturas de decenas de metros, tal como hoy, abundantes de silicio, se elevan hacia el cielo los troncos de bambú en los jardines de Sujumi o Batumi.

Figura 10.3 Radiolarios. De los orificios en su bello esqueleto silíceo sobresalen numerosos seudópodos radiales de materia viva

En estas plantas, la naturaleza supo coordinar la ley de estabilidad mecánica con la solidez del propio material.

Pero la firmeza del tallo tiene una enorme importancia práctica no sólo para las espigas de los cereales, para no dejar que el trigal se tumbe bajo los golpes del viento o la lluvia, sino también para otras suertes de plantas.

Cada día se transportan en avión flores y plantas decorativas; y para que estas flores no se ajen y sus tallos se mantengan firmes, es necesario abonar en abundancia el terreno en que crecen con sales fácilmente solubles de silicio. Las plantas asimilan la sílice con el agua y sus tallos adquieren dureza y solidez.

Y no sólo para los tallos de las plantas es precisa la firmeza del silicio y sus combinaciones. Las plantas más diminutas, las algas diatomeas, construyen su esqueleto de sílice. Sabemos ahora que en 1 centímetro cúbico de roca, formada a base de los caparazones de estas algas, hay cerca de 5.090.000 de estos pequeños organismos.

Pero son sobre todo admirables las construcciones en que los animales emplean la sílice para formar su esqueleto. En diferentes épocas del desarrollo de la vida, los animales resolvieron de modo distinto esta cuestión de la solidez. En unos casos defendían su cuerpo por fuera con conchas calcáreas, en otros construían estas conchas con fosfato de calcio, otras veces, en lugar de caparazón, el fundamento del animal lo formaba un esqueleto consistente, constituido por los más diversos y sólidos materiales. Eran éstos, bien fosfatos de calcio, análogos a las substancias de que se forman nuestros huesos, o bien finas agujas de calado, de sulfatos de bario y estroncio; finalmente, algunos grupos de animales utilizaron el duro pedernal para construir con él su edificio. Así construyeron los radiolarios sus delicados y peculiares esqueletos de finas espículas silíceas.

Algunas esponjas también hacen sus partes duras con espículas silíceas.

De cientos de modos distintos se ingenia la naturaleza para emplear la sílice, creando con ella un apoyo fuerte para las células blandas y mutables.

Los hombres de ciencia intentaron los últimos años comprender ¿dónde radica el secreto de la asombrosa solidez que transmite el silicio a los esqueletos de animales y vegetales, a millares de rocas y minerales, a las más finas labores de la técnica y la industria?

Figura 10.4 Esqueleto silíceo de una esponja "vítrea". Longitud, cerca de 50 cm

Cuando los ojos de los roentgenólogos penetraron en el fondo de estas combinaciones silíceas, se descubrieron cuadros admirables que aclararon la causa de su firmeza y el enigma de su estructura.

Resulta que el silicio se encuentra en ellas en forma de pequeñísimos átomos dotados de carga eléctrica, iones de ínfima magnitud, dos veces y media menores que una cienmillonésima de centímetro. Estas pequeñas bonitas cargadas eléctricamente se unen a otras análogas dé mayores dimensiones, también cargadas, de oxígeno. Como resultado, alrededor de cada una de ellas se aprietan estrechamente cuatro bolitas de oxígeno, tocándose unas a otras, y se obtiene una figura geométrica determinada, que llamamos tetraedro.

Estos tetraedros se unen entre sí según leyes diversas y de ellos crecen edificaciones grandes y complicadas, muy difíciles de aplastar o doblar y en las que es muy difícil arrancar los átomos de oxígeno del átomo central de silicio.

La ciencia actual ha aclarado que son posibles miles de tales combinaciones entre tetraedros.

A veces se intercalan entre ellos otras partículas cargadas; en algunos casos nuestros tetraedros se reúnen en forma de alineaciones y capas aisladas, constituyendo la arcilla y el talco; pero siempre y por doquier la base de su estructura es una asociación de tetraedros.

Figura 10.5 Distribución de los átomos de silicio (círculos blancos) y de oxígeno (círculos negros) en el cristal de cuarzo. Los átomos de oxígeno se unen siempre a dos átomos de silicio. Estructura de carcasa.

Y de manera análoga a como en la Química Orgánica el carbono y el hidrógeno forman cientos de miles de combinaciones, en la Química Inorgánica el silicio y el oxígeno originan miles de construcciones, cuya compleja estructura interna ha sido descubierta por los rayos Roentgen.

La sílice no sólo es difícil de destruir, por medios mecánicos, no sólo es tan dura que no puede cortarse con un cuchillo de acero afilado; químicamente también es muy estable, ya que ningún ácido, a excepción del fluorhídrico, la ataca ni la disuelve, y sólo los álcalis fuertes la disuelven débilmente ¹ , transformándola en nuevas combinaciones. Se funde con mucha dificultad y sólo a 1600 – 1700°C comienza a pasar al estado líquido.

De este modo, no es sorprendente que la sílice y sus numerosas combinaciones sean la base de la naturaleza inorgánica. En nuestro tiempo ha surgido toda una ciencia sobre la Química del silicio y todos los caminos de la Geología, Mineralogía, Técnica y Construcción se entrelazan a cada paso con la historia de este elemento.

Examinemos ahora, a base de algunos ejemplos aislados, el destino que cumple el silicio en la corteza terrestre. Junto con los metales, forma la base de los magmas fundidos en las zonas profundas de la corteza terrestre.

Cuando esta masa magmática fundida se enfría en las profundidades, forma rocas cristalinas: granito, gabro; o se derrama por la superficie en forma de torrentes de lava, en forma de basalto y otras rocas, originándose complejas combinaciones de sílice: los silicatos. Si existe un exceso de silicio aparece el cuarzo puro.

He aquí los pequeños cristales de cuarzo en los pórfidos graníticos o los espesos cristales de roca ahumados en las vetas pegmatíticas, las cuales constituyen los últimos restos de los procesos de fusión que tuvieron lugar en las entrañas de la Tierra. Cociendo con cuidado un trocito de "topacio ahumado" ² o calentándole hasta 300-400', se obtiene "topacio dorado" que pasa al tallado para convertirse en alfileres de pecho y cuentas para collares.

He aquí unas vetas repletas de cuarzo blanco. Sabemos que algunas de ellas se extienden centenares de kilómetros. Grandiosas vetas de cuarzo se elevan como faros en las laderas de los Urales. Hay allí, a lo largo de cientos de kilómetros, vetas con huecos llenos de cristal de roca transparente. Estas son aquellas variedades transparentes del cuarzo sobre las que escribió el filósofo griego Aristóteles, dándoles la denominación de "cristal" y atribuyendo el origen del cristal de roca al hielo petrificado. Este es el cristal de roca que ya en el siglo XVI I se extraía de los "sótanos" naturales de los Alpes suizos, su cantidad en determinados lugares alcanzó hasta 500 toneladas, es decir, 30 vagones, cargados de cristal de roca.

Algunos cristales poseen a veces proporciones grandiosas. En Madagascar fue hallado un trozo de cristal de roca de 8 metros de circunferencia. Los japoneses tallaron con cristal de roca de Birmania una esfera enorme, de más de un metro de diámetro, que pesaba cerca de tonelada y media.

Otra variedad de la sílice, absolutamente distinta por su aspecto exterior a aquella de que hace poco hablábamos, se separa de la lava derretida cuando los vapores calientes, saturados de sílice, depositan en ciertas vetas o huecos gaseosos masas enormes de nódulos y geodas silíceas. Y cuando comienza la destrucción de las rocas, convirtiéndose en masas arcillosas disgregadas, se separan de ellas enormes bolas de hasta 1 metro de diámetro.

En el Estado de Oregón, en los EE.UU., se les conoce con el nombre de "huevos gigantescos". Se parten en pedazos y, después, se cortan en Placas delgadas que se emplean para la obtención, de los magníficos ágatas laminares, materia prima para la fabricación de "rubíes" de reloj y de otros instrumentos de precisión, prismas de balanzas y morteros para los laboratorios químicos.

Figura 10.6 Restos de filones de cuarzo conservados como las partes más consistentes de la corteza terrestre frente a la acción destructora del viento y otros agentes atmosféricos. Altura: 30 metros.

A veces, aún después de terminar la actividad volcánica, debido a la existencia de masas eruptivas en estado de enfriamiento, la sílice emerge en surtidores termales a la superficie de la tierra. Tal es, por ejemplo, el origen de los sedimentos de "ópalo innoble" depositados por los géisers en Islandia y en el Parque Nacional de Yellowstone, en los EE.UU.

Observemos la arena, blanca como la nieve, de las costas del Báltico Y los mares del Norte, los millones de kilómetros cuadrados de desiertos arenosos del Asia Central y Kazajstán; la arena es precisamente la que determina la naturaleza de las costas marítimas y de los desiertos; polvo de cuarzo, bien recubierto con la patina rojiza de los óxidos de hierro, bien con predominio de sílex negro o blanco puro, lavado por las ondas marinas.

He aquí elegantes artículos de cristal de roca. El habilidoso artífice chino, con ayuda de distintos rascadores y polvos de esmeril, creó fantásticos objetos de cristal de cuarzo.

¿Cuántas decenas de años empleó en tallar un jarrito de cristal de roca, en hacer un monstruoso dragón o modelar un pequeño frasquito para el aceite de rosas?

He aquí una lámina de ágata, coloreada con tonos diversos. El hombre ingenioso aprendió a teñirla impregnándola con distintas soluciones, y del ágata gris y opalino obtiene láminas lisas y brillantes, vivamente coloreadas.

Ante nosotros un cuadro aún más admirable: antiguos bosques enteros de árboles petrificados en Arizona; pétreos troncos de pura sílice, de ágata, en las regiones occidentales de Ucrania y también entre los estratos de los depósitos sedimentarios de Perm en la vertiente occidental de los Urales meridionales.

He aquí la piedra tornasolada, centelleante, que recuerda el "fuego" del ojo de gato o de tigre. He aquí cristales enigmáticos en cuyo interior, "como una visión", parecen transparentarse otros cristales del propio cuarzo. Y las afiladas agujas rojo-amarillentas del mineral rutilo, que atraviesan interiormente en distintas direcciones los cristales de roca: las "flechas de amor". He aquí un fino fieltro dorado: "cabellos de Venus". Y una maravillosa piedra, hueca por dentro, casi del todo llena de agua: el agua tornasoles, reflejando todos los colores del arco iris, en el interior de la cáscara silícica.

He aquí un cuerpo tubular de estructura extraordinariamente sinuosa; esto es el resultado de la acción del rayo sobre la arena de cuarzo, figuritas derretidas, "flechas del cielo" o "flechas del trueno", como les llama con frecuencia el pueblo. Y piedras procedentes del cielo, peculiares meteoritos, ricos en sílice, de vidrio verde o pardo, se encuentran en ciertos lugares del enorme cinturón que se extiende a través de Australia, Indochina y Filipinas.

Figura 10.7 Los sedimentos de geiserita, ópalo "innoble", forman terrazas de toba silícea

¡Cuántas controversias surgieron acerca de estas enigmáticas formaciones! Unos las consideraban como restos del vidrio fundido por el hombre antiguo; otros pensaban que eran partículas derretidas del polvo terrestre; otros las creían producto de la fundición de las arenas, cuando cayeron sobre ellas masas de hierro meteórico; pero la mayoría de los científicos opinan que son verdaderas partículas de otros mundos.

Figura 10.8 Arena marina de diminutos granos cristalinos de cuarzo. La más pura va a la preparación de vidrio de cuarzo

Podría dar fin con esto a la historia del cuarzo, si no fuera porque deseo relatarles, además, la enorme significación que tuvo el cuarzo en la historia de la civilización y la técnica. No en vano el hombre primitivo hizo sus primeras armas de pedernal o de jaspe. No en vano los primeros adornos en las antiquísimas construcciones de Egipto, en las ruinas de la época de la civilización sumeria de Mesopotamia, fueron hechos precisamente de cuarzo.

No en balde, doce siglos antes de nuestra era, aprendieron en Oriente a fundir la arena con sosa y obtener vidrio. El cristal de roca encontró la más amplia aplicación entre los persas, árabes, indios y egipcios; y poseemos datos de que la elaboración del cuarzo existía ya hace cinco mil quinientos años. En el transcurso de muchos siglos los antiguos griegos consideraron el cristal de roca como hielo petrificado, convertido en piedra por la voluntad de fuerzas divinas.

Figura 10.9 Arañas de cristal de roca en la Filarmónica de Leningrado

Existen muchas historias fantásticas acerca de este mineral. En las leyendas bíblicas se le concedía un significado inmenso. En la construcción del célebre templo de Salomón, en Jerusalén, este mineral representó un papel enorme bajo denominaciones distintas: ágata, amatista, calcedonio, ónice, etc.

A mediados del siglo XV se creó la primera industria para la elaboración de esta piedra. Aprendieron a cortar, pulir, colorear y emplearla extensamente como adorno. Pero esto fueron intentos aislados, artesanos, que no poseían carácter masivo, hasta tanto que la nueva técnica no planteó exigencias más amplias. En la actualidad el cristal de roca se utiliza en gran escala en la industria y la radiotecnia, donde, con ayuda de las láminas de piezo-cuarzo, se captan las ondas ultrasonoras, transformándolas en vibraciones eléctricas. El cristal de roca se convirtió en una de las principales materias primas de nuestra industria.

Y en lugar de la flauta tallada de cristal de roca (Museo del Arte, en Viena) y el samovar transparente (La Armería, en Moscú), vinieron las pequeñas láminas de cuarzo para la radio, que facilitan el progreso de uno de los mayores descubrimientos de la humanidad: la transmisión de ondas electromagnéticas a grandes distancias.

Pero pronto el cuarzo, cristal de roca puro, va a ser hecho por los químicos. En grandes balones llenos de vidrio líquido, a altas temperaturas y bajo grandes presiones, crecerán aplicados sobre finos alambres de plata, cristales de cuarzo, puras y pequeñas láminas para la radio y, tal vez, para los cristales de nuestras ventanas y nuestra vajilla.

Y los vivificadores rayos ultravioletas del sol, que son retenidos por el cristal corriente, penetrarán en nuestra habitación.

Aparecerá vajilla de cuarzo fundido y se podrán sumergir, sin temor alguno, en agua fría las tazas de cuarzo caldeadas en el fogón. De finísimos hilos de cuarzo, tan delgados que es necesario juntar quinientos para obtener el grosor de una cerilla, serán hilados delicadísimos tejidos, y la sílice será, no sólo el material constitutivo del esqueleto de los diminutos radiolarios, sino que también la empleará el hombre para sus vestidos; ella "vestirá" al hombre con sus agujas y sus hilos...

Figura 10.10 ¡Todo está hecho de cristal de cuarzo!

El cristal de roca se ha convertido en el fundamento de la nueva técnica; no sólo lo utiliza el geoquímico como termómetro para determinar las temperaturas de los procesos terráqueos ³ ; no sólo el físico establece con ayuda del cuarzo la longitud de las ondas electromagnéticas; el cuarzo abre nuevas y seductoras perspectivas a diversas ramas de la industria. Y pronto penetrará en todos los menesteres de nuestra vida.

Cuanto más tenazmente dominen los químicos y los físicos los átomos de silicio, tanto más pronto escribirán en la historia de la Ciencia y la Técnica, así como en la historia de la Tierra misma, una de las páginas más admirables. A esto ya se ha dado comienzo. Los científicos han creado polímeros semiorgánicos (siliconas), en los que el silicio ha venido a sustituir al carbono en los compuestos orgánicos, los cuales resisten con facilidad las altas temperaturas. Estos compuestos se utilizan en los lubricantes para motores rápidos y en calidad de materiales aislantes. En las naves cósmicas y en los cohetes dirigidos a otros planetas se han instalado pilas solares fabricadas de silicio superpuro.

¹ La sílice se funde fácilmente mezclándola con sosa. En este proceso el anhídrido carbónico de la sosa se desprende con gran intensidad y se forma una bola transparente de silicato sódico, soluble en agua. Por esto lo denominamos "cristal soluble".
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² Este nombre no es exacto, pues el "topacio ahumado" es simplemente cuarzo, SiO ₂ y no verdadero topacio, cuya composición es más compleja; en ella entran silicio, aluminio, flúor y oxígeno, Al ₂ F ₂ (Si0 ₄ )
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³ Si el cristal de roca se cristaliza a temperatura superior a 573', se obtienen cristales de aspecto peculiar, en forma de pirámides hexagonales. Si la cristalización se verifica a temperaturas inferiores a 573°C, sus cristales son distintos, tienen forma alargada longitudinalmente, a manera de prisma hexagonal.
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