Explicación de los metaloides: Diferencias clave, propiedades y aplicaciones en el mundo real

¿Alguna vez se ha preguntado elementos especiales que hacen funcionar su smartphone o ayudan a los paneles solares a recoger energía del sol? Probablemente metaloides - un grupo único de elementos que se sitúan entre los metales y los no metales en la tabla periódica. En este artículo exploraremos qué hace especiales a los metaloides, en qué se diferencian unos de otros y por qué son importantes en nuestra vida cotidiana.

¿Qué son los metaloides?

Metaloides son elementos que muestran tanto rasgos metálicos y no metálicos. Piense en ellos como los elementos "intermedios". Se sitúan en una línea diagonal de la tabla periódica, entre los metales a la izquierda y los no metales a la derecha.

Estos elementos especiales comparten algunas características clave:

• Pueden conducir parcialmente la electricidad (no tan bien como los metales, pero mejor que los no metales).
• Son sólidos quebradizos a temperatura ambiente
• Su electronegatividad suele oscilar entre 1,8 y 2,2
• Pueden formar aleaciones con metales

Existen 7 metaloides comunes:

1. Boro (B)
2. Silicio (Si)
3. Germanio (Ge)
4. Arsénico (As)
5. Antimonio (Sb)
6. Telurio (Te)
7. Polonio (Po)

Comparación de metaloides: Propiedades y usos

Veamos cada metaloide y lo que lo hace único y útil.

Boro

Boro es un metaloide ligero pero resistente con un punto de fusión muy alto de 2.076°C. No se encuentra libre en la naturaleza, pero suele combinarse con el oxígeno en compuestos como el bórax.

Usos clave:

• Retardantes de llama para tejidos y materiales
• Vidrio borosilicato (como Pyrex) que puedan soportar altas temperaturas
• Escudos neutrónicos en reactores nucleares
• Medicina como antisépticos y suplementos

El mercado mundial del boro mueve unos $2.100 millones, con 80% utilizado en la producción de vidrio y cerámica.

Silicio

Silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, constituyendo alrededor del 27,7% de su peso. Es el metaloide más común y extremadamente importante en la tecnología moderna.

Usos clave:

• Chips de ordenador y dispositivos electrónicos
• Paneles solares que convierten la luz solar en electricidad
• Productos de silicona como sellantes e implantes médicos
• Vidrio producción

El silicio domina 95% del mercado de semiconductoresLa tecnología es uno de los elementos más importantes de nuestro mundo.

Germanio

Germanio es especial porque es transparente a la luz infrarroja sin dejar de ser un semiconductor. Aunque no es común en la corteza terrestre, tiene propiedades ópticas únicas.

Usos clave:

• Cables de fibra óptica que transportan datos de Internet
• Óptica infrarroja para dispositivos de visión nocturna
• Transistores y otros componentes electrónicos

En fibra óptica se utilizan unas 35% de germanio, y se prevé que el mercado alcance los 1.500 millones de euros. $390 millones para 2027.

Arsénico

Arsénico es conocido por ser tóxico, pero tiene usos importantes cuando se manipula con seguridad. Forma aleaciones frágiles y se ha utilizado a lo largo de la historia.

Usos clave:

• Semiconductores (especialmente en los chips de arseniuro de galio)
• Conservantes de la madera (aunque este uso ha disminuido)
• Aleaciones metálicas aumentar la dureza

El mercado mundial del arsénico ha disminuido alrededor de un 70% desde 2000 debido a problemas de toxicidad y a la prohibición de determinados usos.

Antimonio

Antimonio hace que las aleaciones sean más duras y resistentes a la corrosión. Se conoce desde la antigüedad y tiene un aspecto plateado.

Usos clave:

• Retardantes de llama para textiles y plásticos
• Baterías de plomo-ácido para coches
• Peltre y otras aleaciones metálicas

Alrededor de 60% de antimonio se utiliza en retardantes de llama, y está adquiriendo importancia en algunos ánodos de baterías de iones de litio.

Telurio

Telurio es fotoconductor: conduce mejor la electricidad cuando se expone a la luz. Es raro, pero valioso para aplicaciones especializadas.

Usos clave:

• Paneles solares (paneles de teluro de cadmio o CdTe)
• Dispositivos termoeléctricos que convierten el calor en electricidad
• Aleaciones metálicas mejorar la maquinabilidad

El telurio ayuda a aumentar la eficiencia de los paneles solares hasta cerca del 22% en paneles de CdTe. Alrededor de 40% del suministro mundial procede del refinado del cobre.

Polonio

Polonio es radiactivo y extremadamente raro. Fue descubierto por Marie Curie en 1898. Debido a su radiactividad (es unas 250.000 veces más radiactivo que el uranio), tiene usos muy restringidos.

Usos clave:

• Eliminadores de estática en entornos industriales especializados
• Baterías nucleares para aplicaciones espaciales
• Investigación fines

El polonio-210 tiene una vida media de sólo 138 díasy se utilizó históricamente en los vehículos lunares soviéticos para calentarse durante las frías noches lunares.

Principales diferencias

La siguiente tabla muestra las principales propiedades de estos metaloides:

Principales aplicaciones industriales y cotidianas

El valor del mercado mundial de los metaloides demuestra su importancia en la industria:

Electrónica

Silicio es el rey de la electrónica. Más del 95% de todos los dispositivos electrónicos utilizan semiconductores de silicio en sus chips y circuitos. Desde tu smartphone hasta el ordenador de tu coche, el silicio lo hace posible. El germanio se utiliza en transistores especializados y otros componentes electrónicos.

Energía

Telurio es crucial para determinados tipos de paneles solares. Los paneles solares de CdTe producen 75% menos emisiones de carbono que los paneles tradicionales de silicio. Mientras tanto, boro se utiliza en los reactores nucleares como escudo neutrónico, ayudando a controlar las reacciones de forma segura.

Materiales

Antimonio se añade a muchos materiales como retardante de llama. Es posible que los muebles o la ropa de los niños que lleven la etiqueta "ignífugo" contengan compuestos de antimonio. Silicio también se utiliza para crear polímeros de silicona que se encuentran en todo tipo de productos, desde utensilios de cocina hasta implantes médicos.

Medicina

Boro se utilizan en antisépticos y tratamientos para la artritis. Históricamente, el arsénico se utilizaba en medicamentos, aunque hoy en día su uso es muy limitado debido a problemas de toxicidad.

Seguridad y medio ambiente

Aunque los metaloides hacen posible la tecnología moderna, algunos plantean graves problemas de seguridad:

Arsénico es especialmente preocupante, con más de 20.000 muertes anuales por aguas subterráneas contaminadas con arsénico, principalmente en Bangladesh y partes de la India.

Polonio es extremadamente peligroso: sólo un microgramo es una dosis letal para el ser humano. Llamó la atención pública en 2006, cuando se utilizó para envenenar al ex espía ruso Alexander Litvinenko.

Muchos países tienen normativas estrictas sobre el uso de estos elementos en productos de consumo. Por ejemplo, el arsénico está prohibido desde 2003 en la mayoría de los conservantes para madera en entornos residenciales de Estados Unidos.

Estudios de casos reales

Caso práctico 1: Silicio en el chip M1 de Apple

Las propiedades semiconductoras del silicio han revolucionado la informática. El chip M1 de Apple utiliza tecnología de proceso de 5 nanómetros para empaquetar 16.000 millones de transistores en un chip diminuto. Este avanzado dopaje del silicio (adición de pequeñas cantidades de otros elementos) reduce el consumo de energía en 60% al tiempo que duplica la velocidad respecto a generaciones anteriores.

Caso práctico 2: El telurio en los paneles de First Solar

First Solar controla alrededor de 50% del mercado solar de capa fina con sus paneles de CdTe. Estos paneles utilizan telurio para alcanzar índices de eficiencia de 22%, lo que hace que la energía solar sea más asequible. Los paneles de la empresa dejan menos huella de carbono que los tradicionales de silicio.

Caso práctico 3: El boro en la seguridad nuclear

El carburo de boro se utiliza en las barras de control de 100% centrales nucleares comerciales de todo el mundo. Su capacidad para absorber neutrones lo hace esencial para evitar fusiones en situaciones de emergencia. Durante la catástrofe de Fukushima en 2011, se vertió boro en los reactores para ayudar a detener las reacciones nucleares en cadena.

Tendencias futuras en el uso de metaloides

El futuro de los metaloides parece prometedor en varios campos de vanguardia:

Computación cuántica

Tanto el silicio como el germanio se investigan para su uso en bits cuánticos o "qubits". Los puntos cuánticos de silicio pueden constituir la base de futuros ordenadores cuánticos que podrían resolver problemas imposibles para los ordenadores actuales.

Tecnología verde

El telurio sigue siendo importante para la energía solar. Los investigadores trabajan para aumentar la eficiencia de los materiales termoeléctricos que contienen telurio, lo que podría ayudar a recuperar el calor residual de procesos industriales y motores de vehículos.

Avances médicos

La terapia de captura de neutrones de boro (BNCT) resulta prometedora para tratar ciertos tipos de cáncer. Esta técnica utiliza la capacidad del boro de absorber neutrones para dirigirse específicamente a las células cancerosas, reduciendo potencialmente los efectos secundarios en comparación con la radioterapia tradicional.

Conclusión

Los metaloides son elementos realmente especiales que tienden un puente entre los metales y los no metales. Sus propiedades únicas los hacen esenciales para la tecnología moderna, desde el silicio del ordenador hasta el boro de los utensilios de cocina resistentes al calor.

Aunque algunos metaloides presentan problemas de seguridad, sus beneficios han transformado nuestro mundo. A medida que avance la tecnología, estos versátiles elementos seguirán desempeñando papeles cruciales en la electrónica, la energía, la medicina y otros campos.

La próxima vez que utilices tu smartphone o admires una instalación de paneles solares, ¡recuerda a los metaloides que trabajan entre bastidores para hacer posibles estas tecnologías!