Las semejanzas y las diferencias alimentan la mente inquieta, y no solo la de un niño cuyo destino era ser un refugiado de guerra. Mi primer encuentro con la tabla periódica vino a través de una historia de ciencia escondida en las páginas de un libro de cuentos que encontré por ahí escondido en el S.S. Ernie Pyle, el barco de transporte de tropas que nos trajo a los Estados Unidos de América en 1949.
La historia era sobre las semejanzas; invocaba a nada más ni nada menos que al ícono del pensamiento analógico Dmitry Ivanovich Mendeleyev. El silicio estaba debajo del carbono; por supuesto que no podríamos negar el derecho Mendeleyeviano, para darnos todo lo que el carbono nos dio. Era solo cuestión de tiempo. O quizá era cuestión de condiciones ambientales distintas: la vida basada en silicio que existiera en otro planeta, tiene mucho sentido en la ciencia ficción.
Estaba ansioso por aprender inglés, por hablarlo sin acento, de poder ser aceptado; en las diferencias que mejoran la vida, tales como aquellas que existen entre niños y niñas, solo había inquietudes. Terminé con una visión de un Universo, alternativo pero similar.
Pero el silicio es diferente. Sí, uno puede hacer análogos de silicio del hexano y del ciclohexano. Las diferencias surgen primero en la reactividad, luego en la estructura. Entre las más importantes, las insaturaciones se ven muy desfavorecidas para el silicio, tal y como ocurre para otros elementos del grupo principal después del primer periodo. A la distancia normal Si-Si, el enlace pi no es muy eficiente. Por tanto, moléculas con doble o triple enlace poseen orbitales con traslape deficiente. Esto afecta la reactividad hacia bases, ácidos y radicales. Sililenos, SiR2, son muy estables; pero poseen un equilibrio del tipo H2Si=SiH2 « H3Si-SiH que, aunque muy endotérmico para el carbono, es casi termoneutro para silicio, con una muy baja energía de activación. O si queremos algo más sorprendente, le toma menos energía disociar al H2Si=SiH2 en dos sililenos que lo que tomaría romper un enlace simple H3Si-SiH3. Estructuras con números de coordinación de 5 o 6 son también posibles para compuestos neutros de Si.
Las diferencias del silicio son claras por la estructura en equilibrio del Si2H2. En un triunfo de la química computacional, se predijo que el Si2H2 tendría una estructura no clásica bipuenteada, la cual fue confirmada experimentalmente. Las energías de enlace de C-E y Si-E (E = un elemento) son similares (cerca de 50 kJ/mol) para varios elementos. La excepción es Si-O (y Si-F), que son cerca de 100 kJ/mol más fuertes que el C-O. Junto a la infelicidad del Si con insaturaciones, el amor del silicio por el oxígeno conduce a una diferencia asombrosa entre un mundo de enlaces múltiples CO y el universo de los silicatos. Un contraste entre el CO2 gaseoso y el SiO2 sólido.
Pobre del carbono, que apenas tiene polímeros de 2 y 3 dimensiones, en comparación a las arcillas, las micas, las zeolitas, los aerogeles, las amatistas, lapislázulis, asbestos, porcelanas y vidrios, solo por nombrar algunos silicatos. El silicio puede soportar la quiralidad. En su química encontramos hélices. ¿Por qué este elemento ha sido rechazado de la vida, al menos en la bioquímica animal? La abundancia del silicio en la corteza terrestre es solo segunda a la del oxígeno. Elementos menos abundantes como el cobre o el molibdeno han sido elegidos para la vida; uno podría pensar que la evolución natural debería haber seleccionado al silicio.
No es muy justo. El elemento, a través de la sílice, tiene mucha utilidad como material estructural en diatomeas y radiolarios. Un caso típico, la Cyclotella cryptica, es 22 por ciento SiO2 en peso seco. Los silicatos son esenciales para las plantas superiores. La cola de caballo, una planta que alguna vez crecía como árbol, acumula suficiente sílice como la existente en una lija. Hay mucha sílice en el arroz y en los pastos. Pero casi nada en bacterias y animales. Esto es un enigma. Aunque están los defensores de las arcillas, parece que el camino de la vida pasa a través de la variabilidad isomérica y el balanceo metaestable de moléculas pequeñas y algunos polímeros unidimensionales. ¡Pobre del silicio, hábil de isomerismo, pero incapaz de la catenación Si-Si por el seductor enlace con el oxígeno!
Por ello es inesperado (con muy poco de ciencia ficción aquí) nuestro creciente mundo in silico actual. ¡La venganza del silicio! La evolución de la electrónica y las computadoras puede verse como una extensión de la apropiación cultural de aquellos elementos poco aprovechados por la biología: la civilización de los cerámicos y el vidrio.
En la excitación de construir una teoría, en la desesperante y emocionante tarea de intentar entender, la urgencia primordial es la simplificación. No solo en la ciencia, en todo somos reduccionistas. Simplificar los excesos, hacer las cosas similares. Pero la belleza de este mundo se encuentra en las oportunidades y variedades infinitas que, no ser iguales, nos da. Lo mismo para el silicio y el carbono que para las personas.
* Roald Hoffmann es Profesor Emérito del Departamento de Química y posee la cátedra Frank H.T. Rhodes de Letras Humanas en la Universidad de Cornell, Ithaca, Nueva York. Premio Nobel de Química, 1981.
(Traducido por Miguel A. Méndez Rojas, con permiso del autor).