Кремний (Si) – роль в организме, симптомы недостатка, источники

Кремний (Silicium, Si) — химический элемент и микроэлемент для организма человека, без которого некоторые формы жизни, такие как губки и диатомовые водоросли, вообще не могут существовать, ведь кремний — один из важнейших строительных блоков костной ткани. Да, мы привыкли думать о костях как о «кальции», но это, наверное, просто реклама знаний, так как для формирования и роста костей необходимо много разных веществ, и кремний — одно из них.

Кроме того, кремний играет важную роль в поддержании здоровья кожи, волос и ногтей. По этой причине дефицит кремния в организме человека проявляется прежде всего сухостью и секущимися волосами, повышенной ломкостью ногтей, дряблостью кожи и склонностью к ломкости. Si также увеличивает гибкость и прочность кровеносных сосудов, сводя к минимуму развитие сердечно-сосудистых заболеваний.

Для многих наиболее известным применением кремния является производство микрочипов — процессоров, чипсетов и других радиодеталей. На самом деле так называемая центр компьютерных разработок расположен в одноименном месте – Силиконовой долине (Калифорния, США).

В природе кремний чаще всего встречается в виде диоксида кремния (SiO2), который при соединении с другими минералами образует соединения, называемые «кремнеземом» или «силикатами». Кремнезем, в свою очередь, может быть строительным материалом для кремнезема, кварца, полевого шпата и других. В очень редких случаях ученым встречались небольшие экземпляры чистого кремнезема.

Кремень и кремень — это не одно и то же, и их не следует путать. Кремень — это камень, горная порода, которая содержит диоксид кремния (SiO2) и может содержать другие химические элементы, такие как кальций, медь, марганец, фосфор, цинк, стронций и другие. Таким образом, кремень — это камень, состоящий из различных элементов, а кремний — это химический элемент. Это может показаться мелочью, но разница существенна.

Еще одним интересным фактом является количество Si на Земле! Вдумайтесь, количество кремния в земной коре (кларке) по разным данным колеблется от 27,6% до 29,5% от общей массы! 1 В итоге получается, что на Земле больше только кислорода (О), а Si сразу за ним. Только в морской воде этот химический элемент находится в пределах 3 мг на 1 л.

В природе самородный кремний представляет собой непрозрачный неметалл темно-серого цвета с металлическим блеском.

Его название, кремний, происходит от латинского слова «silex», что означает скала, скала. С другой стороны, русский термин кремний был получен в 1834 году русским химиком Германом Гессом от старославянского слова, обозначающего твердый камень, кремень.

История – краткая справка

В 1810 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус сообщил о существовании нового элемента, еще не описанного наукой, но в 1823 году ему удалось выделить Si в чистом виде. Затем Si получали нагреванием хлорида калия и фторида кремния при высоких температурах. В то время он также назывался «Силиций».

Несколькими годами ранее, в 1811 году, два французских ученых по имени Луи Жак Тенар и Жозеф Луи Гей Люссак выделили чистый кремний.

Общие данные

Место в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — 3-й период, 3-я строка, 4-я группа, в новой версии таблицы — 14-я группа, 3-й период.

• Атомный номер — 14
• Атомный вес — 28,086 а.е. м.
• Электронная конфигурация — [Ne] 3s2 3p2
• Температура плавления (°С) — 1414,85 (1688 К)
• Температура кипения (°С) — 2349,85 (2623 К).
• КАС: 7440-21-3.

Физические и химические свойства. Физические и химические свойства кремния зависят от его формы.

Кристаллический кремний представляет собой хрупкое, но очень твердое кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим свечением.

Аморфный кремний представляет собой порошок и имеет коричневатый цвет.

Кремний становится пластичным под воздействием высокой температуры (от 800°С). Несмотря на отсутствие прозрачности, он комфортно пропускает инфракрасные лучи с длиной волны 1,1 микрометра и более.

Химически Si является малоактивным элементом. При температуре 21-24°С реагирует с фтором (F) с образованием летучего тетрафторида кремния SiF4. При более высоких температурах, от 400 до 500 °C, он реагирует с кислородом (O) с образованием диоксида кремния, а также с бромом (Br), хлором (Cl) и йодом (I) с образованием летучих соединений тетрагалогенкремния (SiHal4). При 1000 °С реагирует с азотом с образованием нитрида азота Si3N4 или боридов (SiB3, SiB6, SiB12) при контакте с бором. Однако кремний не реагирует с водородом.

Si растворяется в горячих щелочных растворах.

Биологическая роль и функции кремния в организме

Для чего организму нужен кремний? Как мы упоминали в начале этой статьи, Si играет важную роль в создании и поддержании здоровья костей, кожи, волос, ногтей и кровеносных сосудов.

Количество кремния в костной ткани среднего взрослого человека составляет 17⋅10-4%, в мышечной ткани (1-2)⋅10-2%, в крови 3,9 мг/л, а также в гипофизе щитовидная железа, надпочечники, ногти и волосы.

Щитовидная железа, надпочечники и гипофиз содержат больше всего кремния в нашем организме. Наибольшая его концентрация содержится в волосах и ногтях.

Кремний выполняет и множество других полезных функций, среди которых:

• Он делает кости толще, что особенно важно для женщин в период менопаузы, когда снижается выработка определенных гормонов и возникает риск развития остеопороза (процесс, при котором плотность костей снижается). Поэтому принимать кремниевые добавки рекомендуется людям, у которых уже диагностирован остеопороз.
• Ускоряет процесс заживления и восстановления организма после хирургического лечения костей – после переломов и других оперативных вмешательств.
• Кремний является одним из важнейших строительных блоков коллагена и как компонент белков соединительной ткани участвует в процессе соединения отдельных волокон коллагена с эластином, благодаря чему соединительная ткань становится более жесткой и прочной.
• В составе эластина повышает гибкость и прочность сосудов, препятствуя тем самым проникновению жира в кровь и образованию атеросклеротических отложений и сопутствующих заболеваний (инфаркт, инсульт, порок сердца, тромбофлебит и др.)
• Принимает участие в укреплении хрящей, связок и сухожилий.
• Он регулирует иммунную систему и, таким образом, сводит к минимуму риск инфекционных заболеваний.
• Поддерживает здоровье кожи и помогает бороться с дерматитами, дерматозами и другими воспалительными заболеваниями кожи.
• Укрепляет волосы, предотвращает их ломкость и выпадение, стимулирует рост волос.
• За счет образования с водой и кремниевой кислотой электрических коллоидных систем Si способствует связыванию возбудителей (вирусов, бактерий) и удалению их из внутренней среды, т.е. действует примерно как сорбент.
• Принимает участие в обмене магния, калия, фтора, алюминия и других макроэлементов.
• Участвует в синтезе различных гормонов, аминокислот и ферментов.
• Предотвращает преждевременное старение.
• Повышает антиоксидантную активность витаминов А, С и Е и таким образом предотвращает развитие рака.
• Находясь в воде, кремний адсорбирует радионуклиды, способствует осаждению тяжелых металлов и уничтожает бактерии, вызывающие гниение в воде. Благодаря этим свойствам этот минерал используется в водоподготовке, а Si даже используется для придания воде более приятных вкусовых качеств.

Применение кремния в других сферах человеческой жизни

• Кремний в основном используется в качестве полупроводника в производстве электроники, особенно микропроцессоров, транзисторов, диодов, солнечных панелей и т. д.
• В металлургии успешно применяется в качестве дополнительного материала в сплавах меди, алюминия, магния и других металлов, придающего сплавам большую прочность.
• Его добавляют в производстве кремнийорганических соединений – для производства пластмасс, синтетического каучука, технических силикатных смазок и масел.
• Он также используется в производстве неорганических материалов, таких как керамика, стекло, изоляция и пьезокристаллы.
• В медицинской практике применяется при лечении остеопороза.

Кремний — суточная потребность

Суточная потребность в кремнии у среднего взрослого человека составляет 5 мг 2 . Максимальная суточная доза в Si составляет 10 мг. Хотя в некоторых источниках говорится, что суточная доза кремния должна составлять от 20 до 50 мг.

Суточная доза кремния увеличивается при беременности, в пременопаузе, после хирургических вмешательств, в случае переломов, при больших физических нагрузках на организм.

Терапевтическая доза кремния составляет до 12 мг в сутки 3.

Нехватка кремния — симптомы

Дефицит Si может вызвать следующие нарушения в организме:

• Вялая и сухая кожа, а также склонность к рецидивирующим кожным заболеваниям – экземам, дерматитам, дерматозам, кератозу и другим. Раны заживают медленнее;
• Волосы становятся тусклыми, секутся и выпадают в повышенном количестве;
• Ногти также становятся ломкими, иногда ломаются;
• Со временем появляется остеомаляция (размягчение костей), остеопороз, артрит и склонность к переломам;
• Развивается ряд стоматологических заболеваний – кариес, заболевания пародонта;
• Развивается ряд заболеваний сердца и сосудов – артериальная гипертензия (гипертоническая болезнь), атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, тромбофлебит, варикозное расширение вен, предрасположенность к инфаркту и инсульту;
• Снижение аппетита;
• Повышенная утомляемость, периодическая слабость и апатия;
• Склонность к инфекционным заболеваниям;
• Задержка роста ребенка;
• стерильность;
• Сосуды теряют эластичность, что вызывает посинение кожи с мелкими синяками, а также периодическое образование сосудистых «звездочек».
• Также существует связь между дефицитом кремния и следующими заболеваниями: катаракта, диабет, дисбактериоз, гепатит, холецистолитиаз (СГБ) и камни в почках (эритроциты), злокачественные опухоли (рак).

Причины нехватки Si

• Недостаточное поступление микронутриентов из-за нерационального питания, жестких и несбалансированных диет, голодания;
• Употребление малопитательной пищи – нездоровой и нездоровой пищи;
• Злоупотребление алкогольными напитками;
• Инвазии глистов и других паразитов.

Применение кремния в медицине

Кремний можно использовать в следующих случаях:

• реконвалесценция после оперативного лечения;
• Профилактика остеопороза;
• Восстановление здоровых волос, ногтей и кожи.

Избыток кремния

Также возможна передозировка этого полезного микроэлемента.

Отравление кремнеземом сопровождается следующими симптомами:

• Учащенное мочеиспускание, что приводит к повышенному вымыванию кальция из организма и, как следствие, делает кости более хрупкими;
• Камнеобразование в желчном пузыре, мочевом пузыре и почках, вызывающее периодические боли при мочеиспускании;
• Внезапное падение уровня сахара в крови, вызванное сахарным диабетом;
• Повышенный уровень сахара в крови.

Причины переизбытка Si в организме

Злоупотребление препаратами, содержащими этот химический элемент;

Работа на кремневом заводе — кремнийсодержащие частицы пыли попадают на слизистые оболочки органов дыхания и желудочно-кишечного тракта, вызывая воспаление в месте отложения, а также развитие силикоза.

Источники кремния

Какие продукты содержат больше всего кремния?

Растительные и животные источники (мг на 100 г): рис (1240), овес (1000), просо (754), ячменная крупа (600), семена кунжута (200), соя (177), гречка (120), клубника ( 100), ананас (94), фасоль (92), репа (90), жимолость (90), горох (84), дыня (81), чечевица (80), свекла (80), банан (75), авокадо ( 65), кукуруза (60), грецкий орех (58), белокочанная капуста (55), огурец (50), картофель (50), фисташки (50), пшеница (48), свежий инжир (48), вишня (46), овсянка (43), шпинат (42), малина (40), редис (40), редька (30), петрушка (30), сельдерей (29), морковь (25), перец (22), черника (20), виноград (12), персики (10), помидоры (10), апельсины (6), груши (6), абрикосы (6), сливы (4), хвощ (2,5).

Дополнительным источником Si могут быть минеральные воды.

Химические источники (Si): «Кремний актив» (таблетки), комплекс МСМ в пищевых добавках.

Синтез в организме: Не синтезируется.

Взаимодействие кремния с другими веществами

• Усиливает антиоксидантное действие витаминов А, Е и С;
• Улучшает усвоение следующих макроэлементов и микроэлементов – кальция, калия, магния, натрия, фосфора, фтора и серы;
• Это антагонист молибдена, так что при их одновременном использовании активность обоих снижается.Кроме того, прием более высоких доз молибдена снижает абсорбцию кремния;
• При взаимодействии с алюминием и марганцем образует нерастворимые силикаты, способные откладываться в организме;
• Нейтрализует вредное воздействие на организм нитратов, солей свинца, хлора, ртути и других тяжелых металлов.

Видео

Обсудить S и другие минералы на форуме…

Источники:

1. «Распространенность химических элементов в земной коре: новая таблица».Автор: Тейлор С. Р., Журнал геохимии и космохимии, 29, том 8, 1964, стр. 1273-1285.

2. Методические рекомендации Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 02.07.2004 № 2.3.1.1915-04.

3. «Силикон Актив — инструкция по применению.