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

Кремний (Silicium, Si) – химический элемент и микроэлемент для человеческого организма, без которого некоторые формы жизни, например, губки и диатомеи вообще не могут существовать, ведь именно кремний является одним из важнейших строительных элементов костной ткани. Да-да, мы привыкли, что кости – это «кальций«, но это скорее всего знания из рекламы, т.к. для формирования и развития костей необходимо множество разных веществ, и кремний – один из них.

Кроме того, кремний играет важную роль в поддержании здоровья кожи, волос и ногтей. За счет этого, недостаток кремния в организме человека проявляется, главным образом, сухими и секущимися волосами, повышенной ломкостью ногтей, дряблой кожей и склонностью к переломам. А еще, Si повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, чем минимизирует развитие сердечно-сосудистых болезней.

Наиболее же известным для многих людей применением кремния является производство микрочипов – процессоров, чипсетов и прочих радиодеталей. Собственно, и сам научный т.н. центр по компьютерным разработкам находится в одноименной точке – «Кремниевая долина» (Калифорния, США).

В природе, кремний чаще всего встречается в форме диоксида кремния (SiO2), который в сочетании с другими минералами образовывает соединения под названием – «кремнезём» или «силикаты». Кремнезём же может быть строительным материалом для кремня, кварца, полевого шпата и прочих. В очень редких случаях в руки ученым попадались небольшие экземпляры чистого кремния.

Обратите внимание, что кремний и кремень – разные понятия, которые не стоит путать. Кремень является камнем, горной породой, в составе которого присутствует диоксид кремния (SiO2) и могут присутствовать другие химические элементы – кальций, медь, марганец, фосфор, цинк, стронций и прочие. Таким образом, кремень – это камень, состоящий из разных элементов, а кремний – химический элемент. Вроде звучит банально, но отличие важное.

Еще интересным фактов является количество Si на Землей! Задумайтесь, количество кремния в земной коре (кларк) по разным данным составляет от 27,6 до 29,5% всей массы!¹ В итоге, получается, что больше на Земле только кислорода (О), а Si идет сразу же за ним. В самой только морской воде этого химического элемента находится в пределах 3 мг на 1л.

Самородный кремний в природе представляет собой непрозрачный неметалл темно-серого цвета с металлическим блеском.

Свое наименование «Silicium (силициум)» кремний получил от латинского слова «silex», что в переводе означает — камень, скала, утес. Русский же термин «кремний» этот химический элемент получен в 1834 году русским химиком Германом Гессом от старославянского «кремень», означающий — твердый камень.

История – краткая справка

Первые сведения о кремнии появились в начале 18 ст., когда химик из Швеции Йенс Якоб Берцелиус в 1810 году заявил о наличии нового, до селе неописанного наукой элементе, однако, в чистой форме ученый смог выделить Si а ж в 1823 году. Именно тогда новый элемент получилось получить от обработки калиевой соли с помощью металлического калия и фтористого кремния под нагревом до высоких температур. Тогда же ему и присвоили наименование «Силиций».

Несколькими годами ранее, в 1811 году Si в чистом виде удалось добыть 2 учеными из Франции, которых звали Луи Жак Тенар и Жозеф Луи Гей Люссак.

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — III период, III ряд, IV группа, в новой версии таблицы – 14 группа, 3 период.

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

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

Кристаллический кремний представляет собой хрупкое, но в то же самое время очень твердое кристаллическое вещество темно-серого цвета с металлическим отблеском.
Аморфный кремний представляет собой порошкообразное вещество бурого цвета.
Под воздействием высоких температур (от 800 °С) Si становится пластичным. Несмотря на отсутствие прозрачности, спокойно пропускает через себя инфракрасный спектр лучей, длина которых составляет от 1.1 микрометра.

Химически Si – малоактивный элемент. При температуре в пределах 21-24 °С реагирует с фтором (F), образовывая летучий тетрафторид кремния SiF4. При воздействии более высоких температур, от 400 до 500 °C начинает реагировать с кислородом (О), образовывая диоксид кремния, а также с бромом (Br), хлором (Cl) и йодом (I) – летучие тетрагалогениды (SiHal4). При температуре 1000 °C уже вступает в реакцию с азотом, образовывая нитрид азота Si3N4, или бориды (SiB3, SiB6, SiB12) при контакте с бором. А вот с водородом Si не реагирует.

Si растворяется в горячих щелочных растворах.

Биологическая роль и функции кремния в организме

Для чего нужен кремний организму? Как мы уже и говорили в начале статьи, Si играет важную роль в формировании и поддержании здоровья костной ткани, кожного покрова, волос, ногтей, а также кровеносных сосудов.

Количество кремния в костных тканях взрослого среднестатистического человека 17⋅10−4 %, в мышечных тканях — (1-2)⋅10−2 %, в крови — 3,9 мг/л, а также гипофизе, щитовидной железе, надпочечниках, ногтях и волосах.

В нашем организме кремний больше всего содержится в щитовидной железе, надпочечниках, гипофизе. Самая высокая концентрация его обнаружена в волосах и ногтях.

Кремний выполняет и множество других полезных функций, среди которых:

• Делает кости более плотными, что особенно важно для женщин в период климакса, когда продукция некоторых гормонов снижается и появляется риск развития остеопороза (процесс, при котором снижается плотностей костей). Таким образом, дополнительный прием кремния рекомендуется лицам, у которых уже диагностирован остеопороз.
• Ускоряет процесс выздоровления и восстановления организма после оперативного лечения костей – после переломов и прочих хирургических манипуляций.
• Является одним из важных строительных элементов коллагена, причем, находясь в составе этого белка соединительной ткани, кремний участвует в процессе соединения отдельных волокон коллагена с эластином, за счет чего соединительная ткань становится упругая и прочная.
• Находясь в составе эластина, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, чем предупреждает проникновение в кровеносное русло жиров и образование атеросклеротических отложений и связанных с ними болезней (инфаркта, инсульта, ИБС, тромбофлебита и прочих).
• Задействован в укреплении хрящей, связок и сухожилий.
• Участвует в регулировании деятельности иммунной системы, тем самым минимизирует риск развития инфекционных болезней.
• Поддерживает здоровье кожи и помогает бороться с дерматитами, дерматозами и прочими воспалительными процессами на кожном покрове.
• Укрепляет волосы, предотвращает их сечение и выпадение, а также стимулирует рост волос.
• За счет создания электрических коллоидных систем с водой и кремниевой кислотой Si способствует связыванию болезнетворных микроорганизмов (вирусов, бактерий) и выведению их из внутренней среды человека, т.е. грубо говоря, выступает в качестве сорбента.
• Берет участие в метаболизме магния, калия, фтора, алюминия и прочих макро- микроэлементов.
• Участвует в синтезе различных гормонов, аминокислот, ферментов.
• Предотвращает преждевременное старение организма.
• Усиливает антиоксидантную активность витаминов А, С и Е, чем предотвращает развитие онкологических болезней.
• Находясь в воде, кремний адсорбирует радионуклиды, способствует выпадению в осадок тяжелых металлов, уничтожает бактерии, вызывающих гниение воды. Именно из-за этих свойств, этот минерал используют для очищения воды, более того, Si даже делает воду более приятной на вкус.

Применение кремния в других сферах человеческой жизни

• Прежде всего, Si используют в качестве полупроводников для изготовления электроники, особенно микрочипов, транзисторов, диодов, солнечных панелей и прочих.
• В металлургии он пользуется успехом в качестве дополнительного материала в сплавах меди, алюминия, магния и прочих металлов, предавая сплавам более высокую прочность.
• Его добавляют в производстве кремнийорганических соединений – для изготовления пластика, искусственного каучука, технических силикатных смазок и масел.
• Используется и для производства неорганических материалов – керамики, стекла, изоляции, пьезокристаллов.
• В медицинской практике – для лечения остеопороза.

Кремний — суточная потребность

Суточная потребность в кремнии среднестатистического взрослого человека составляет 5 мг². Максимальная суточная доза в Si – 10 мг. Хотя, некоторые источники утверждают, что суточная доза Silicium должна составлять от 20 до 50 мг.

Суточная доза кремния повышается при беременности, пременопаузе, после хирургического лечения, при переломах, высоких физических нагрузках на организм.

Терапевтической дозой кремния является до 12 мг в сутки³.

Нехватка кремния — симптомы

Дефицит Si может вызывать следующие нарушения в работе организма:

• Дряблость и сухость кожи, а также склонность к рецидивирующим кожным болезням – экземе, дерматиту, дерматозу, рожистым воспалениям и прочим. Раны заживают медленнее;
• Волосы становятся тусклыми, секутся и выпадают в повышенном количестве;
• Ногти также становятся более ломкими, периодически слоятся;
• Со временем развивается остеомаляция костей (размягчение костной ткани), остеопороз, артриты, склонность к переломам;
• Появляется ряд зубных болезней – кариес, пародонтоз;
• Развивается ряд заболеваний сердца и сосудов – артериальная гипертензия (гипертония), атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, тромбофлебит, варикозное расширение вен, склонность к инфаркту и инсульту;
• Снижение аппетита;
• Повышенное утомление, периодическая слабость и апатия;
• Склонность к инфекционным болезням;
• Замедление роста ребенка;
• Бесплодие;
• Сосуды теряют свою эластичность, из-за чего при небольшом ушибе на коже появляются синяки, а также периодическое формирование сосудистых «звездочек».
• Кроме того, замечена связь между недостаточным количеством кремния в организме и наличием в это время следующих болезней – катаракта, сахарный диабет, дисбактериоз, гепатит, наличие камней в желчном пузыре (ЖКБ) и почках (ПКБ), злокачественные опухоли (рак).

Причины нехватки Si

• Недостаточное поступление микроэлемента из-за недостаточного питания, жестких и несбалансированных диет, голодовки;
• Употребление продуктов питания, скудных на полезные вещества – малополезной и вредной пищи;
• Злоупотребление алкогольными напитками;
• Наличие в организме глистных инвазий и прочих паразитов.

Применение кремния в медицине

Применение Silicium целесообразно в следующих случаях:

• Восстановление организма после оперативного лечения хирургическим путем;
• Профилактика остеопороза;
• Восстановление здоровья волос, ногтей, кожи.

Избыток кремния

Передозировка этим полезным микроэлементов также возможна.

Отравление кремнием сопровождается следующими симптомами:

• Учащенное мочеиспускание, что приводит к повышенному вымыванию кальция из организма и соответственно делает кости более ломкими;
• Формирование камней в желчном пузыре, мочевом пузыре и почках, из-за чего у человека появляются периодические боли при мочеиспускании;
• Резкое снижение уровня сахара в крови при сахарном диабете;
• Повышенный уровень сахара в крови.

Причины переизбытка Si в организме

Злоупотребление препаратами, в которых содержится этот химический элемент;

Работа на производстве по обработке кремня – пылевые частицы с кремнием попадают на слизистые дыхательных путей и пищеварительного тракта, вызывая в местах оседания воспалительные процессы, а также развитие силикоза.

Источники кремния

В каких продуктах кремний содержится больше всего?

Растительные и животные источники (мг на 100 г): рис (1240), овес (1000), просо (754), ячневая крупа (600), кунжутное семя (200), соя (177), гречка (120), земляника (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), капуста белокочанная (55), огурцы (50), картофель (50), фисташки (50), пшеница (48), инжир свежий (48), вишня (46), овсянка (43), шпинат (42), малина (40), редька (40), редис (30), петрушка (30), сельдерей (29), морковь (25), перец болгарский (22), черника (20), виноград (12), персик (10), помидоры (10), апельсин (6), груша (6), абрикос (6), слива (4), хвощ полевой (2,5).

Дополнительным источником Si могут стать минеральные воды.

Химические источники (Si): «Кремний активный» (таблетки), MSM комплекс в составе БАДов.

Синтез в организме: не синтезируется.

Взаимодействие кремния с другими веществами

• Усиливает антиоксидантную активность витаминов А, Е и С;
• Улучшает усвоение следующих макро- и микроэлементов – кальция, калия, магния, натрия, фосфора, фтора и серы;
• Является антагонистом молибдена, из-за чего при их одновременном применении, активность обоих снижается. Кроме того, прием повышенных дох молибдена снижает усвояемость кремния;
• При взаимодействии с алюминием и марганцем образовывает нерастворимые силикаты, которые могут оседать в организме;
• Нейтрализует вредное действие на организм нитратов, солей свинца, хлор, ртути и прочих тяжелых металлов.

Видео

https://youtu.be/xKT4EfZHUkk

Обсудить S и другие минералы на форуме…

Источники:

1. «Обилие химических элементов в Земной коре: новая таблица». Автор: Taylor S.R., Журнал «Геохимия и Космохимия» 29 том, №8, 1964 г. Страницы 1273-1285.

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

3. «Кремний Актив» — инструкция по применению.