Кремний. Мифы и реальность - Иван Неумывакин

• В составе подавляющего большинства стекол есть двуокись кремния, это, пожалуй, знают почти все. А вот соотношение различных окислов в составе различных стекол известно лишь химикам. В «нормальном» стекле 75,3 % двуокиси кремния, в бутылочном 73 %, оконном 72 %, электроламповом всего 69,4 %. Зато в высокопрочном стекле «пирекс», отличающемся также повышенной химической стойкостью, двуокиси кремния 80,9 % — больше, чем в любом другом стекле, кроме, конечно, кварцевого.

• Самый распространенный клей — силикатный (метасиликат натрия), его еще называют растворимым стеклом. Наряду с метасиликатом натрия в нем содержатся и более сложные силикаты натрия. Помутнение силикатного клея — результат отщепления части молекул диоксида кремния. Этот клей плохо пристает к резине, потому его лучше держать в сосуде с резиновой, а не корковой или тем более стеклянной пробкой.

• Двуокись кремния входит в состав немалого числа поделочных и полудрагоценных камней. Так, знаменитый лиловый аметист— это природный, окрашенный примесью марганца горный хрусталь. При нагревании до 300–350 °C аметисты необратимо обесцвечиваются или даже желтеют. А аметисты, обесцвеченные рентгеновским излучением, способны восстановить свою изначальную окраску.

КРЕМНИЙ В ОРГАНИЗМЕ

Химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции, называют биогенными, или жизнеобразующими, элементами.

Организм млекопитающих и в том числе человека составляют три группы биогенных химических элементов, о чем рассказывают в своей книге «Удивительный элемент жизни» ученые М. К. Воронков и И. Г. Кузнецов. Первая и самая большая — 99,1 % — включает шесть элементов в следующих соотношениях: кислород — 62,4 %, углерод — 21 %, водород — 9,7 %, азот— 3,1 %, кальций— 1,9 %, фосфор— 1 %. Эти элементы называют макробиогеиными, от греческого macros — «большой», или органобиогенными. Вторую группу — 1-0,1 % — составляют шесть других элементов: калий, сера, натрий, хлор, магний и железо. Их называют олигобиогенными, от греческого oligos — «малый». Третью группу — менее 0,01 % — составляют все остальные химические элементы, именуемые микробиогенными, от греческого micros — «очень малый».

В ряду этих жизнеобразующих элементов кремний находится лишь на пятнадцатом месте, уступая, в частности, таким микроэлементам, как магний, фтор, железо и цинк. Однако физиологическая роль его в человеческом организме поистине исключительна, о чем в своих трудах неоднократно писал выдающийся российский академик Владимир Иванович Вернадский. Правда, долгое время эта роль оставалась неясной.

Микроэлементный состав организмов млекопитающих начали изучать еще в XIX столетии. Число исследователей постоянно возрастало, все время появлялись новые данные, свидетельствующие о том, как велика роль ничтожных количеств микроэлементов в жизнедеятельности организма. Накапливались знания и о кремнии.

Немецкий химик Безанец в 1848 году обнаружил кремний в шерсти животных и волосах человека. А его соотечественник Шульц на рубеже XIX–XX веков установил, что кремний содержится также в тканях и органах человеческого организма.

Больше всего кремния в тех тканях и органах, в которых слабо развиты или отсутствуют нервные волокна. Например, в соединительной ткани, легких, железах (сюда относятся надпочечники, щитовидная и поджелудочная железы, тимус, лимфатические узлы), некоторых тканях глаза (радужная и роговая оболочки), аорте, трахее, хрящах, костях, сухожилиях, эмали зубов.

Метод рентгеновского анализа, позволивший заглянуть в недоступные ранее места организма, показал наличие кремния в кровеносных сосудах толстого кишечника, сердца, нефроне почек в сравнительно больших количествах в просветах сосудов, эритроцитах, цитоплазме эндотелия и клетках гладких мышц.

Как установили исследователи, количество кремния в одних и тех же органах различных млекопитающих неодинаково. К тому же, как выяснилось, этот показатель зависит также от пола млекопитающих.

Содержание кремния в костях млекопитающих в десять раз больше, чем в мягких тканях. Теперь известно, что кремний участвует в процессах активного обызвествления молодых костей. А добавление кремния к рациону ускоряет минерализацию костей даже при низком содержании кальция в пище и питьевой воде.

Особенно много кремния в коже (у животных также в шерсти, рогах, копытах и когтях), ногтях и волосах человека. Он есть в волосах даже у новорожденных. Интересно, что в темных волосах кремния в два раза больше, чем в светлых.

Прямо пропорциональна содержанию кремния эластичность кожи человека. В коже новорожденных его много, с возрастом становится меньше, а затем содержание кремния вновь увеличивается.

Упоминавшийся выше немецкий исследователь кремния Шульц еще в начале XX столетия заключил, что кремниевая кислота является строительным материалом и стимулятором роста соединительной ткани и имеет для нее значение, сравнимое со значением железа для красных кровяных шариков.

Общее количество кремния в организме человека и в большей части органов и тканей — легких, лимфатических узлах, поджелудочной и щитовидной железах, зрительном нерве, скелете и гортани — с возрастом повышается, а в коже, в артериальных сосудах и вилочковой железе, или тимусе, понижается.

При изучении организма животных обнаружилось, что самки при старении теряют значительно больше кремния, чем самцы. Исследователи предполагают, что это может быть связано с тем, что существенную часть своего кремния они отдают потомству.

В крови человека концентрация кремния непостоянна и регулируется почками. Судя по всему, кремний необходим для процесса свертывания крови — тромбообразования, потому что его особенно много в растворимом белке крови — фибриногене, из которого под действием фермента тромбина и образуется нерастворимый белок фибрин, также содержащий много кремния

В 1953 году французский врач Шарно предположил, что в человеческом организме присутствует особый фермент — силиказа, который освобождает необходимый организму кремний из его соединений. Почти четверть века спустя американский биохимик Шварц выделил и идентифицировал такой фермент из поджелудочной железы, желудка и почек животных. Силиказа оказалась способной высвобождать кремниевую кислоту даже из синтетических кремнийорганических соединений. Она отличается необычайной для ферментов теплостойкостью, даже при нагревании до 100 °C в течение 10 минут активность силиказы не снижается.

Ученые установили, сколько и какие формы соединений этого элемента содержатся в органах, тканях и жидкостях млекопитающих, в том числе и человека. Сейчас известно, что в теле взрослого человека содержится в среднем 2–7 г кремния, как говорят специалисты, в пересчете на Si02, или двуокись кремния, — меньше чайной ложки кварцевого песка. Это три формы соединений кремния.

Во-первых, растворимые в воде и проникающие через стенки клеток неорганические соединения, способные легко выводиться из организма — ортокремниевая кислота, анионы орто- и олигокремниевых кислот.