硅对人体健康的影响

把元素周期表里面的元素各买一克,大概需要多少钱?

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谢邀:感谢 @爱夸 邀请创作

元素周期表现在都已经填满前七周期了,有一些元素的半衰期不过几秒钟甚至更短,所以,要想收集出 1 克来,即便不考虑什么临界质量,也需要有超大功率的对撞机时时刻刻补充新元素。事实上,就算是举一国之力,要想让元素周期表上 118 个元素在任何一个时间点都有超过 1 克存在于地球上,目前来说也是不现实的。所以,这是钱的事吗?

实际上,哪怕是收集一些很常规的元素,也未必就是钱的事。

比方说硅元素,这是我们再熟悉不过的一种元素了,地球上几乎任何一个角落都能找到硅元素的存在。漂浮在空气中的尘埃,铺在地面上的石板,镶嵌在窗户里的玻璃,以及凝固在高楼大厦里的水泥,其中都会含有硅元素。

但是,要想收集硅元素,却不是那么简单。

这并非是在玩文字游戏。比方说,硅元素在人体中是一种微量元素,只需要一点点就够用。一个成年人体内的硅,加起来也不及体重的万分之三[1],也就是一颗鸡蛋黄的重量而已。但是让人难以想象的是,面对生活中如此普遍的硅元素,人的这一点点需求却可能不会被满足。

这就好像一个人漂浮在海洋上,守着那么多的水,却还是很容易渴死一样。

在说这个事情以前,我们不妨说说,硅元素在人体中都有些什么作用,为什么人体非要它不可?

硅的化学性质很奇特。高中化学告诉我们,它很容易形成原子晶体。比方说,单质硅是原子晶体,二氧化硅是原子晶体,碳化硅、氮化硅还是原子晶体。所谓的原子晶体[2],就是原子之间全都是以共价键构建,几乎无限延伸。一颗单质硅晶体,它内部的硅原子全都互相紧密联系,可以说,它就是一个肉眼可见的化学分子。

要想解释硅元素为什么容易形成原子晶体,这需要很深的量子力学知识。不过,这个特性至少告诉我们一个基本的特性,那就是硅元素很容易构建庞大的网络。

这个特性让硅元素能够胜任很多特殊的功能。

举个最简单的例子,硅和碳是同族元素,硅酸钙和碳酸钙的岩石在自然界也都很普遍,但是对比之后就会发现,硅酸钙为主体的山体强韧而又耐风化,但是碳酸钙的山体却很容易形成溶洞。这个差别,就体现出硅构建出的网络强在什么地方。

所以,身体中的一些组织也需要有硅来参与网络建设,尤其是骨骼与皮肤。在这些组织中,尽管硅元素的含量并不多,但是它的特性却体现得淋漓尽致。人体缺硅的常见特征,就是骨骼发育畸形[3]。

由此可见,人体还真是离不开硅元素。

那么,如此常见的硅元素,为何还有缺失的风险呢?

这同样和它的特性有关。

硅实在是太善于搭建网络了,以至于自然界中几乎不存在含硅的小分子。还是说前面提到的硅酸钙与碳酸钙,它们的分子式写出来是一样的形式,但是结构却完全不同。在碳酸钙(CaCO3)里,你真的可以找到碳氧比例为 1∶3 的碳酸根离子,但是在硅酸钙(CaSiO3)里,我们却没办法找到硅氧比也为 1∶3 的硅酸根离子。实际的硅酸钙结构,是在庞大的二氧化硅网络中,穿插了一些氧化钙。

换句话说,硅元素在自然界很少会以游离的形态出现,而是躲在自己构建的网络中,被保护得很好。我们的身体要想从这样的网络中敲出一点硅元素来,那真的是有些困难。

其实,在农业上,硅肥的应用仅次于氮磷钾三大化肥,就是因为农作物也很容易缺硅。想想看,这些植物的根可是埋在土壤里,而土壤的主体就是硅酸盐矿物。埋在土里都还要施硅肥,可见获取硅元素是多么困难的一件事。

农作物尚可用硅肥来改善,人又该怎么办呢?总不能也吃化肥吧?

在很久很久以前,这个矛盾其实并不突出,因为人类还真有一个富含「硅肥」的宝藏——饮用水。

硅元素的这些特性,让它很难通过食物进行补充。它与其他原子紧密地结合在一起,我们无法高效利用。

这个现象我们其实很早就有所耳闻。众所周知,骨骼同时是钙的储备库,如果缺钙,骨骼发育也会畸形。但是,因为钙在骨骼中像是被锁住了一样,我们啃骨头,甚至是把骨头嚼碎了吃,也仍然起不到多少补钙的效果。

好在是,水中倒是会有一些游离的硅元素。

纯粹从化学的角度来说,硅酸是一个分子式为 H4SiO4 的小分子,学名正硅酸,倒是可以被人体吸收利用。水和含硅岩石作用的过程中,会有一些硅元素发生水解,形成极少量的正硅酸。然而,正硅酸也仍然秉承了硅元素喜欢勾肩搭背的特性,两个正硅酸在一起,就会发生缩水,变成 H6Si2O7。这个过程不断发生,硅和氧的比例也更加接近于 1∶3,这样的结构就被称为偏硅酸,它成为人体补充硅元素的主要形式。

然而,很可惜的是,随着现代净水工业的发展,我们所喝的水,在变得越来越干净的时候,各种矿物质的匮乏也成了新的问题。中消协已经多次提醒,儿童不宜饮用太纯净的水,最主要的风险就是矿物质可能会缺乏。一听矿物质,我们首先想到的都是钙、镁、锶等元素,但实际上,“偏硅酸”同样是水中一种很值得注意的矿物质。而且,其他那些矿物质至少还能够通过食物补充,硅的主要来源就是水。

所以,在国家标准对于矿泉水的要求中,偏硅酸也是一项很重要的指标,一个好的矿泉水,偏硅酸含量肯定不能太低了。出于这样的背景,市面上的确也出现了一些主打偏硅酸系列的饮用天然矿泉水,根据我国《食品安全国家标准饮用天然矿泉水》(GB8537‐2018)规定,将偏硅酸浓度不低于 25mg/L 的饮用矿泉水界定为偏硅酸型矿泉水。

虽然国家有标准,但是鉴于消费者对饮用水的低关注度,让我们分清楚什么是矿泉水什么是纯净水已然不易,更不要提主动区别偏硅酸型的天然矿泉。这时候,背靠大厂的产品就体现出了优势。统一这个食品王国旗下的爱夸天然矿泉水,就是取源自世界三大黄金水源地[4]的偏硅酸型天然矿泉,硅酸含量> 50mg /L,达到了国家标准中规定值的两倍。

让我们再说回硅,硅作为一种参与多个生理过程的微量元素,水中偏硅酸的含量,也会影响到身体状态。

比方说,硅和皮肤之间有着密切联系,皮肤中胶原蛋白的合成过程,需要有硅的参与。所以说,喝水改变皮肤,这在逻辑上,没毛病。

更不用说,硅元素和骨骼发育之间有比较大的关系,饮用水中缺乏硅元素,和一些心脑血管疾病有相关性[5]。由此可见,规定偏硅酸的含量,也有健康方面的考虑。

回答题主这个问题的话,喝下一瓶4块钱的爱夸矿泉水,在理想的吸收率下,可以摄入50毫克以上的偏硅酸。这应该是收集硅元素的一种好办法。

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