Potęga ukryta w krzemie
Co mają ze sobą wspólnego: piasek na plaży, procesor komputerowy, naszyjnik z ametystów, szklana karafka? Ich podstawowym składnikiem jest krzem, pierwiastek stanowiący podstawowy budulec skorupy ziemskiej i fortuny Billa Gatesa oraz patronujący największemu na świecie centrum nowoczesnych technologii, kalifornijskiej Dolinie Krzemowej.
Według klasyfikacji chemicznej krzem należy do grupy tzw. półmetali. W stanie czystym jest twardym i kruchym ciałem stałym o strukturze podobnej do diamentu, szarej barwie i połysku przypominającym grafit. Zdolność do łączenia się pomiędzy sobą w długie łańcuchy, charakterystyczna dla atomów węgla, jest w krzemie mniejsza, posiada on natomiast dużą skłonność do łączenia się z atomami tlenu, w wyniku czego powstawać mogą długie, proste lub rozgałęzione, łańcuchy, złożone z atomów krzemu na przemian z atomami tlenu.
Podobieństwo chemii krzemu do chemii węgla, polegające właśnie na zdolności tworzenia cząsteczek o skomplikowanej budowie, stało się podstawą do tworzenia przez autorów literatury science-fiction wizji światów zamieszkałych przez organizmy, których ciała zbudowane są na bazie związków krzemu.
W środowisku krzem występuje zawsze w połączeniu z tlenem, jako dwutlenek krzemu (krzemionka).
Podobnie jak węgiel stanowi podstawowy budulec przyrody ożywionej, tak krzem jest głównym składnikiem materii nieożywionej. W rankingu rozpowszechnienia pierwiastków we wszechświecie zajmuje siódme miejsce, a pod względem obecności w skorupie ziemskiej – drugie (po tlenie).
Większość skał, budujących skorupę ziemską, tworzy krzemionka w różnych odmianach polimorficznych (kwarc, trydymit, krystobalit). Istnieje również kilka odmian krzemionki bezpostaciowej: opal, chalcedon oraz jego zabarwione wskutek obecności domieszek odmiany: onyks, jaspis, krwawnik, agat. Bezpostaciową odmianą krzemionki jest również krzemień.
Najczęściej spotykaną w środowisku postacią krzemionki jest kwarc. Występuje on w postaci ziaren nieregularnego kształtu wchodzących w skład szeregu skał, przede wszystkim granitów, gnejsów, piaskowców. Podczas wietrzenia tych skał ziarna kwarcu ulegają spłukaniu przez wodę do rzek i mórz, gdzie tworzą złoża piasku.
Szczególnie pięknie uformowane, zupełnie przezroczyste kryształy kwarcu noszą nazwę kryształu górskiego. Zabarwione przez różne zanieczyszczenia kryształy to ametyst, cytryn, chryzopraz.
Istotnym składnikiem skorupy ziemskiej są również stanowiące związki krzemu minerały: krzemiany i glinokrzemiany.
W organizmach roślinnych i zwierzęcych krzem występuje w niewielkich ilościach. Krzemionka, jako materiał usztywniający, jest obecna w łodygach traw, zbóż, skrzypów, a także trzciny i bambusa. Również szkielety żyjących w wodzie morskiej okrzemek, zbudowane są z dwutlenku krzemu. Po obumarciu opadają one na dno morskie i z biegiem czasu tworzą tam pokłady tzw. ziemi okrzemkowej, wykorzystywanej do produkcji dynamitu.
Krzem obecny jest również w organizmie ludzkim, stanowiąc ok. 0,0068% jego składu, przy czym ilość ta maleje z wiekiem. Mimo tak niewielkiego udziału procentowego, pierwiastek ten zaliczany jest do mikroelementów odgrywających istotną rolę w procesach zachodzących w organizmie. Związki krzemu regulują przemianę materii, zmniejszają przepuszczalność ścian naczyń krwionośnych, utrzymują prawidłową elastyczność naskórka i włókien kolagenowych oraz elastynowych w skórze.
Krzem przedłuża jędrność skóry i błon śluzowych, zapobiega powstawaniu miażdżycy, zwiększa krzepliwość krwi, pobudza wzrost mięśni, gojenie ran, pomaga zapobiegać cellulitowi i przedwczesnemu starzeniu skóry. Leczniczo działa również w przypadku wypadania włosów, łamliwości paznokci, żylaków, trądziku pospolitego i różowatego, nadmiernych krwawień miesiączkowych i pozamiesiączkowych. Niedobory krzemu uzupełnić można przyjmując odpowiednie zioła, zwłaszcza skrzyp. Dobrym źródłem tego pierwiastka są także ryby i owoce morza.
Od wielu stuleci krzem służy również gospodarczej działalności człowieka. Krzemiany i krzemionka stanowią podstawowy surowiec dla przemysłu szklarskiego, ceramiki, materiałów budowlanych. Wspomniane już połączenia krzemu z tlenem są materiałem do wyrobu smarów, olejów, lakierów i żywic silikonowych.
Jednak prawdziwym przełomem w wykorzystaniu tego pierwiastka stało się poznanie jego właściwości półprzewodnikowych, co spowodowało gwałtowny rozwój elektroniki i telekomunikacji w oparciu o krzemowe układy scalone. Tak narodziła się słynna Dolina Krzemowa (Silicon Valley), w której na powierzchni około 800 kilometrów kwadratowych znajduje się blisko 700 dużych przedsiębiorstw zaawansowanej technologii, przede wszystkim informatycznych i teleinformatycznych i ok. 7 – 8 tys. średnich i małych firm, które zatrudniają prawie 400 tys. najwyższej klasy specjalistów.
W tym niepozornym, szarym półmetalu tkwi więc potęga, która przed milionami lat formowała oblicze naszej planety, a obecnie wprowadza ludzkość w nową erę jej rozwoju. Krzem tworzy też piękno kamieni szlachetnych i półszlachetnych oraz ozdobnych wyrobów ze szkła i porcelany, a nas samych obdarza młodą, jędrną skórą, zdrowymi paznokciami i gęstymi włosami. Pomyślmy więc o nim z życzliwością.
Ilustracje: Joanna Titeux/pinezka.pl
