“Siamo polvere di stelle” 2/5 – gli elementi nel corpo umano

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4 costituenti, 7 macro- e 39 tra micro- ed oligo- elementi, di cui 19 essenziali

Dopo aver visto come siamo collegati al Sistema Terra, vediamo ora, finalmente, in dettaglio gli elementi del corpo umano, che oltre all’Evoluzione Stellare rappresenta il fulcro di questa serie.

Centro di Messier 4, ammasso globulare a 7.200 anni luce di distanza, contiene decine di migliaia di stelle e ospita molte nane bianche, per capirci come il Sole quando sarà andato in pensione. Elaborazione digitale di Tiziana “Tirtha” Giammetta, credit ESA / Hubble e NASA ingrandisci, enlarge

Questi sono gli elementi principali costituenti il nostro corpo al 96%:

  • Ossigeno (8-O) 65%
  • Carbonio (6-C) 18%
  • Idrogeno (1-H, da Hydrogen) 10%
  • Azoto (7-N, da Nitrogen) 3%
la disposizione spaziale a strati nel disegno è solo per comodità di lettura

Attenzione: osserva il numero che ho messo sulla sinistra della sigla dell’elemento, ad esempio 8 per l’Ossigeno O.

Numero atomico “Z”

Nella rappresentazione chimica, questo numero sta in alto a sinistra e
corrisponde al numero di protoni presenti nel nucleo dell’atomo (trovi un sintetico riassunto se non sei pratico/a, nel post 4/5_A), caratteristica che decide la posizione di quell’elemento nella Tavola Periodica degli Elementi che vedrai nel post 4/5_B. Tienilo bene a mente.

In basso a destra sta invece il numero di atomi in una molecola:
H2O, la famosa molecola di acqua, indica 2 atomi di Idrogeno e uno di Ossigeno (il numero uno, come succede in matematica, non è riportato essendo scontato se si tratta di una sola unità). È facile individuare, nella figura sotto, il numero di atomi per ciascun componente delle molecole indicate, basta contare.

Ora la situazione generale, compresi macro-elementi, micro-elementi ed oligo-elementi o elementi in traccia (per dar modo di tradurre in altre lingue il testo in italiano per gli amici stranieri che mi seguono, trascrivo ciò che dice la tabella schematica qui sotto).

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Gli elementi principali costituenti

65% = Ossigeno (8-O)


la percentuale così grande è dovuta al fatto che esso rientra nella composizione dell’acqua (H2O= che significa 2 atomi di Idrogeno e 1 di Ossigeno), e l’acqua è la sostanza che compone circa il 75% – secondo alcune recenti ricerche la percentuale è ancora maggiore – del nostro organismo in età adulta.

18% = Carbonio (6-C)

10% = Idrogeno (1-H, da Hydrogen)

3% = Azoto (7-N, da Nitrogen)

Nel restante 4%, i Macro-Elementi

dal punto di vista nutrizionale i primi 7 sono Macro-Elementi, presenti in grandi quantità e con fabbisogno di > 100 mg/die

Gli elementi con * sono considerati “essenziali“, vedi post 3/5_A

  • *Calcio (20-Ca)
  • *Fosforo (15-P, da Phosphorus)
  • *Zolfo (16-S, da Sulfur)
  • *Sodio (11-Na, da Natrium)
  • *Potassio (19-K, da Kalium cioè Potassium)
  • *Cloro (17-Cl)
  • *Magnesio (12-Mg)

Ecco una presentazione di questi primi 11 fondamentali.

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Qui invece una simpatica rappresentazione del loro peso in percentuale nel corpo umano (in questo caso vi è rappresentato anche il Ferro).

Te li presento meglio uno per uno, nella loro forma minerale in natura, in primo luogo perché lo trovo molto utile, in secondo luogo perché io ne sono sempre incantato. Lasciati incantare anche tu!

Aggiungo inoltre su ogni elemento il link alla sua descrizione che trovate comodamente nei post 3/5_A e 3/5_b, e sul simbolo il link alla Tavola Periodica che vedremo nel 4/5_B (il tutto appena avrò ovviamente migrato anche quei post).

*Calcio (20-Ca)

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*Fosforo (15-P, da Phòsphorus)

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*Potassio (19-K, da Kàlium cioè Potàssium)

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*Zolfo (16-S, da Sùlfur)

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*Sodio (11-Na, da Nàtrium)

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*Cloro (17-Cl)

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*Magnesio (12-Mg)

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Sempre in quel 4%, ma in tracce, Micro-elementi ed Oligo-elementi

Quelli che seguono, sempre dal punto di vista nutrizionale, si dividono tra Micro-elementi (o elementi-Traccia) ed Oligo-elementi (o Ultra-Traccia), in base al loro fabbisogno nell’organismo tra 1 e 100 mg/die oppure di quantità molto più piccole, in micro-grammi 𝛍g: tutti assieme sono poco più di 1/10.000, cioè inferiori allo 0,01% (<0,01%)

Importante da non sottovalutare:
pur essendo in tracce la loro importanza non è minore!
Nella maggior parte dei casi infatti l’organismo non sopravvivrebbe senza questi elementi!

Alcune avvertenze:

  • tecniche di indagine sempre più accurate hanno permesso di considerare “essenziali” anche elementi che in passato erano ritenuti tossici; così il futuro potrebbe ancora riservare sorprese
  • considera che i dati di studi e tabelle diversi sia geograficamente che cronologicamente a volte sono discordanti, quindi non prendere come assoluta questa lista che potrebbe subire modifiche nel tempo, ma considerala piuttosto un riferimento utile
  • in questo grafico a torri molto bello ed efficace, ad esempio, tratto da un articolo di Vincenzo Zappalà del 2012, si riportano gli elementi presenti nel corpo umano all’interno della Tavola Periodica (post 4/5_B), ma ne mancano ancora alcuni (Se, W, Ge, Bi, Ti, Ag, Sb, Nb)
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  • e non preoccuparti o restare confuso se ti capita di trovare micro-elementi in posizione diversa dall’elenco oppure ancora considerati non essenziali, perché probabilmente sono studi vecchi non aggiornati e da verificare. Dopo lunghi e complessi confronti ho infatti cercato di ordinarli per quantità di atomi nell’organismo umano
  • inoltre gli ultimi elementi sono in quantità talmente piccole che solo con strumenti moderni molto sofisticati si può averne una misura precisa, per questo motivo è difficile dare una vera affidabile distinzione quantitativa, soprattutto quando si va in ultra-traccia o gamma
  • per l’affascinante aspetto etimologico, vale a dire l’origine e il significato dei termini, consiglio la lettura di questo breve ma utilissimo file del Liceo Rodolico di Firenze: “I nomi degli elementi e la loro origine“, dal libro Mondadori “Chimica per noi“, Tottola, Righetti, Allegrezza 2010
  • ad ogni modo li trovi già in ordine, visivamente ben separati per facilitare la distinzione:
    – a sinistra gli essenziali (*)
    – al centro i non essenziali
    Sono ordinati dal più presente al meno presente. Quando li prendo in considerazione uno per uno, gli essenziali sono sempre in verde, mentre i non essenziali in azzurro.
    – gli essenziali in tracce sono 5 fino al Cu, mentre in gamma altri 14 (totale 19)
    – gli altri elementi non essenziali ma presenti nell’organismo sono al momento 20

Micro-Elementi (in tracce)

Essenziali = 5; non essenziali = 4

*Silicio (14-Si)
*Fluoro
(9-F)
*Ferro
(26-Fe)
*Zinco
(30-Zn)

Rubidio (37-Rb)
Stronzio
(38-Sr)
Bromo
(35-Br)
Alluminio
(13-Al)

*Rame (29-Cu, da Cùprum, ma prima era Aramen)

Oligo-Elementi (in ultra-traccia o “gamma“)

Essenziali = 14; non essenziali = 16

Piombo (82-Pb)
Cadmio
(48-Cd)

*Boro (5-B)
*Manganese (25-Mn)
*Nickel (28-Ni)
*Litio (3-Li)

Bario (56-Ba)

*Iodio (53-I)
*Stagno (50-Sn)

Oro (79-Au)
Zirconio (40-Zr)

*Cobalto (27-Co)

Cesio (55-Cs)
Mercurio (80-Hg da Hydrargyrum)

*Arsenico (33-As)
*Cromo (24-Cr)
*Molibdeno (42-Mo)
*Selenio (34-Se)

Berillio (4-Be)

*Vanadio (23-V)

Uranio (92-U)
Radio (88-Ra)

*Germanio (32-Ge)
*Tungsteno (74-W da Wolfràmio)

Bismuto (83-Bi)
Titanio (22-Ti)
Argento (47-Ag)
Antimonio (51-Sb da Stibium)
Niobio (41-Nb)
Tantalio (73-Ta)

In definitiva, siamo fatti di 50 elementi !

In totale, tra essenziali e non essenziali (4 costituenti, 7 macro, infine 39 tra micro- ed oligo-elementi) il nostro corpo contiene circa 50 elementi.
Di questi 50, i 4 costituenti (da soli) occupano il 96 %, mentre assieme ai 7 macro-elementi (quindi 11 in totale) ben il 99%!

mi sembrava un’idea simpatica quella dell’icona del bucato a mano

Argento, Oro, Cesio, Uranio, Titanio, Arsenico, Mercurio: sono già dentro di noi !

Ebbene sì, incredibile ma vero, come probabilmente avrai già notato, nell’elenco sono presenti anche questi elementi, seppur in quantità microscopiche (ultra-traccia o “gamma”).

Alcuni sono decisamente tossici, ma in dosi infinitesimali non provocano in teoria danni (ho scritto “in teoria” perché la discussione scientifica è ancora accesa su questo punto, con posizioni contrastanti), altri vengono addirittura usati a scopo terapeutico.
Tutti comunque vengono assunti normalmente attraverso:
– la respirazione
– il contatto cutaneo
– l’alimentazione da carne o vegetali contaminati

(Continui studi cercano di stabilirne le dosi innocue e le conseguenze per la salute umana, non approfondisco qui altrimenti servirebbe un altro post solo per questo).

Mettiti comodo, inizia lo spettacolo

Eccoli qui ora, uno per uno, proseguo la carrellata della loro presentazione in forma minerale in natura, per mostrarti concretamente la bellezza del loro aspetto e fare in modo che sia più facile associare il nome alla forma relativa.

Gli elementi con * sono considerati “essenziali“, vedi post 3/5_A

*Ferro (26-Fe)

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*Fluoro (9-F)

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*Rame (29-Cu, da Cùprum, in origine Aramen)

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*Zinco (30-Zn)

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*Iodio (53-I)

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*Stagno (50-Sn)

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*Selenio (34-Se)

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*Vanadio (23-V)

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*Manganese (25-Mn)

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*Molibdeno (42-Mo)

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*Cromo (24-Cr)

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*Cobalto (27-Co)

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*Litio (3-Li)

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*Nickel (28-Ni)

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*Arsenico (33-As)

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Piombo (82-Pb)

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*Silicio (14-Si)

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*Boro (5-B)

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*Germanio (32-Ge)

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*Tungsteno (74-W da Wolfràmio)

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Alluminio (13-Al)

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Cadmio (48-Cd)

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Bromo (35-Br)

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Stronzio (38-Sr)

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Bismuto (83-Bi)

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Bario (56-Ba)

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Titanio (22-Ti)

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Argento (47-Ag)

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Rubidio (37-Rb)

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Mercurio (80-Hg da Hydrargyrum)

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Antimonio (51-Sb)

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Zirconio (40-Zr)

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Niobio (41-Nb)

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Uranio (92-U)

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Cesius (55-Cs)

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Berillio (4-Be)

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Oro (79-Au)

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Tantalio (73-Ta)

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Radio (88-Ra)

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Qualche tabella riassuntiva

Integro le bellissime immagini con qualche tabella riassuntiva dei principali elementi. I primi 4 elementi, come detto, costituiscono circa il 96% del nostro peso corporeo.

Composizione chimica nella cellula umana, con riportata la percentuale in peso per ogni elemento.

Oppure a partire dal Calcio, in grammi.

La seguente tabella offre la possibilità di avere un confronto in percentuale rispetto agli stessi elementi nella crosta terrestre, come hai già visto nel primo capitolo.

… e a seguire dal punto 6) del precedente capitolo:

7) gli elementi si combinano nei COMPOSTI che costituiscono le varie parti del corpo umano

Questo, infine, è un altro passo importante, comprendere le associazioni tra gli elementi e le loro funzioni biologiche nel nostro organismo.

Gli elementi di cui parlavo anche nel precedente post (nei punti dall’1 al 6), si combinano assieme per formare diversi tipi di “composti” che costituiscono le ossa, il sangue, i tessuti, gli organi e i liquidi corporei, nei quali partecipano a numerosi processi enzimatici e metabolici.

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Può essere utile sapere che le proprietà dei composti sono diverse da quelle degli elementi che contengono; ad esempio il sodio (Na) è un elemento estremamente reattivo, ma ciò non significa che i suoi composti lo siano anch’essi.

In poche parole i macro/micro-elementi hanno 2 tipi di funzioni:

  • plastica (potendo entrare nella costituzione delle strutture corporee) o
  • catalitica (rappresentando gli acceleratori di numerosi processi metabolici)

Essi, pur rappresentando una percentuale molto bassa del peso corporeo totale (solo il 4%), rivestono, per il corretto funzionamento dell’organismo, un’importanza enorme!

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In conclusione presento (sempre allo scopo di rendere traducibile per i nostri visitatori stranieri il testo che altrimenti da tabella non è traducibile) un riassunto, un assaggio degli elementi principali e delle loro funzioni biologiche: “dove li troviamo e cosa fanno, a che servono”.
Questo è il tema del prossimo post doppio, il 3/5_A e il 3/5_B, e anche se non sono ancora entrato nel merito astronomico della “Polvere di Stelle”, resta un argomento affascinante che tocca tutti noi da vicino.

la “chimica del corpo umano” che mostra il percorso funzionale a partire dal singolo atomo/elemento, attraverso molecole, macromolecole, organelli, cellule, tessuti, apparati e infine il Sistema Organismo Umanoingrandisci, enlarge

Elementi costituenti

  • Ossigeno – O: tutti i liquidi e tessuti, ossa, proteine; respirazione cellulare; componente dell’acqua
  • Carbonio – C: ovunque; componente fondamentale delle molecole organiche; tutti gli esseri viventi, compreso l’essere umano, sono formati da composti del Carbonio (proteine, zuccheri, grassi, acidi nucleici)
  • Idrogeno – H: tutti i liquidi e tessuti, ossa, proteine; trasportatore di elettroni; componente dell’acqua e delle molecole organiche
  • Azoto – N: tutti i liquidi e tessuti, componente di proteine e acidi nucleici (DNA/RNA)

Macro-elementi essenziali

  • Calcio – Ca: polmoni, reni, fegato, tiroide, cervello, muscoli, cuore, struttura di ossa e denti; meccanismo della contrazione muscolare
  • Fosforo – P: urina, ossa; componente di acidi nucleici (DNA/RNA); reazioni di trasferimento energetico
  • Potassio – K: enzimi; principale ione positivo intracellulare; trasmissione dell’impulso nervoso
  • Zolfo – S: componente di molte proteine; abbondante nella cute, capelli, unghie
  • Cloro – Cl: tutti i liquidi; principale ione negativo nel liquido intercellulare; è essenziale per la formazione dell’acido cloridrico quale componente dei succhi gastrici digestivi
  • Sodio – Na: tutti i liquidi e tessuti (in forma di sale); principale ione positivo nel liquido intercellulare
  • Magnesio – Mg: polmoni, reni, fegato, tiroide, cervello, muscoli, cuore; coadiuvante nelle reazioni di trasferimento energetico; costituente essenziale dell’apparato scheletrico, entra nella composizione di numerosi enzimi e interviene nella trasmissione neuromuscolare

Alcuni Elementi-Traccia ed Ultra-Traccia (Micro ed Oligo) essenziali

  • Ferro – Fe: sangue, fegato, milza, enzimi: componente dell’emoglobina (molecola che trasporta l’ossigeno nel sangue)
  • Rame – Cu: fegato, cervello, ossa; componente di molti enzimi
  • Zinco – Zn: enzimi presenti nel fegato, pancreas, rene ed altri organi; componente di acidi nucleici (DNA/RNA); presente dovunque, con livelli poco più elevati in ossa, denti e capelli; indispensabile per la crescita, lo sviluppo ed il normale funzionamento di tutti gli organismi viventi; partecipa al funzionamento sensoriale del gusto e dell’olfatto
  • Fluoro – Fl: ossa, denti; vera e propria azione schermante dalla carie
  • Silicio – Si: aiuta capelli, cute, unghie

  • Selenio – Se: corteccia renale, fegato, tiroide; contribuisce a mantenere l’integrità muscolare; agisce da antiossidante proteggendo le membrane cellulari e contrastando l’azione negativa dei radicali liberi
  • Cromo – Cr: ossa, fegato, rene, milza, polmoni; distribuito in modo pressoché uniforme in tutti i tessuti umani; influenza sull’azione dell’insulina nel trasporto del glucosio
  • Iodio – I: tiroide (70-80%), tessuto muscolare; ormone tiroideo
  • Manganese – Mn: distribuito in tutto il corpo nei tessuti molli, concentrazioni relativamente più elevate nel fegato e nelle ossa; essenziale nella crescita, riproduzione e sviluppo dello scheletro e di alcune funzioni cerebrali; componente di numerosi enzimi che partecipano alla biosintesi del colesterolo
  • Cobalto – Co: abbastanza uniforme in tutti i tessuti, con concentrazioni maggiori nel fegato, nei reni e e nelle ossa; funzione stabilizzatrice nella vitamina B12, importante nel metabolismo; in parte facilita l’assorbimento del Ferro e la sintesi di emoglobina; partecipa alla reazione di fissazione dello Iodio

Spero ti sia piaciuto questo 2° post di 5, che ha richiesto un bel po’ di tempo, energia, selezione di materiale e passione: a migrarlo infatti ci ho messo poche ore, ma quando l’ho creato ho impiegato intere giornate e qualche settimana di duro lavoro.

Link della serie:
Siamo polvere di stelle” 1/4 – corpo umano e ambiente terrestre
(Elementi e chimica: il “continuo ciclo degli elementi tra le sfere terrestri, litosfera, atmosfera, idrosfera, biosfera”)

“Siamo polvere di stelle” 2/5 – gli elementi nel corpo umano
(4 costitutenti, 7 macro e 39 micro e oligo elementi, di cui 19 essenziali)

 Siamo polvere di stelle” 3/5_A – l’armonia di sostanze e minerali
(ruoli fisiologici, caratteristiche, funzioni e tossicità delle “vitamine inorganiche” essenziali; “uno per uno i 50”, tutti gli essenziali)
 Siamo polvere di stelle” 3/5_B – l’armonia di sostanze e minerali
(ruoli fisiologici, caratteristiche, funzioni e tossicità delle “vitamine inorganiche” essenziali; “uno per uno i 50”, i non essenziali ed “elenco dei materiali di Bio-edilizia”)
 Siamo polvere di stelle” 4/5-ABC dell’Atomo
(breve ripasso di chimica e fisica propedeutico all’evoluzione stellare: atomi, ioni, isotopi, livelli energetici, Quanti e molecole)
Siamo polvere di stelle” 4/5-Atomo, approfondimenti
(5 affascinanti approfondimenti sull’atomo: è vuoto? com’è la sua vita? le 4 interazioni fondamentali? si può fotografare? orbite o orbitali?)
“Siamo polvere di stelle” 4/5_B – Tavola Periodica degli Elementi
(ci siamo dentro TUTTI: noi, la Terra, il Sistema Solare, nebulose, galassie, supernovae … perfino il tuo vicino e la suocera, tutto e tutti)

“Siamo polvere di stelle” 5/5 – Evoluzione Stellare
(le Stelle come fucine degli elementi)

Link di riferimento:
Siamo figli delle stelle“, di Vincenzo Zappalà, Astronomia.com
L’Universo è dentro di noi“, libro di Brian Clegg, per Media Inaf Davide Coero Borga
Di cosa siamo fatti? Un confronto tra la chimica del corpo umano e quella del resto della Terra“, di Earthlearningidea.com
Elementi in traccia: ruolo biologico e aspetti nutrizionali per l’uomo“, di Ingrao, Santaroni, Tomassi, Istituto Nazionale della Nutrizione, Roma
Funzione dei minerali“, professor Renato De Magistris
I minerali (l’ABC) e la loro funzione nell’organismo umano“, Best5.it
I nomi degli elementi e la loro origine“, Liceo Rodolico di Firenze, dal libro Mondadori “Chimica per noi“, Tottola, Righetti, Allegrezza 2010

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