邹辰晨 天津市实验中学

摘要：日常生活中，许多看似平凡的现象背后都隐藏着化学的奥秘。高中化学作为一门基础学科，为我们揭示了这些现象的本质，如龋齿的形成与预防。本文旨在从高中化学的视角，以生动的语言揭秘“诞生”过程，并分享一些有效的“防御”秘籍。

关键词：龋齿、高中化学、沉淀溶解平衡、电化学

一、引言

在人生的每个篇章中，牙齿的健康犹如乐章中的和谐音符，不可或缺。儿时，在父母长辈的口中，我们就经常听到：吃糖不刷牙，牙齿上就会生出小虫子，啃食我们的牙齿。长大后，当我们凝视镜中，也会对这些不请自来的龋齿感到困惑与烦恼：他们究竟是如何在我们的微笑中悄然扎根的呢？解答这一问题的钥匙实际上隐藏在我们高中化学学科的学习中，今天就让我们一同踏入这场奇妙的探索之旅，揭开龋齿神秘的面纱吧（图1）！

图1 龋齿示意图

二、龋齿的形成过程

在口腔这个微小而繁忙的世界里，在这个看似平静的表象之下，一场无声的战役正在悄然上演。

1.细菌的“酸雨攻击”。龋齿，就是牙齿上面被打了一个洞，很多人都喜欢叫它虫牙，就好像是真的被虫子啃过一样，难道在我们的牙齿上真的生长着一堆虫子么（图2）？这些虫子很小，通过肉眼我们无法观察到，因此我们只能使用显微镜进行研究。这些小虫子们有一个家族名称——细菌。

图2 细菌战

事实上，龋齿的形成是牙齿硬组织逐渐被酸蚀破坏的过程，牙齿中心为牙髓，外侧为牙本质；牙冠表面覆盖牙釉质，牙根表面覆盖牙骨质。牙釉质覆盖在牙齿表面，作为人体最坚硬的天然屏障，就好像是忠诚的卫兵守护着这座“白色城堡”。釉质层的主要成分是难溶的羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]，这是一种具有很强抗酸蚀性的难溶电解质，在口腔中存在以下沉淀溶解平衡：。然而再优秀的战士也经不住狡猾的细菌间谍们的“酸雨攻击”。在口腔中，食物残渣与口腔细菌相遇，就像是化学反应中的反应物，他们在口腔这个“微型实验室”里发生反应，编织一张名为“牙菌斑”的隐形网络，这张网络不仅为细菌提供了庇护所，更是他们策划“酸雨攻击”的指挥中心。每当糖分这一“致命诱惑”降临，细菌便迅速将其转化为酸性物质，仿佛是在进行一场化学武器的制造。细菌在分解食物过程中会产生有机酸，如乙酸、乳酸等。这些有机酸长时间与牙齿表面密切接触，可以电离出H+，H+与羟基磷灰石电离出的PO43-反应，根据沉淀溶解平衡理论，可逆反应中产物不断被消耗，促使平衡向正向移动（图3），牙齿的釉质层逐渐溶解，最终导致龋齿[1]。

图3 羟基磷灰石的沉淀溶解平衡

电化学腐蚀的“助攻”。近年来，生物化学蓬勃发展，牙釉质的晶体和微晶结构及其具有的包括电化学性能在内的各向异性等重要特性已经证实了牙釉质本质是一种有经典筛选作用的离子筛。根据对牙齿电位测试的研究数据表明，龋齿牙齿表面与健康牙齿之间存在显著电位差（如表1）：106颗龋坏牙齿的龋坏组织表面均为负电位，但若去除龋坏牙齿的龋坏组织后，龋洞髓壁表面的电位基本达到正常牙齿表面的电位水平[2]。这种电位差在口腔环境内形成了天然的原电池系统，龋齿牙面的负电位构成原电池的负极，与附近的唾液发生氧化反应，加速羟基磷灰石的溶解，导致脱矿，形成“虫洞”；而健康牙面的正电位构成原电池的正极，与附近的唾液发生还原反应。这种电化学腐蚀是一种自发过程，持续扩展，最后形成了特征性的龋洞结构。

表1 牙齿组织表面电位

| 组别 | 例数 | χ±s（mV） |

| 龋坏组织表面组 | 106 | -126.77±67.29* |

| 龋洞髓壁表面组 | 24 | -4.98±15.87** |

| 正常牙齿表面组 | 34 | -6.15±13.38 |

*与正常牙齿表面组和龋洞髓壁表面组相差显著，P<0.01

** 与正常牙齿表面组相差不显著，P>0.05

三、龋齿的化学防御策略

1.减少H+的生成。（1）饮食习惯。高糖、高碳水化合物的食物是细菌们的“珍宝”，他们会为细菌产酸提供底物，使口腔局部 pH 下降，使得牙釉质继续分解，加速龋齿的形成。因此，我们尤其是孩子应该尽量减少这些食物的摄入，保持均衡的饮食结构。（2）口腔卫生习惯。当我们食用大量食物后，食物的残渣“搁浅”在我们的牙齿和口腔中，因此需要我们及时进行“障碍的扫除”——正确及时的刷牙。不正确的刷牙方法和刷牙时间的不足会导致残渣“助纣为虐”，从而增加了龋齿的风险。

2.增加Ca2+等离子的浓度。从化学的沉淀溶解平衡角度出发，羟基磷酸钙分解生成Ca2+、PO43-、OH-是个可逆反应，因此提高生成物的浓度会促使反应平衡逆向移动，防止羟基磷酸钙分解，从而防止牙釉质脱矿。很多现在很多牙膏中都含有一些含钙的化合物，如部分牙膏会加入钙盐、磷酸盐或再矿化成分，实际效果取决于配方和使用方式。

3.使用含氟牙膏。含氟牙膏因其显著的防龋效果，已成为全球口腔保健的首选方案。含氟牙膏中的含氟物质主要为氟化钾、氟化钠、单氟磷酸钠、氟化亚锡、胺氟化物等。（1）抑制牙釉质溶解。这些氟化物能够通过刷牙补充到牙齿表面，根据查表我们可知羟基磷酸钙和氟磷酸钙的沉淀溶解平衡常数，并由沉淀平衡常数知道氟磷酸钙更难溶，沉淀溶解平衡中我们曾讲过沉淀会向着生成更难溶的物质方向进行转化，并通过计算发现图示反应的平衡常数数值很大，由此可知该反应能够进行的很完全。这种新形成的氟磷灰石晶体结构对微生物产生的酸性物质和溶解酶等具有更强的防御能力，从而有效抑制牙釉质的溶解。（2）促进脱矿牙齿再矿化。使用含氟牙膏时，氟离子除了转化为氟磷灰石以外，还会与唾液中的钙离子结合形成氟化钙（CaF2）储备库。当口腔微生物代谢增强，酸性物质增多时，这些氟化钙微沉积物随即成为“智能缓释系统”，重新释放出氟离子和钙离子，这些离子可以与脱矿区域溶解的游离羟基磷灰石结合，再次形成氟磷灰石，促进脱矿牙齿的再矿化[3]。

化学在生活中无处不在，它悄然渗透于我们日常的每一个细节之中，从烹饪美食时的调味与营养保留，到医疗保健中的药物合成与疾病诊断；从环境保护中的污染物处理与新材料开发，到能源利用中的化石燃料转化与新能源探索……无一不彰显着化学的神奇魅力与重要作用。而在生活中，沉淀溶解平衡也随处可见，如溶洞中的钟乳石和石笋和水泥的硬化等……化学这种科学学科正以其独特的方式，默默地塑造和丰富着我们的生活。

参考文献：

刘晓静,郑宝山,王滨滨,等.茶防龋研究进展[J].地球与环境,2005,(02):91-96.

王成龙,黄力子,李振钢,等.龋坏组织表面负电位及其形成机理的初步探讨[J].华西口腔医学杂志,1999,(03):288-289.

许琼莉,周娟.氟对牙齿健康的影响[J].医学综述,2014,20(17):3163-3165.