SELEN: ZGODOVINA, LASTNOSTI, STRUKTURA, PRIDOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Selen je nekovinski kemijski element, ki spada v skupino 16 periodnega sistema in ki jo predstavlja simbol. Ta element ima vmesne lastnosti med žveplom in telurjem, ki sta člana iste skupine.

Selen sta leta 1817 odkrila Jöhs J. Berzelius in John G. Gahn, ki sta pri hlapanju pirita opazila rdeč ostanek (spodnja slika). Sprva so jo zamenjali s telurijem, a pozneje so spoznali, da imajo opravka z novim elementom.

Viala z amorfnim rdečim selenom, najbolj znan alotrop za ta element. Vir: W. Oelen

Berzelius je novi element imenoval selen, ki temelji na imenu "selene", kar pomeni "boginja Lune." Selen je bistven element v sledeh za rastline in živali, čeprav je v visokih koncentracijah strupen.

Selen ima tri glavne alotropne oblike: rdečo, črno in sivo. Slednji ima lastnost spreminjati svojo električno prevodnost glede na jakost svetlobe, ki jo seva (fotoprevodnik), za kar je imel veliko aplikacij.

Selen je v zemeljski skorji zelo razširjen, vendar minerali, ki ga vsebujejo, niso obilni, zato selena ne rudi.

Pridobiva se predvsem kot stranski produkt procesa rafiniranja bakra. Selen se kopiči v blatu, ki ga najdemo na anodi celic za elektrolizo.

Človeška bitja imajo približno 25 selenoproteinov, od katerih nekateri delujejo antioksidativno in nadzorujejo nastajanje prostih radikalov. Prav tako obstajajo aminokisline selena, kot sta selenometionin in selenocistein.

Zgodovina

Prvo opazovanje

Alkimist Arnold de Villanova je morda opazoval selen leta 1230. Šolal se je za medicino na pariški Sorboni in bil celo zdravnik papeža Klementa V.

Villanova v svoji knjigi Rosarium Philosophorum opisuje rdeče žveplo ali "žveplovo rebeum", ki je po uparjanju žvepla ostalo v peči. To rdeče žveplo je bilo morda alotrop selena.

Odkritje

Leta 1817 sta Jöhs Jakob Berzelius in John Gottlieb Gahn v kemičnem obratu za proizvodnjo žveplove kisline v bližini Gripsholma na Švedskem odkrila selen. Surovina za izdelavo kisline je bil pirit, ki je bil pridobljen iz rudnika Falun.

Berzeliusa je prizadel obstoj rdečega ostanka, ki je ostal po svinčevi posodi po žganju.

Tudi Berzelius in Gahn sta opazila, da ima rdeči ostanek močan hrenov vonj, podoben vonju po telurju. Zato je svojemu prijatelju Marectu napisal, da verjamejo, da je opazovano nahajališče spojina telurja.

Vendar je Berselius nadaljeval z analizo materiala, deponiranega ob sežiganju pirita, in ponovno preučil, da telur ni bil najden v rudniku Falun. Februarja 1818 je sklenil, da je odkril nov element.

Izvor njenega imena

Berzelius je poudaril, da je bil novi element kombinacija žvepla in telurja ter da mu je podobnost telurja z novim elementom dala ime po novi snovi.

Berzelius je pojasnil, da "Tellus" pomeni boginja zemlje. Martin Klaport je leta 1799 to ime dal teluru in zapisal: "Nobenega elementa se ne imenuje tako. To je bilo treba storiti! "

Zaradi podobnosti telurja z novo snovjo ga je Berzelius poimenoval z besedo selen, ki izhaja iz grške besede "selene", kar pomeni "boginja meseca".

Razvoj vaših aplikacij

Leta 1873 je Willoughby Smith odkril, da je električna prevodnost selena odvisna od svetlobe, ki ga seva. Ta lastnost je omogočila, da ima selen številne aplikacije.

Alexander Graham Bell je leta 1979 v svojem telefonu uporabil selen. Selenium proizvaja električni tok, sorazmeren intenziteti svetlobe, ki ga osvetljuje, saj se uporablja v merilcih svetlobe, varnostnih mehanizmih za odpiranje in zapiranje vrat itd.

Uporaba usmernikov selena v elektroniki se je začela v tridesetih letih prejšnjega stoletja, s številnimi komercialnimi aplikacijami. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so ga v usmernike izpodrineli silicij.

Leta 1957 so odkrili, da je selen bistven element za življenje sesalcev, saj je prisoten v encimih, ki ščitijo pred reaktivnim kisikom in prostimi radikali. Poleg tega so odkrili obstoj aminokislin, kot je selenomethionin.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz

Ker je za selen več alotropov, se njegov fizični videz razlikuje. Običajno se pojavi v obliki praškaste barve.

Standardna atomska teža

78.971 u

Atomska številka (Z)

3. 4

Tališče

221 ° C

Vrelišče

685 ºC

Gostota

Gostota selena se spreminja, odvisno od tega, kateri alotrop ali polimorf se šteje. Nekaj ​​njegovih gostot, določenih pri sobni temperaturi, je:

Siva: 4,819 g / cm ³

Alfa: 4,39 g / cm ³

Staklaste snovi: 4,28 g / cm ³

Tekoče stanje (tališče): 3,99 g / cm ³

Vročina fuzije

Siva: 6,69 kJ / mol

Toplota izparevanja

95,48 kJ / mol

Molarna kalorična zmogljivost

25.363 J / (mol K)

Oksidacijske številke

Selen se lahko veže v svojih spojinah, kar kaže na naslednja števila ali oksidacijska stanja: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Med vsemi najpomembnejšimi so -2 (Se ^2- ), +4 (Se ⁴⁺ ) in +6 (Se ⁶⁺ ).

Na primer, v SEO ₂ , selen ima številne oksidacijsko +4; da je obstoj SE ^{4 in novejše različice} kationa (Se ⁴⁺ O ₂ ^2- ) Predpostavlja . Podobno kot SeO ₃ ima tudi selen oksidacijsko število +6 (Se ⁶⁺ O ₃ ^2- ).

V vodika selenida H ₂ Se, selen ima oksidacijsko število z -2; to je, zopet, domneva obstoj iona ali aniona Se ^2- (H ₂ ⁺ Se ^2- ). To je zato, ker je selen bolj elektronegativen od vodika.

Elektronegativnost

2,55 po Paulingovi lestvici.

Ionizacijska energija

-Prvič: 941 kJ / mol.

-Sekunda: 2.045 kJ / mol.

-Tretje: 2.973,7 kJ / mol.

Magnetni red

Diamagnetno.

Trdota

2,0 po Mohsovi lestvici.

Izotopi

Obstaja pet naravnih in stabilnih izotopov selena, ki so prikazani spodaj s svojo številčnostjo:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9,23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

Alotropija

Steklenica s črnim selenom prevlečena s tankim filmom sivega selena. Vir: W. Oelen

Selen, pripravljen v kemičnih reakcijah, je opeko-rdeč amorfni prah, ki se hitro stopi v steklasti črni obliki, podobni krožnikom rožnega venca (zgornja slika). Črni selen je krhka in sijoča ​​trdna snov.

Prav tako je črni selen rahlo topen v ogljikovem sulfidu. Ko se ta raztopina segreje na 180 ° C, se obori siv selen, njegov najbolj stabilen in gost alotrop.

Sivi selen je odporen proti oksidaciji in je inerten na delovanje neoksidirajočih kislin. Glavna lastnost tega selena je njegova fotoprevodnost. Ko je osvetljena, se njegova električna prevodnost poveča za faktor 10 do 15-krat.

Reaktivnost

Selen v njegovih spojinah obstaja v oksidacijskih stanjih -2, +4 in +6. Kaže jasno težnjo po tvorbi kislin v višjih oksidacijskih stanjih. Spojine, ki imajo selen z oksidacijskim stanjem -2, imenujemo selenidi (Se ^2- ).

Reakcija z vodikom

Selen reagira z vodikom in tvori vodikov selenid (H ₂ Se), brezbarven, vnetljiv in neprijeten plin.

Reakcija s kisikom

Selen opekline oddaja modri plamen in tvori selenov dioksid:

Se ₈ (s) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

Selen oksid je trdna, bela, polimerna snov. Njegova hidracija tvori selentno kislino (H ₂ SeO ₃ ). Selen tvori tudi selenov trioksid (SeO ₃ ), analogen žveplu (SO ₃ ).

Reakcija s halogeni

Selen reagira s fluorom, da tvori selenov heksafluorid:

Se ₈ (s) + 24 F ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Selen reagira s klorom in bromom, da tvori disilenijev diklorid oziroma dibromid:

Se ₈ (s) + 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Se ₈ (s) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Selen lahko tvori tudi SeF ₄ in SeCl ₄ .

Po drugi strani selen tvori spojine, v katerih se atom selena združi z enim halogena in drugim kisikom. Pomemben primer je selen oksiklorid (SEO ₂ Cl ₂ ), s selenom v stanju 6 oksidacija, izjemno močan topilu.

Reakcija s kovinami

Selen reagira s kovinami in tvori selenide iz aluminija, kadmija in natrija. Kemijska enačba spodaj ustreza tisti, ki nastane pri nastajanju aluminijevega selenida:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Seleniti

Selen tvori soli, znane kot seleniti; na primer: srebrni selenit (Ag ₂ SeO ₃ ) in natrijev selenit (Na ₂ SeO ₃ ). To ime so v literarnem kontekstu uporabljali za označevanje prebivalcev Lune: Selencev.

Kisline

Najpomembnejša kislina v selenu je selenska kislina (H ₂ SeO ₄ ). Je močan kot žveplova kislina in se lažje zmanjša.

Struktura in elektronska konfiguracija

- Selen in njegove povezave

Selen ima šest valenčnih elektronov, zato se nahaja v skupini 16, enako kisiku in žveplu. Teh elektronskih konfiguracij je teh šest elektronov v orbiti 4s in 4p:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Zato mora, tako kot žveplo, oblikovati dve kovalentni vezi, da dokonča oktet valencije; čeprav ima na voljo svoje 4d orbite, da se veže z več kot dvema atomoma. Tako se trije atomi selena združijo in tvorijo dve kovalentni vezi: Se-Se-Se.

Selen z največjo atomsko maso ima naravno težnjo po tvorbi struktur, ki jih upravljajo kovalentne vezi; namesto da bi bili razporejeni kot diatomske molekule Se ₂ , Se = Se, analogno O ₂ , O = O.

- Prstani ali verige

Med molekularnimi strukturami, ki jih atomi selena prevzamejo, lahko na splošno omenimo dve: obroči ali verige. Upoštevajte, da v hipotetičnem primeru Se ₃ skrajni atomi Se še vedno potrebujejo elektrone; zato jih je treba zaporedno vezati na druge atome, dokler se veriga ne more zapreti v obroč.

Najpogostejši obroči so osemčlanski obroči ali atomi selena: Se ₈ (selenitna krona). Zakaj osem? Ker je manjši prstan, več stresa bo; to pomeni, da so koti njihovih obveznic odstopajo od naravnih vrednot, ki jih njihovi sp ³ hibridizacije (podobne, kaj se zgodi z cikloalkanov).

Ker je osem atomov ločitev med atomi Se-Se zadostna, da so njihove vezi "sproščene" in ne "upognjene"; čeprav je kot njegovih povezav 105,7º in ne 109,5º. Po drugi strani so lahko manjši obroči: Se ₆ in Se ₇ .

Obročne enote selena, predstavljene z modelom kroglic in palic. Vir: Benjah-bmm27.

Enote obroča Se ₈ so prikazane na zgornji sliki . Upoštevajte podobnost žveplove krone; le da so večji in težji.

Poleg obročev so atomi selena lahko razporejeni tudi v spiralnih verigah (pomislite na spiralna stopnišča):

Vijačne selenske verige. Vir: Materialscientist na angleški Wikipediji

Na njihovih koncih so lahko končne dvojne vezi (-Se = Se) ali Se ₈ obroči .

- Alotropi

Upoštevajoč, da so lahko vijačni obroči ali verige selena in da se lahko njihove dimenzije razlikujejo tudi glede na število atomov, ki jih vsebujejo, potem je očitno, da je za ta element več kot en alotrop; torej čiste trdne snovi selena, vendar z različnimi molekularnimi strukturami.

Rdeči selen

Med najvidnejšimi alotropi selena imamo rdečo barvo, ki se lahko pojavi kot amorfen prah ali kot monoklinski in polimorfni kristali (glej sliko obročev Se ₈ ).

V amorfnem rdečem selenu so strukture neurejene, brez vidnih vzorcev; medtem ko v leči obroči vzpostavijo monoklinično strukturo. Rdeči kristalni selen je polimorfen, ima tri faze: α, β in γ, ki se razlikujejo po gostoti.

Črni selen

Tudi struktura črnega selena je sestavljena iz obročev; vendar ne z osmimi člani, ampak z mnogimi več, ki segajo do prstanov s tisoč atomi (Se ₁₀₀₀ ). Nato je rečeno, da je njegova struktura zapletena in je sestavljena iz polimernih obročev; nekateri večji ali manjši od drugih.

Ker obstajajo polimerni obroči različnih velikosti, je težko pričakovati, da bodo vzpostavili strukturni red; tako je črni selen tudi amorfen, vendar ima v nasprotju z zgoraj omenjenim rdečkastim prahom steklene teksture, čeprav je krhek.

Sivi selen

In končno, od najpreprostejših alotropov selena je siva barva, ki izstopa nad drugimi, saj je v normalnih pogojih najbolj stabilna in ima tudi kovinski videz.

Njeni kristali so lahko šestkotni ali trigonalni, ki jih določijo londonske disperzijske sile med njegovimi polimernimi spiralnimi verigami (zgornja slika). Kot njunih vezi je 130,1º, kar kaže na pozitivno odstopanje od tetraedrske okolice (s koti 109,5º).

Zato selen spiralne verige dajejo vtis, da so "odprte". V tej strukturi so atomi Se obrnjeni drug proti drugemu, zato mora biti v teoriji večje prekrivanje njihovih orbitalov, da se ustvarijo prevodni pasovi.

Vročina s povečanjem molekulskih vibracij poškoduje te pasove, ko verige postanejo neurejene; medtem ko energija fotona neposredno vpliva na elektrone, jih navdušuje in spodbuja njihove transakcije. S tega vidika si je fotoprevodljivost za sivi selen "enostavno" predstavljati.

Kje najti in izdelati

Čeprav je selen široko razširjen, je selen redek element. Najdemo ga v izvornem stanju, povezanega z žveplom in minerali, kot so evkairit (CuAgSe), klaustalit (PbSe), naumanit (Ag ₂ Se) in krokezit.

Selen najdemo kot nečistočo, ki v majhnem delu žveplovih mineralov kovin nadomesti žveplo; kot so baker, svinec, srebro itd.

Obstajajo tla, na katerih selen obstaja v topni obliki selenov. Deževnice jih prenašajo v reke in od tam v ocean.

Nekatere rastline lahko absorbirajo in koncentrirajo selen. Na primer, skodelica brazilskih oreščkov vsebuje 544 µg selena, količina, ki je enaka 777% dnevne priporočene količine selena.

V živih bitjih selen najdemo v nekaterih aminokislinah, kot so: selenometionin, selenocistein in metilselenocistein. Selenocistein in selenit se reducirata v vodikov selenid.

Elektroliza bakra

Za selen ni rudarjenja. Večina je pridobljena kot stranski produkt procesa rafiniranja bakra, ki ga najdemo v blatu, ki se nabira na anodi.

Prvi korak je proizvodnja selenovega dioksida. Za to se anodni blato obdela z natrijevim karbonatom, da nastane njegova oksidacija. Nato dodamo vodo selenskemu oksidu in jo nakisamo, da nastane selenska kislina.

Nazadnje semensko kislino obdelamo z žveplovim dioksidom, da jo zmanjšamo in dobimo elementarni selen.

Pri drugi metodi v mešanici blata in blata, ki nastane pri proizvodnji žveplove kisline, dobimo nečist rdeč selen, ki je raztopljen v žveplovi kislini.

Nato nastaneta selenicna kislina in selenska kislina. Ta selenska kislina je obravnavana enako kot prejšnja metoda.

Uporabljamo lahko tudi klor, ki deluje na kovinske selenide, da nastanejo hlapne klorirane spojine selena; kot so: SE ₂ Cl ₂ , SeCl ₄ , SeCl ₂ in SeOCl ₂ .

Te spojine se v postopku, ki ga izvajamo v vodi, pretvorijo v selensko kislino, ki jo obdelamo z žveplovim dioksidom, da selen sprosti.

Biološka vloga

Pomanjkanje

Selen je bistven element v sledeh za rastline in živali, katerih pomanjkanje pri ljudeh je povzročilo resne motnje, kot je Keshanova bolezen; bolezen, za katero je značilna poškodba miokarda.

Poleg tega je pomanjkanje selena povezano z moško neplodnostjo in lahko igra vlogo pri bolezni Kašin-Becka, tipu osteoartritisa. Tudi pri revmatoidnem artritisu so opazili pomanjkanje selena.

Encimski kofaktor

Selen je sestavina encimov z antioksidativnim delovanjem, kot sta glutation peroksidaza in tioredoksin reduktaza, ki delujeta pri izločanju snovi z reaktivnim kisikom.

Poleg tega je selen kofaktor deiodinaz ščitničnega hormona. Ti encimi so pomembni pri uravnavanju delovanja ščitničnih hormonov.

O uporabi selena so poročali pri zdravljenju Hasimotove bolezni, avtoimunske bolezni s tvorbo protiteles proti ščitničnim celicam.

Selen je bil uporabljen tudi za zmanjšanje toksičnih učinkov živega srebra, saj nekateri njegovi učinki delujejo na selen odvisnih antioksidativnih encimov.

Beljakovine in aminokisline

Človek ima približno 25 selenoproteinov, ki izvajajo antioksidativno delovanje za zaščito pred oksidativnim stresom, ki ga sproži presežek reaktivnih kisikovih vrst (ROS) in reaktivnih dušikovih vrst (NOS).

Pri ljudeh so odkrili aminokislini selenometiocin in selenocistein. Selenometionin se uporablja kot prehransko dopolnilo pri zdravljenju stanja pomanjkanja selena.

Tveganja

Visoka telesna koncentracija selena lahko ima številne škodljive učinke na zdravje, od krhkih las in krhkih nohtov do kožnih izpuščajev, vročine, edema kože in močnih bolečin.

Med zdravljenjem selena v stiku z očmi lahko ljudje občutijo pekočino, draženje in solzenje. Medtem lahko dolgotrajna izpostavljenost kadu z veliko selena povzroči pljučni edem, česnov zadah in bronhitis.

Poleg tega lahko oseba doživi pnevmonitis, slabost, mrzlico, vročino, vneto grlo, drisko in hepatomegalijo.

Selen lahko deluje z drugimi zdravili in prehranskimi dopolnili, kot so antacidi, antineoplastična zdravila, kortikosteroidi, niacin in kontracepcijske tablete.

Selen je povezan s povečanim tveganjem za nastanek kožnega raka. Raziskava Nacionalnega inštituta za rak je pokazala, da imajo moški z visoko telesno raven selena dvakrat večjo verjetnost, da bodo imeli agresivni rak prostate.

Študija kaže, da dnevni vnos 200 µg selena poveča možnost za razvoj diabetesa tipa II za 50%.

Prijave

Kozmetika

Selen sulfid se uporablja pri zdravljenju seboreje, pa tudi mastnih ali prhljajih las.

Zdravniki

Uporablja se kot alternativno zdravilo pri zdravljenju bolezni Hasimoto, avtoimunske bolezni ščitnice.

Selen zmanjšuje strupenost živega srebra, eno njegovih strupenih dejavnosti izvajajo na deoksidacijskih encimih, ki selen uporabljajo kot kofaktor.

Elektroliza mangana

Uporaba selenovega oksida pri elektrolizi mangana znatno zmanjša stroške tehnike, saj zmanjša porabo električne energije.

Pigment

Selen se uporablja kot pigment v barvah, plastiki, keramiki in steklu. Barva kozarca se odvisno od uporabljenega selena razlikuje od temno rdeče do svetlo oranžne.

Fotoprevodnik

Zaradi lastnosti sivega selena, da spreminja svojo električno prevodnost kot funkcijo jakosti svetlobe, ki ga seva, selen uporablja v fotokopirnih strojih, fotocelicah, fotometrih in sončnih celicah.

Uporaba selena v fotokopirnih strojih je bila ena glavnih aplikacij selena; vendar videz organskih fotoprevodnikov zmanjšuje njihovo uporabo.

Kristali

Selen se uporablja za razbarvanje kozarcev, kar je posledica prisotnosti železa, ki daje zeleno ali rumeno barvo. Poleg tega omogoča rdeče obarvanje kozarca, odvisno od uporabe, ki jo želite dati.

Vulkanizacija

Selen dietilditiokarbonat se uporablja kot vulkanizirno sredstvo za gumarske izdelke.

Zlitine

Selen se uporablja v kombinaciji z bizmutom v medenini, da nadomesti svinec; Zelo strupen element, ki zmanjšuje njegovo uporabo zaradi priporočil zdravstvenih organizacij.

Selen se v majhnih koncentracijah doda jeklu in zlitinam bakra za izboljšanje uporabnosti teh kovin.

Usmerniki

Selenski usmerniki so se začeli uporabljati leta 1933 do sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko jih je zaradi nizkih stroškov in vrhunske kakovosti nadomestil silicij.

Reference

1. Kraljevi avstralski kemijski inštitut. (2011). Selen. . Pridobljeno: raci.org.au
2. Wikipedija. (2019). Selen. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (sf). Novi alotropi glavnih elementov skupine. . Pridobljeno: tcichemicals.com
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Elementi elementa selena. Kemikool. Pridobljeno: chemicool.com
5. Robert C. Brasted. (28. avgusta 2019). Selen. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
6. Marques Miguel. (sf). Selen. Pridobljeno iz: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, dr. (03. julij 2019). Dejstva selena. Pridobljeno: misel.com
8. Lenntech BV (2019). Periodična tabela: selen. Pridobljeno: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Selen: njegova vloga antioksidanta v zdravju ljudi. Okoljsko zdravje in preventivna medicina, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Pisarna prehranskih dopolnil. (9. julij 2019). Selen: list z dejstvi za zdravstvene delavce. Nacionalni inštitut za zdravje. Pridobljeno od: ods.od.nih.gov