СЕЛЕН: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПОЛУЧАВАНЕ, УПОТРЕБИ - ХИМИЯ - 2026

В Селен е неметални химичен елемент, принадлежащ към група 16 от периодичната таблица и който е представен със символа е. Този елемент има междинни свойства между сяра и телур, които са членове на една и съща група.

Селенът е открит през 1817 г. от Йос Дж. Берцелиус и Джон Г. Ган, които при изпаряване на пирита наблюдават червен остатък (долно изображение). Отначало го объркаха с телура, но по-късно разбраха, че имат работа с нов елемент.

Флакон с аморфен червен селен, най-известният алотроп за този елемент. Източник: W. Oelen

Берцелий нарече новия елемент селен, въз основа на името "селен", което означава "богиня на Луната". Селенът е основен микроелемент за растенията и животните, въпреки че във високи концентрации е токсичен елемент.

Селенът има три основни алотропни форми: червена, черна и сива. Последният има свойството да променя своята електрическа проводимост в зависимост от интензивността на светлината, която го излъчва (фотопроводник), за което има много приложения.

Селенът е широко разпространен в земната кора, но минералите, които го съдържат, не са в изобилие, така че не се добива селен.

Получава се главно като страничен продукт от процеса на рафиниране на медната електролиза. Селенът се натрупва в тинята, открита на анода на клетките за електролиза.

Човешките същества притежават около 25 селенопротеини, някои от които имат антиоксидантно действие и контролират генерирането на свободни радикали. Също така има аминокиселини на селен, като селенометионин и селеноцистеин.

история

Първо наблюдение

Алхимикът Арнолд де Виланова може да е наблюдавал селена през 1230 г. Той е тренирал медицина в Сорбоната в Париж и дори е бил лекар на папа Климент V.

Виланова в книгата си Rosarium Philosophorum описва червена сяра или „сярна ребеум“, останала в пещ след изпаряване на сярата. Тази червена сяра може да е алотроп на селен.

откритие

През 1817 г. Йош Якоб Берзелиус и Джон Готлиб Ган откриват селен в химическо предприятие за производство на сярна киселина, близо до Грипсхолм, Швеция. Суровината за получаване на киселината беше пирит, който беше извлечен от мина на Фалун.

Берзелий бил поражен от наличието на червен остатък, който останал в оловен съд след изгарянето на сярата.

Освен това Берцелий и Ган забелязали, че червеният остатък има силен хрянов мирис, подобен на този на телур. Ето защо той пише на своя приятел Марект, че те вярват, че наблюдаваното находище е съединение на телур.

Берселий обаче продължи да анализира материала, депониран при изгарянето на пирита, и преразгледа, че телур не е намерен в мина Фалун. През февруари 1818 г. той заключава, че е открил нов елемент.

Произход на името му

Берцелий посочи, че новият елемент е комбинация от сяра и телур и че приликата на телура с новия елемент му е дала възможност да назове новото вещество селен.

Берцелий обясни, че „телус“ означава богиня на земята. Мартин Клапорт през 1799 г. дава това име на телур и пише: „Нито един елемент не се нарича така. Трябваше да се направи! "

Поради приликата на телура с новото вещество, Берцелий го нарече с думата селен, получена от гръцката дума „селен“, която означава „богиня на Луната“.

Разработване на вашите приложения

През 1873 г. Уилоуби Смит открива, че електрическата проводимост на селена зависи от светлината, която го излъчва. Това свойство позволи на селена да има многобройни приложения.

Александър Греъм Бел през 1979 г. използва селен във фотофона си. Селен произвежда електрически ток, пропорционален на интензитета на светлината, която го осветява, използва се в светломери, защитни механизми за отваряне и затваряне на врати и др.

Използването на селенови изправители в електрониката започва през 30-те години на миналия век с многобройни търговски приложения. През 70-те години е заменен в токоизправители със силиций.

През 1957 г. е открито, че селенът е важен елемент за живота на бозайниците, тъй като присъства в ензимите, които предпазват от реактивен кислород и свободни радикали. Освен това беше открито съществуването на аминокиселини като селенометионин.

Физични и химични свойства

Външен вид

Тъй като има няколко алотропи за селен, неговият физически вид варира. Обикновено се проявява като червеникаво твърдо вещество в прахообразна форма.

Стандартно атомно тегло

78.971 u

Атомно число (Z)

3. 4

Точка на топене

221 ºC

Точка на кипене

685 ºC

плътност

Плътността на селена варира в зависимост от това кой алотроп или полиморф се разглежда. Някои от плътностите му, определени при стайна температура, са:

Сиво: 4.819 гр / см ³

Алфа: 4.39 g / cm ³

Стъкловидно: 4,28 g / cm ³

Течно състояние (точка на топене): 3.99 гр / см ³

Топлина от синтез

Сиво: 6,69 kJ / mol

Топлина от изпаряване

95,48 kJ / mol

Моларен калоричен капацитет

25.363 J / (мол K)

Окислителни числа

Селенът може да се свърже в своите съединения, проявявайки следните числа или състояния на окисляване: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Сред всички тях най-важните са -2 (Se ^2-), +4 (Se ⁴⁺) и +6 (Se ⁶⁺).

Например, в SEO ₂, селен има окисление на 4; което означава, че съществуването на Se ⁴⁺ катион (Se ⁴⁺ О ₂ ^2-) се приема. По подобен начин с SEO ₃, селен има окисление на 6 (Se ⁶⁺ О ₃ ^2-).

Във водородния селенид, H ₂ Se, селенът има окислително число -2; тоест отново се предполага съществуването на йон или анион Se ^2- (H ₂ ⁺ Se ^2-). Това е така, защото селенът е по-електроотрицателен от водорода.

Електроотрицателност

2,55 по скалата на Полинг.

Йонизационна енергия

-Първо: 941 kJ / mol.

-Втора: 2,045 kJ / mol.

-Трето: 2,973,7 kJ / mol.

Магнетичен ред

Диамагнитно.

твърдост

2.0 по скалата на Mohs.

Изотопи

Има пет естествени и стабилни изотопи на селен, които са показани по-долу със съответното им изобилие:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9.23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

Алотропия

Бутилка с черен селен, покрита с тънък филм от сив селен. Източник: W. Oelen

Селенът, приготвен в химически реакции, е тухленочервен аморфен прах, който, когато бързо се разтопи, води до стъклената черна форма, подобна на мъниста от розарий (горно изображение). Черен селен е крехко и сияйно твърдо вещество.

Също така, черният селен е слабо разтворим във въглероден сулфид. Когато този разтвор се нагрява до 180 ° C, се утаява сивият селен, неговият най-стабилен и плътен алотроп.

Сивият селен е устойчив на окисляване и е инертен към действието на неокислителните киселини. Основното свойство на този селен е неговата фотопроводимост. При осветяване неговата електропроводимост се увеличава с коефициент от 10 до 15 пъти.

реактивност

Селенът в неговите съединения съществува в окислителни състояния -2, +4 и +6. Той показва ясна тенденция за образуване на киселини във висшите окислителни състояния. Съединенията, които имат селен със състояние на окисление -2, се наричат ​​селениди (Se ^2-).

Реакция с водород

Селенът реагира с водород и образува водороден селенид (H ₂ Se), безцветен, запалим и неприятен газ.

Реакция с кислород

Селенът изгаря, излъчвайки син пламък и образувайки селен диоксид:

Se ₈ (s) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

Селеновият оксид е твърдо, бяло, полимерно вещество. Нейната хидратация произвежда селенова киселина (H ₂ SeO ₃). Селенът също образува селен триоксид (SEO ₃), аналогичен на сяра (SO ₃).

Реакция с халогени

Селенът реагира с флуор и образува селен хексафлуорид:

Se ₈ (s) + 24 F ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Селенът реагира с хлор и бром, за да образува съответно дисилениев дихлорид и дибромид:

Se ₈ (а) + 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Se ₈ (s) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Селенът също може да образува SeF ₄ и SeCl ₄.

От друга страна, селенът образува съединения, в които атом селен се съединява с един от халоген и друг от кислород. Важен пример е селен оксихлорид (SEO ₂ Cl ₂), с селен в състояние на 6 окисление, изключително мощен разтворител.

Реакция с метали

Селенът реагира с металите, за да образува селениди от алуминий, кадмий и натрий. Химичното уравнение по-долу съответства на това на образуването на алуминиев селенид:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Selenites

Селенът образува соли, известни като селенити; например: сребърен селенит (Ag ₂ SeO ₃) и натриев селенит (Na ₂ SeO ₃). Това име е използвано в литературен контекст за обозначаване на обитателите на Луната: Селенитите.

киселини

Най-важната киселина в селена е селеновата киселина (H ₂ SeO ₄). Той е толкова силен, колкото сярната киселина и се намалява по-лесно.

Структура и електронна конфигурация

- Селен и неговите връзки

Селенът има шест валентни електрона, поради което се намира в група 16, същата като кислорода и сярата. Тези шест електрона са в орбитали 4s и 4p, според тяхната електронна конфигурация:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Поради това е необходимо, подобно на сярата, да образува две ковалентни връзки, за да завърши своя октет на валентност; въпреки че разполага с 4d орбитали, за да се свърже с повече от два атома. Така три атома селен се събират и образуват две ковалентни връзки: Se-Se-Se.

Селенът с най-високата си атомна маса има естествена склонност да образува структури, управлявани от ковалентни връзки; вместо да бъдат подредени като диатомични молекули Se ₂, Se = Se, аналогични на O ₂, O = O.

- Пръстени или вериги

Сред молекулните структури, които атомите на селена възприемат, могат да бъдат споменати два в общи линии: пръстени или вериги. Забележете, че в Se ₃ хипотетичен случай, крайните Se атоми все още изискват електрони; следователно те трябва да бъдат свързани с други атоми последователно, докато веригата може да бъде затворена в пръстен.

Най-често срещаните пръстени са осемчленните пръстени или атомите на селен: Se ₈ (корона на селенит). Защо осем? Тъй като колкото по-малък е пръстенът, толкова повече стрес ще изтърпи; тоест ъглите на техните връзки се отклоняват от естествените стойности, зададени от техните хибридизации sp ³ (подобно на това, което се случва с циклоалканите).

Тъй като има осем атома, разделянето между Se-Se атомите е достатъчно, така че връзките им да са "отпуснати" и да не са "огънати"; въпреки че ъгълът на връзките му е 105,7º, а не 109,5º. От друга страна, може да има по-малки пръстени: Se ₆ и Se ₇.

Пръстенови единици от селен, представени от модел на сфери и пръти. Източник: Benjah-bmm27.

Елементите на пръстена Se ₈ са показани на изображението по-горе. Обърнете внимание на приликата, която имат към серните корони; само те са по-големи и по-тежки.

В допълнение към пръстените, атомите на селена могат да бъдат подредени и в спирални вериги (помислете за спирални стълбища):

Спирални селенови вериги. Източник: Materialscientist в английската Wikipedia

В краищата му може да има крайни двойни връзки (-Se = Se) или Se ₈ пръстени.

- Алотропи

Имайки предвид, че може да има спирални пръстени или вериги от селен и че размерите им също могат да варират в зависимост от броя на атомите, които съдържат, тогава е очевидно, че има повече от един алотроп за този елемент; тоест чисти твърди селени, но с различни молекулни структури.

Червен селен

Сред най-известните алотропи на селен имаме червено, което може да се прояви като аморфен прах или като моноклинни и полиморфни кристали (вижте изображението на ₈ пръстена).

В аморфния червен селен структурите са неупотребявани, без видими шарки; като има предвид, че в лещата пръстените установяват моноклинична структура. Червеният кристален селен е полиморфен, има три фази: α, β и γ, които се различават по плътността си.

Черен селен

Структурата на черния селен също се състои от пръстени; но не с осем члена, а с много повече, достигащи до пръстени от хиляда атома (Se ₁₀₀₀). Тогава се казва, че структурата му е сложна и се състои от полимерни пръстени; някои по-големи или по-малки от други.

Тъй като има полимерни пръстени с различни размери, е трудно да се очаква от тях да установят структурен ред; така че черният селен също е аморфен, но за разлика от споменатия по-горе червеникав прах има стъклени текстури, въпреки че е крехък.

Сив селен

И накрая, от най-простите алотропи на селен е сив, който се откроява над останалите, тъй като е най-стабилен при нормални условия, а също така има метален вид.

Кристалите му могат да бъдат шестоъгълни или триъгълни, установени от лондонските дисперсионни сили между неговите полимерни спирални вериги (горно изображение). Ъгълът на връзките им е 130,1º, което показва положително отклонение от тетраедричната среда (с ъгли 109,5º).

Ето защо селеновите спирални вериги създават впечатление, че са „отворени“. Посредством изясняване, в тази структура атомите Se са обърнати един към друг, така че на теория трябва да има по-голямо припокриване на техните орбитали, за да се създадат проводими ленти.

Топлината с увеличаване на молекулните вибрации уврежда тези ленти, когато веригите се разредят; докато енергията на един фотон влияе директно на електроните, вълнувайки ги и стимулирайки техните транзакции. От тази гледна точка е "лесно" да си представим фотопроводимостта на сивия селен.

Къде да намерите и производство

Въпреки че е широко разпространен, селенът е рядък елемент. Среща се в родното му състояние, свързано със сяра и минерали като евкаирит (CuAgSe), клаусталит (PbSe), науманит (Ag ₂ Se) и кроокезит.

Селенът се намира като примес, който замества сярата в малка част от серните минерали на металите; като мед, олово, сребро и т.н.

Има почви, в които селенът съществува в разтворимата форма на селенати. Те се пренасят от дъждовната вода до реките и от там, до океана.

Някои растения са в състояние да абсорбират и концентрират селен. Например, чаша бразилски ядки съдържа 544 µg селен, количество, което е еквивалентно на 777% от препоръчителното дневно количество селен.

В живите същества селенът се намира в някои аминокиселини като: селенометионин, селеноцистеин и метилселеноцистеин. Селеноцистеинът и селенитът се редуцират до водороден селенид.

Електролиза на мед

Няма добив за селен. По-голямата част от него се получава като страничен продукт от процеса на рафиниране на медната електролиза, намиращ се в тиня, който се натрупва на анода.

Първата стъпка е производството на селенов диоксид. За това анодният утайка се обработва с натриев карбонат, за да се получи окисляването му. След това се добавя вода към селенов оксид и се подкислява до образуване на селенова киселина.

Накрая селената киселина се обработва със серен диоксид, за да се намали и да се получи елементарен селен.

При друг метод в сместа от тиня и утайки, образувани при производството на сярна киселина, се получава нечист червен селен, който се разтваря в сярна киселина.

След това се образуват селенова киселина и селенова киселина. Тази селена киселина получава същото третиране като предишния метод.

Може да се използва и хлор, който действа върху метални селениди за получаване на летливи хлорирани селенинови съединения; като: Se ₂ Cl ₂, SeCl ₄, SeCl ₂ и SeOCl ₂.

Тези съединения при процес, проведен във вода, се превръщат в селенова киселина, която се обработва със серен диоксид, за да се освободи селенът.

Биологична роля

дефицит

Селенът е важен микроелемент за растенията и животните, чийто дефицит при хората е причинил сериозни нарушения като болестта на Кешан; заболяване, характеризиращо се с увреждане на миокарда.

Освен това дефицитът на селен е свързан с мъжкото безплодие и може да играе роля при болестта на Кашин-Бек, вид остеоартрит. Също така се наблюдава дефицит на селен при ревматоиден артрит.

Ензимен кофактор

Селенът е компонент на ензимите с антиоксидантно действие, като глутатион пероксидаза и тиоредоксин редуктаза, които действат при елиминирането на вещества с реактивен кислород.

Освен това селенът е кофактор на тиоидните хормони дейдиодинази. Тези ензими са важни за регулиране на работата на хормоните на щитовидната жлеза.

Съобщава се за употреба на селен при лечението на болестта на Хасимото, автоимунно заболяване с образуването на антитела срещу клетките на щитовидната жлеза.

Селенът се използва също за намаляване на токсичните ефекти на живак, тъй като някои от действията му се упражняват върху селен-зависимите антиоксидантни ензими.

Протеини и аминокиселини

Човекът има около 25 селенопротеини, които упражняват антиоксидантно действие за защита срещу оксидативен стрес, иницииран от излишък от реактивни видове кислород (ROS) и реактивни видове азот (NOS).

При хората са открити аминокиселините селенометиоцин и селеноцистеин. Селенометионин се използва като хранителна добавка за лечение на състояния на дефицит на селен.

Рискове

Високата телесна концентрация на селен може да има много вредни ефекти върху здравето, започвайки от чуплива коса и чупливи нокти, до кожни обриви, топлина, оток на кожата и силна болка.

При третиране на селен при контакт с очите, хората могат да изпитат парене, дразнене и сълзене. Междувременно продължителното излагане на дим с високо съдържание на селен може да причини белодробен оток, задух на чесън и бронхит.

Освен това човекът може да изпита пневмонит, гадене, втрисане, треска, болки в гърлото, диария и хепатомегалия.

Селенът може да взаимодейства с други лекарства и хранителни добавки, като антиациди, антинеопластични лекарства, кортикостероиди, ниацин и противозачатъчни таблетки.

Селенът е свързан с повишен риск от развитие на рак на кожата. Проучване на Националния раков институт установи, че мъжете с високо телесно ниво на селен са два пъти по-склонни да имат агресивен рак на простатата.

Проучване показва, че дневният прием на 200 µg селен увеличава възможността за развитие на диабет тип II с 50%.

Приложения

Козметични продукти

Селен сулфид се използва за лечение на себорея, както и за мазна или пърхот коса.

Лекари

Използва се като алтернативно лекарство при лечението на болестта на Хасимото, автоимунно заболяване на щитовидната жлеза.

Селенът намалява токсичността на живак, една от токсичните му активности се упражнява върху деоксидиращите ензими, които използват селен като кофактор.

Електролиза на манган

Използването на селенов оксид при електролиза на манган значително намалява разходите на техниката, тъй като намалява консумацията на електроенергия.

пигмент

Селенът се използва като пигмент в бои, пластмаси, керамика и стъкло. В зависимост от използвания селен, цветът на чашата варира от наситено червено до светло оранжево.

фотопроводящи

Поради свойството на сивия селен да променя електропроводимостта си като функция от интензитета на светлината, която го излъчва, селенът е използван във фотокопирни машини, фотоклетки, фотометри и слънчеви клетки.

Използването на селен във фотокопирни машини беше едно от основните приложения на селена; но появата на органични фотопроводници намалява тяхното използване.

кристали

Селенът се използва за обезцветяване на чашите, в резултат на наличието на желязо, което произвежда зелен или жълт цвят. В допълнение, той позволява червено оцветяване на стъклото, в зависимост от употребата, която искате да му дадете.

вулканизация

Селен диетилдитиокарбонатът се използва като вулканизиращо средство за каучукови изделия.

сплави

Селенът се използва в комбинация с бисмут в месинг, за да се замени оловото; Много токсичен елемент, който намалява употребата му поради препоръките на здравните организации.

Селенът се добавя в ниски концентрации към стомана и медни сплави, за да се подобри използваемостта на тези метали.

Токоизправители

Селеновите токоизправители започват да се използват през 1933 г. до 70-те години на миналия век, когато са заменени от силиций поради ниската си цена и превъзходното си качество.

Препратки

1. Кралски австралийски химически институт. (2011 г.). Селен., Възстановено от: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Селен. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Сато Кентаро. (SF). Нови алотропи на основни групови елементи., Възстановени от: tcichemicals.com
4. Д-р Тесто Стюарт. (2019). Факти на селенния елемент. Chemicool. Възстановено от: chemicool.com
5. Робърт С. Брасти. (28 август 2019 г.). Селен. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
6. Маркес Мигел. (SF). Селен. Възстановено от: nautilus.fis.uc.pt
7. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (03 юли 2019 г.). Факти на селен. Възстановено от: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Периодична таблица: селен. Възстановена от: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Селен: ролята му на антиоксидант в човешкото здраве. Екологично здраве и превантивна медицина, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Офис на хранителни добавки. (9 юли 2019 г.). Селен: Информационен лист за здравни специалисти. Национален институт по здравеопазване. Възстановени от: ods.od.nih.gov