SELEN: HISTORIA, EGENSKAPER, STRUKTUR, ERHÅLLANDE, ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Den Selen är ett icke-metalliskt grundämne som tillhör gruppen 16 i det periodiska systemet och som representeras av symbolen är. Detta element har mellanliggande egenskaper mellan svavel och tellur, som är medlemmar i samma grupp.

Selen upptäcktes 1817 av Jöhs J. Berzelius och John G. Gahn, som vid förångning av pyriten observerade en röd rest (nedre bild). Först förvirrade de det med tellur, men senare insåg de att de hade att göra med ett nytt element.

En injektionsflaska med amorft rött selen, den mest kända allotropen för detta element. Källa: W. Oelen

Berzelius namngav det nya elementet selen, baserat på namnet "selene" som betyder "månens gudinna." Selen är ett viktigt spårelement för växter och djur, även om det i höga koncentrationer är ett giftigt element.

Selen har tre huvudsakliga allotropiska former: röd, svart och grå. Den senare har egenskapen att modifiera sin elektriska ledningsförmåga beroende på ljusets intensitet som strålar ut det (fotoledare), för vilket det har haft många tillämpningar.

Selen är vitt distribuerat i jordskorpan, men mineralerna som innehåller det är inte rikligt, så det finns ingen utvinning av selen.

Det erhålls huvudsakligen som en biprodukt av kopparelektrolysraffineringsprocessen. Selen ackumuleras i siltet som finns vid anoden för elektrolysceller.

Människor har cirka 25 selenoproteiner, av vilka några har en antioxidantverkan och kontrollerar genereringen av fria radikaler. Det finns också aminosyror av selen, såsom selenometionin och selenocystein.

Historia

Första observation

Alkemisten Arnold de Villanova kan ha observerat selen 1230. Han utbildade sig i medicin vid Sorbonne i Paris och var till och med läkare för påven Clement V.

Villanova beskriver i sin bok Rosarium Philosophorum en röd svavel eller "svavelrefeum" som hade lämnats i en ugn efter förångningen av svaveln. Detta röda svavel kan ha varit en allotrop av selen.

Upptäckt

1817 upptäckte Jöhs Jakob Berzelius och John Gottlieb Gahn selen i en kemisk anläggning för produktion av svavelsyra, nära Gripsholm, Sverige. Råvaran för att tillverka syran var pyrit, som extraherades från en Falun-gruva.

Berzelius slogs av förekomsten av en röd rest som förblev i blybehållaren efter att svaveln hade bränt.

Berzelius och Gahn observerade också att den röda resten hade en stark pepparrotslukt, liknande den för tellur. Därför skrev han till sin vän Marect att de trodde att den observerade insättningen var en tellurförening.

Berselius fortsatte dock att analysera materialet som deponerades när pyriten förbränts och övervägde att tellur inte hade hittats i Falun-gruvan. Han drog slutsatsen i februari 1818 att han hade upptäckt ett nytt element.

Ursprunget till dess namn

Berzelius påpekade att det nya elementet var en kombination av svavel och tellur, och att likheten mellan tellur och det nya elementet hade gett honom möjlighet att namnge det nya ämnet selen.

Berzelius förklarade att "tellus" betyder gudinnan på jorden. Martin Klaport 1799 gav Tellurium detta namn och skrev: ”Inget enda element kallas det. Det måste göras! "

På grund av likheten mellan tellur och den nya substansen, Berzelius namngav det med ordet selen, härrörande från det grekiska ordet "selene" som betyder "månens gudinna."

Utveckling av dina applikationer

1873 upptäckte Willoughby Smith att den elektriska ledningsförmågan hos selen berodde på ljuset som utstrålade det. Den här egenskapen gjorde att selen kunde ha många tillämpningar.

Alexander Graham Bell 1979 använde selen i sin fotofon. Selen producerar en elektrisk ström som är proportionell mot ljusintensiteten som lyser upp den, används i ljusmätare, säkerhetsmekanismer för att öppna och stänga dörrar, etc.

Användningen av selenriktare i elektronik började på 1930-talet med många kommersiella tillämpningar. På 1970-talet ersattes det i likriktare av kisel.

1957 upptäcktes att selen var ett väsentligt element för däggdjursliv, eftersom det fanns i enzymer som skyddar från reaktivt syre och fria radikaler. Dessutom upptäcktes förekomsten av aminosyror, såsom selenometionin.

Fysiska och kemiska egenskaper

Utseende

Eftersom det finns flera allotroper för selen, varierar dess fysiska utseende. Det förekommer vanligtvis som ett rödaktigt fast ämne i pulverform.

Atomvikt standard

78,971 u

Atomnummer (Z)

3. 4

Smältpunkt

221 ºC

Kokpunkt

685 ºC

Densitet

Selens densitet varierar beroende på vilken allotrop eller polymorf som beaktas. Några av dess densiteter bestämda vid rumstemperatur är:

Grå: 4,819 g / cm ³

Alfa: 4,39 g / cm ^{^}

Glashaltig: 4,28 g / cm ³

Vätsketillstånd (smältpunkt): 3,99 g / cm ^{^}

Smältvärme

Grå: 6,69 kJ / mol

Förångningsvärme

95,48 kJ / mol

Molär kalorikapacitet

25.363 J / (mol K)

Oxidationsnummer

Selen kan binda i sina föreningar som visar följande antal eller oxidationstillstånd: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Bland dem alla är de viktigaste -2 (Se ^2- ), +4 (Se ⁴⁺ ) och +6 (Se ⁶⁺ ).

Till exempel, i SeO ₂ , har selen en oxidation antal 4; det vill säga att Se4 ⁺ -katjonen (Se ⁴⁺ O ₂ ^2- ) antas . Liknande sätt med SeO ₃ , har selen en oxidation antal 6 (Se ⁶⁺ O ₃ ^2- ).

I väteselenid, H ₂ Se, har selen en oxidation antal -2; som är, återigen, förekomsten av jonen eller anjon Se ^2- (H ₂ ⁺ Se- ^2- ) antas . Detta beror på att selen är mer elektronegativt än väte.

Elektronnegativitet

2,55 på Pauling-skalan.

Joniseringsenergi

-Först: 941 kJ / mol.

-Sekund: 2 045 kJ / mol.

-Tredde: 2 973,7 kJ / mol.

Magnetisk ordning

Diamagnetiska.

Hårdhet

2,0 på Mohs-skalan.

isotoper

Det finns fem naturliga och stabila isotoper av selen, som visas nedan med deras respektive överflöd:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9,23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

allotropy

Flaska med svart selen belagt med en tunn film av grått selen. Källa: W. Oelen

Selen framställt vid kemiska reaktioner är ett tegelrött amorft pulver, som när det snabbt smälter ger upphov till den glasartade svarta formen, liknande radbandpärlor (toppbild). Svart Selenium är ett sprött och glansigt fast ämne.

Dessutom är svart selen något lösligt i kolsulfid. När denna lösning upphettas till 180 ° C, faller grått selen, dess mest stabila och täta allotrop, ut.

Grått selen är motståndskraftigt mot oxidation och är inert mot verkan av icke-oxiderande syror. Huvudegenskapen hos detta selen är dess fotokonduktivitet. När den är upplyst ökar dess elektriska ledningsförmåga med en faktor 10 till 15 gånger.

Reaktivitet

Selen i dess föreningar finns i oxidationslägena -2, +4 och +6. Det visar en tydlig tendens att bilda syror i högre oxidationstillstånd. Föreningar som har selen med oxidationstillstånd -2, kallas selenider (Se ^2- ).

Reaktion med väte

Selen reagerar med väte för att bilda väteselenid (H ₂ Se), en färglös, brandfarlig och illaluktande gas.

Reaktion med syre

Selen brännskador som avger en blå låga och bildar selendioxid:

Se ₈ (er) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

Selenoxid är ett fast, vitt, polymert ämne. Dess hydratisering producerar selensyrlighet (H ₂ SeO ₃ ). Selen bildar också selentrioxid (SeO ₃ ), analogt med svavel (SO ₃ ).

Reaktion med halogener

Selen reagerar med fluor och bildar selenhexafluorid:

Se ₈ (s) + 24 F ₂ (g) => 8 SEF ₆ (l)

Selen reagerar med klor och brom för att bilda disileniumdiklorid respektive dibromid:

Se ₈ (er) + 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Se ₈ (er) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Selen kan också bilda SeF ₄ och SeCl ₄ .

Å andra sidan bildar selen föreningar i vilka en selatom förenas med en av halogen och en annan av syre. Ett viktigt exempel är selenoxiklorid (SeO ₂ Cl ₂ ), med selen i +6 oxidationstillstånd, ett extremt kraftfullt lösningsmedel.

Reaktion med metaller

Selen reagerar med metaller och bildar selenider av aluminium, kadmium och natrium. Den kemiska ekvationen nedan motsvarar den för bildningen av aluminiumselenid:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Selenites

Selen bildar salter kända som seleniter; till exempel: silver selenit (Ag ₂ SeO ₃ ) och natriumselenit (Na ₂ SeO ₃ ). Detta namn har använts i ett litterärt sammanhang för att hänvisa till månens invånare: Seleniterna.

syror

Den viktigaste syran i selen är selensyra ₂ SeO ₄ ). Den är lika stark som svavelsyra och reduceras lättare.

Struktur och elektronisk konfiguration

- Selen och dess länkar

Selen har sex valenselektroner, varför det finns i grupp 16, samma som syre och svavel. Dessa sex elektroner finns i 4s och 4p orbitals, enligt deras elektroniska konfiguration:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Därför måste den, liksom svavel, bilda två kovalenta bindningar för att fullborda sin octet av valens; även om den har tillgång till sina 4d-orbitaler för att binda med mer än två atomer. Således sammanförs tre selenatomer och bildar två kovalenta bindningar: Se-Se-Se.

Selen med sin högsta atommassa har en naturlig tendens att bilda strukturer som styrs av kovalenta bindningar; i stället för att anordnas som diatomära molekyler Se ₂ , Se = Se, analogt med O ₂ , O = O.

- Ringar eller kedjor

Bland de molekylstrukturer som sel atomer antar kan två nämnas i allmänna termer: ringar eller kedjor. Observera att i Se _3- hypotetiska fallet kräver de extrema Se-atomerna fortfarande elektroner; därför måste de bindas till andra atomer i följd tills kedjan kan stängas i en ring.

De vanligaste ringarna är de åtta-ledade ringarna eller atomerna av selen: Se ₈ (en selenitkrona). Varför åtta? Eftersom ju mindre ringen är, desto mer stress kommer den att drabbas; det vill säga vinklarna på deras bindningar avviker från de naturliga värdena som anges av deras sp ^3- hybridiseringar (liknande vad som händer med cykloalkaner).

Eftersom det finns åtta atomer är separationen mellan Se-Se-atomerna tillräcklig så att deras bindningar är "avslappnade" och inte "böjda"; även om länkarna är 105,7º och inte 109,5º. Å andra sidan kan det finnas mindre ringar: Se ₆ och Se ₇ .

Ringenheter av selen representerade av en modell av sfärer och stänger. Källa: Benjah-bmm27.

Se _8- ringsenheterna visas på bilden ovan . Lägg märke till likheten med svavelkronorna; bara de är större och tyngre.

Förutom ringar kan selenatomer också anordnas i spiralformade kedjor (tänk spiraltrappa):

Heliska selenkedjor. Källa: Materialscientist på engelska Wikipedia

Vid sina ändar kan det finnas terminala dubbelbindningar (-Se = Se), eller Se- ₈ ringar .

- Allotropes

Med hänsyn till att det kan finnas spiralringar eller selenkedjor och att deras dimensioner också kan variera beroende på antalet atomer de innehåller, är det uppenbart att det finns mer än en allotrop för detta element; det vill säga rena selenfasta ämnen men med olika molekylstrukturer.

Rött selen

Bland de mest framstående allotroperna av selen har vi rött, som kan visas som ett amorft pulver, eller som monokliniska och polymorfa kristaller (se bild av Se _8- ringar ).

I amorft rött selen är strukturerna oroliga, utan uppenbara mönster; Medan linserna bildar ringarna en monoklinisk struktur. Rödkristallint selen är polymorft och har tre faser: a, β och y, som skiljer sig åt i deras täthet.

Svart selen

Strukturen i svart selen består också av ringar; men inte med åtta medlemmar, men med många fler, som når upp till ringar om tusen atomer (Se ₁₀₀₀ ). Det sägs då att dess struktur är komplex och består av polymerringar; några större eller mindre än andra.

Eftersom det finns polymerringar i olika storlekar är det svårt att förvänta sig att de upprättar en strukturell ordning; så det svarta selenet är också amorft, men till skillnad från det rödaktiga pulvret som nämns ovan, har det glasartade strukturer, även om det är sprött.

Grått selen

Och slutligen är de enkla allotroperna av selen grå, som sticker ut ovanför de andra eftersom det är det mest stabila under normala förhållanden och också har ett metalliskt utseende.

Dess kristaller kan vara hexagonala eller trigonala, upprättade av Londons spridningskrafter mellan dess polymera spiralformade kedjor (toppbild). Vinklingen på deras bindningar är 130,1 °, vilket indikerar en positiv avvikelse från den tetraedrala omgivningen (med vinklar 109,5º).

Det är därför selenium spiralformade kedjor ger intrycket av att vara "öppna". Som elucubering står Se-atomerna i denna struktur inför varandra, så i teorin måste det finnas en större överlappning av deras orbital för att skapa ledningsband.

Värmen med ökningen av molekylvibrationerna skadar dessa band när kedjorna blir störda; medan en fotons energi påverkar elektronerna direkt, spänner dem och marknadsför deras transaktioner. Ur denna synvinkel är det "lätt" att föreställa sig fotoledningsförmågan för grått selen.

Var man hittar och producerar

Även om det är mycket distribuerat är selen ett sällsynt element. Det finns i sitt ursprungliga tillstånd förknippat med svavel och mineraler som eukairit (CuAgSe), klaustalit (PbSe), naumanit (Ag ₂ Se) och crookesite.

Selen finns som en orenhet som ersätter svavel i en liten del av metallens svavelhaltiga mineraler; såsom koppar, bly, silver, etc.

Det finns mark där selen finns i den lösliga formen av selenater. Dessa transporteras av regnvattnet till floderna och därifrån till havet.

Vissa växter kan absorbera och koncentrera selen. Till exempel innehåller en kopp brasilienötter 544 μg selen, en mängd som motsvarar 777% av den dagliga rekommenderade mängden selen.

I levande varelser finns selen i vissa aminosyror, såsom: selenometionin, selenocystein och metylselenocystein. Selenocystein och selenit reduceras till väteselen.

Elektrolys av koppar

Det finns ingen gruvdrift för selen. Det mesta av det erhålls som en biprodukt från kopparelektrolysraffineringsprocessen, som finns i siltet som ackumuleras vid anoden.

Det första steget är produktion av selendioxid. För detta behandlas det anodiska slamet med natriumkarbonat för att producera dess oxidation. Sedan sättes vatten till selenoxid och surgörs för att bilda selensyra.

Slutligen behandlas selenious syra med svaveldioxid för att reducera den och erhålla elementärt selen.

I en annan metod i blandningen av slam och slam som bildas vid framställning av svavelsyra erhålls ett orent rött selen som upplöses i svavelsyra.

Selensyra och selensyra bildas sedan. Denna selensyra får samma behandling som den tidigare metoden.

Klor kan också användas, som verkar på metallselenider för att producera flyktiga klorerade selenföreningar; såsom: Se ₂ Cl ₂ , SECL ₄ , SECL ₂ och SeOCl ₂ .

Dessa föreningar, i ett förfarande som utförs i vatten, omvandlas till selen syra, som behandlas med svaveldioxid för att frigöra selen.

Biologisk roll

Brist

Selen är ett viktigt spårämne för växter och djur, vars brist på människor har orsakat allvarliga störningar såsom Keshans sjukdom; en sjukdom som kännetecknas av skada på hjärtmuskeln.

Dessutom är selenbrist associerat med manlig infertilitet och kan spela en roll vid Kashin-Beck-sjukdomen, en typ av artros. Dessutom har en selenbrist observerats vid reumatoid artrit.

Enzymkofaktor

Selen är en komponent av enzymer med antioxidantverkan, såsom glutationperoxidas och tioredoxinreduktas som verkar vid eliminering av ämnen med reaktivt syre.

Dessutom är selen en kofaktor för sköldkörtelhormon deiodinaser. Dessa enzymer är viktiga för att reglera sköldkörtelhormonernas funktion.

Användningen av selen har rapporterats vid behandlingen av Hasimotos sjukdom, en autoimmun sjukdom med bildande av antikroppar mot sköldkörtelceller.

Selen har också använts för att minska de toxiska effekterna av kvicksilver, eftersom vissa av dess åtgärder utövas på selenberoende antioxidantenzym.

Proteiner och aminosyror

Människan har cirka 25 selenoproteiner som utövar en antioxidantverkan för att skydda mot oxidativ stress, initierad av ett överskott av reaktiva syrearter (ROS) och reaktiva kvävearter (NOS).

Aminosyrorna selenometiocin och selenocystein har detekterats hos människor. Selenometionin används som ett kosttillskott i behandlingen av selenbristtillstånd.

risker

En hög kroppskoncentration av selen kan ha många skadliga effekter på hälsan, börjar med sprött hår och spröda naglar, till hudutslag, värme, hudödem och svår smärta.

Vid behandling av selen i kontakt med ögonen kan människor uppleva brännskador, irritation och rivning. Samtidigt kan långvarig exponering för rök med mycket selen orsaka lungödem, vitlökandedräkt och bronkit.

Dessutom kan personen uppleva pneumonit, illamående, frossa, feber, halsont, diarré och hepatomegali.

Selen kan interagera med andra läkemedel och kosttillskott, såsom antacida, antineoplastiska läkemedel, kortikosteroider, niacin och preventivpillerar.

Selen har förknippats med en ökad risk att utveckla hudcancer. En studie av National Cancer Institute fann att män med en hög kroppsnivå av selen var dubbelt så troliga att drabbas av aggressiv prostatacancer.

En studie indikerar att det dagliga intaget av 200 ug selen ökar möjligheten att utveckla typ II-diabetes med 50%.

tillämpningar

kosmetika

Seleniumsulfid används vid behandling av seborré samt fettigt eller mjällhår.

läkare

Det används som ett alternativt läkemedel för behandling av Hasimotos sjukdom, en autoimmun sjukdom i sköldkörteln.

Selen minskar kvicksilverens toxicitet, en av dess toxiska aktiviteter utövas på deoxiderande enzymer, som använder selen som en kofaktor.

Manganelektrolys

Användningen av selenoxid vid elektrolys av mangan reducerar teknikens kostnader avsevärt, eftersom det minskar elförbrukningen.

Pigment

Selen används som pigment i färger, plast, keramik och glas. Beroende på använt selen varierar glasets färg från djupröd till ljusorange.

fotokonduktiva

På grund av egenskapen hos grått selen att ändra dess elektriska ledningsförmåga som en funktion av ljusets intensitet som strålar ut det, har selen använts i kopieringsmaskiner, fotoceller, fotometrar och solceller.

Användningen av selen i kopieringsmaskiner var en av de viktigaste användningarna av selen; men utseendet på organiska fotoledare har minskat deras användning.

kristaller

Selen används för missfärgning av glas, som ett resultat av närvaron av järn som ger en grön eller gul färg. Dessutom tillåter det en röd färgning av glaset, beroende på vilken användning du vill ge det.

Vulkanisering

Selen-diethylditiokarbonat används som vulkaniseringsmedel för gummiprodukter.

Alloys

Selen används i kombination med vismut i mässing för att ersätta bly; Mycket giftigt element som har minskat dess användning på grund av rekommendationer från hälsoorganisationer.

Selen tillsätts i låga koncentrationer till stål och kopparlegeringar för att förbättra användbarheten av dessa metaller.

likriktare

Selen-likriktare började användas 1933 fram till 1970-talet, då de ersattes av kisel på grund av dess låga kostnader och överlägsna kvalitet.

referenser

1. Royal Australian Chemical Institute. (2011). Selen. . Återställd från: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Selen. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (Sf). Nya allotropes av huvudgruppselement. . Återställd från: tcichemicals.com
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Selenium Facts. Chemicool. Återställd från: chemicool.com
5. Robert C. Brasted. (28 augusti 2019). Selen. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
6. Marques Miguel. (Sf). Selen. Återställd från: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 juli 2019). Selenfakta. Återställd från: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Periodisk tabell: selen. Återställd från: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Selen: dess roll som antioxidant i människors hälsa. Miljöhälsa och förebyggande medicin, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Kontoret för kosttillskott. (9 juli 2019). Selen: Faktablad för vårdpersonal. National Institute of Health. Återställd från: ods.od.nih.gov