SELEN: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, OPNÅELSE, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den Selen er et ikke-metallisk grundstof, der tilhører gruppen 16 i det periodiske system, og som er repræsenteret af symbolet er. Dette element har mellemliggende egenskaber mellem svovl og tellur, som er medlemmer af den samme gruppe.

Selen blev opdaget i 1817 af Jöhs J. Berzelius og John G. Gahn, som ved fordampning af pyritten observerede en rød rest (lavere billede). Først forvekslede de det med tellur, men senere indså de, at de havde at gøre med et nyt element.

Et hætteglas med amorft rødt selen, den bedst kendte allotrope for dette element. Kilde: W. Oelen

Berzelius navngav det nye element selen, baseret på navnet "selene", der betyder "månens gudinde." Selen er et essentielt sporelement for planter og dyr, selv om det i høje koncentrationer er et giftigt element.

Selen har tre vigtigste allotropiske former: rød, sort og grå. Sidstnævnte har den egenskab at ændre sin elektriske ledningsevne afhængigt af intensiteten af ​​det lys, der udstråler det (fotoleder), som det har haft mange anvendelser til.

Selen er vidt distribueret i jordskorpen, men mineraler, der indeholder det, er ikke rigelige, så der er ingen udvinding af selen.

Det opnås hovedsageligt som et biprodukt fra raffineringsprocessen af ​​kobberelektrolyse. Selen akkumuleres i det silt, der findes ved anoden af ​​elektrolyseceller.

Mennesker har omkring 25 selenoproteiner, hvoraf nogle har en antioxidant virkning og kontrollerer frembringelsen af ​​frie radikaler. Der er også aminosyrer af selen, såsom selenomethionin og selenocystein.

Historie

Første observation

Alkemisten Arnold de Villanova kan have observeret selen i 1230. Han uddannede sig i medicin på Sorbonne i Paris og var endda læge for pave Clement V.

Villanova beskriver i sin bog Rosarium Philosophorum en rød svovl eller "svovlrevæum", der var blevet efterladt i en ovn efter fordampning af svovlen. Dette røde svovl kan have været en allotrop selen.

Opdagelse

I 1817 opdagede Jöhs Jakob Berzelius og John Gottlieb Gahn selen i et kemisk anlæg til produktion af svovlsyre nær Gripsholm, Sverige. Råmaterialet til fremstilling af syren var pyrit, der blev ekstraheret fra en Falun-mine.

Berzelius blev ramt af eksistensen af ​​en rød rest, der blev tilbage i blybeholderen, efter at svovlen var brændt.

Berzelius og Gahn observerede også, at den røde remanens havde en stærk peberrods lugt, svarende til den ved tellur. Derfor skrev han til sin ven Marect, at de troede, at den observerede deponering var en tellurforbindelse.

Berselius fortsatte imidlertid med at analysere det materiale, der blev afsat, da pyriten blev forbrændt og overvejet, at tellur ikke var fundet i Falun-minen. Han konkluderede i februar 1818, at han havde opdaget et nyt element.

Navnets oprindelse

Berzelius påpegede, at det nye element var en kombination af svovl og tellur, og at ligheden mellem tellur og det nye element havde givet ham muligheden for at navngive det nye stof selen.

Berzelius forklarede, at "tellus" betyder jordens gudinde. Martin Klaport i 1799 gav Tellurium dette navn og skrev: ”Intet enkelt element kaldes det. Det måtte gøres! "

På grund af ligheden mellem tellur og det nye stof benævner Berzelius det med ordet selen, afledt af det græske ord "selene", der betyder "månens gudinde."

Udvikling af dine applikationer

I 1873 opdagede Willoughby Smith, at den elektriske ledningsevne af selen afhang af lyset, der udstrålede det. Denne egenskab gjorde det muligt for selen at have adskillige applikationer.

Alexander Graham Bell brugte i 1979 selen i sin fotofon. Selen producerer en elektrisk strøm, der er proportional med intensiteten af ​​det lys, der oplyser det, der bruges i lysmålere, sikkerhedsmekanismer til åbning og lukning af døre osv.

Brugen af ​​selen-ensrettere i elektronik begyndte i 1930'erne med mange kommercielle anvendelser. I 1970'erne blev det udskiftet i ensretter med silicium.

I 1957 blev det opdaget, at selen var et essentielt element i pattedyrs liv, da det var til stede i enzymer, der beskytter mod reaktivt ilt og frie radikaler. Desuden blev eksistensen af ​​aminosyrer, såsom selenomethionin, opdaget.

Fysiske og kemiske egenskaber

Udseende

Da der er flere allotrope til selen, varierer dets fysiske udseende. Det vises normalt som et rødligt fast stof i pulverform.

Standard atomvægt

78.971 u

Atomnummer (Z)

3. 4

Smeltepunkt

221 ºC

Kogepunkt

685 ºC

Massefylde

Selens densitet varierer afhængigt af hvilken allotrope eller polymorf, der betragtes. Nogle af dens densiteter bestemt ved stuetemperatur er:

Grey: 4,819 g / cm ³

Alpha: 4,39 g / cm ³

Glasagtigt: 4,28 g / cm ³

Flydende tilstand (smeltepunkt): 3,99 g / cm ³

Fusionsvarme

Grå: 6,69 kJ / mol

Fordampningsvarme

95,48 kJ / mol

Molær kalorikapacitet

25,363 J / (mol K)

Oxidationsnumre

Selen kan binde i dets forbindelser, der viser følgende antal eller oxidationstilstande: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Blandt dem alle er de vigtigste -2 (Se ^2-), +4 (Se ⁴⁺) og +6 (Se ⁶⁺).

For eksempel i SeO ₂, selen har et oxidationstrin på +4; det vil sige, at eksistensen af ​​Se ⁴⁺ -kation (Se ⁴⁺ O ₂ ^2-) antages. Tilsvarende med SeO ₃, selen har et oxidationstrin antal +6 (Se ⁶⁺ O ₃ ^2-).

I selenbrinte, H ₂ Se, selen har et oxidationstrin på -2; det er, igen, eksistensen af ionen eller anion Se ^2- (H ₂ ⁺ Se ^2-) antages. Dette er tilfældet, fordi selen er mere elektronegativt end brint.

elektronegativitet

2.55 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

-Først: 941 kJ / mol.

-Sekund: 2.045 kJ / mol.

-Tredde: 2.973,7 kJ / mol.

Magnetisk orden

Diamagnetisk.

Hårdhed

2,0 i Mohs-skalaen.

isotoper

Der er fem naturlige og stabile isotoper af selen, som er vist nedenfor med deres respektive overflod:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9,23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

allotropi

Flaske med sort selen belagt med en tynd film af gråt selen. Kilde: W. Oelen

Selen fremstillet i kemiske reaktioner er et amorft murstenrødt pulver, som, når det hurtigt smeltes, giver anledning til den glasagtige sort form, svarende til rosenkransperler (øverste billede). Sort Selen er et sprødt og skinnende fast stof.

Sort selen er også let opløseligt i carbon sulfid. Når denne opløsning opvarmes til 180 ºC, udfældes gråt selen, dets mest stabile og tætte allotrope.

Grå selen er resistent over for oxidation og er inert over for virkningen af ​​ikke-oxiderende syrer. Dette selens vigtigste egenskab er dens fotoledningsevne. Når den er oplyst, øges dens elektriske ledningsevne med en faktor på 10 til 15 gange.

Reaktivitet

Selen i dets forbindelser findes i oxidationstilstande -2, +4 og +6. Det viser en klar tendens til at danne syrer i de højere oxidationstilstande. Forbindelser, der har selen med oxidationstilstand -2, kaldes selenider (Se ^2-).

Reaktion med brint

Selen reagerer med hydrogen til dannelse selenbrinte (H ₂ Se), en farveløs, brændbar og ildelugtende gas.

Reaktion med ilt

Selenforbrændinger, der udsender en blå flamme og danner selendioxid:

Se ₈ (r) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (r)

Selenoxid er et fast, hvidt, polymert stof. Dens hydratisering producerer selenious syre (H ₂ SeO ₃). Selen danner også selentrioxid (SeO ₃), analog med svovl (SO ₃).

Reaktion med halogener

Selen reagerer med fluor til dannelse af selenhexafluorid:

Se ₈ (r) + 24 F ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Selen reagerer med henholdsvis chlor og brom til dannelse af disileniumdichlorid henholdsvis dibromid:

Se ₈ (r) + 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Se ₈ (r) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Selen kan også danne SeF ₄ og SeCl ₄.

På den anden side danner selen forbindelser, hvor et selenatom forbinder med et af halogen og et andet af ilt. Et vigtigt eksempel er selenoxychlorid (SeO ₂ Cl ₂) med selen i +6 oxidationstilstand, et ekstremt kraftigt opløsningsmiddel.

Reaktion med metaller

Selen reagerer med metaller til dannelse af selenider af aluminium, cadmium og natrium. Den kemiske ligning nedenfor svarer til dannelsen af ​​aluminiumselenid:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

seleniter

Selen danner salte kendt som selenitter; for eksempel: sølv selenit (Ag ₂ SeO ₃) og natriumselenit (Na ₂ SeO ₃). Dette navn er blevet brugt i en litterær sammenhæng til at henvise til Månens indbyggere: Seleniterne.

syrer

Det vigtigste syre i selen er selensyre syre (H ₂ SeO ₄). Den er lige så stærk som svovlsyre og reduceres lettere.

Struktur og elektronisk konfiguration

- Selen og dets forbindelser

Selen har seks valenselektroner, hvorfor det er placeret i gruppe 16, det samme som ilt og svovl. Disse seks elektroner er i 4'erne og 4p-orbitalerne i henhold til deres elektroniske konfiguration:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Det er derfor nødvendigt, ligesom svovl, at danne to kovalente bindinger for at fuldføre sin octet af valens; skønt det har tilgængelighed af sine 4d orbitaler til at binde til mere end to atomer. Tre selenatomer mødes således og danner to kovalente bindinger: Se-Se-Se.

Selen med sin højeste atommasse har en naturlig tendens til at danne strukturer styret af kovalente bindinger; stedet for at være anbragt som diatomiske molekyler Se ₂, Se = Se, analog med O ₂, O = O.

- Ringe eller kæder

Blandt de molekylære strukturer, som selenatomer indtager, kan to nævnes generelt: ringe eller kæder. Bemærk, at i det hypotetiske Se _3- tilfælde kræver de ekstreme Se-atomer stadig elektroner; derfor skal de bundes til andre atomer i rækkefølge, indtil kæden kan lukkes i en ring.

De mest almindelige ringe er de otte-ledede ringe eller atomer af selen: Se ₈ (en selenitkrone). Hvorfor otte? Fordi jo mindre ring der er, desto mere stress vil den lide; dvs. vinklerne på deres bindinger afviger fra de naturlige værdier, der er indstillet ved deres sp ^3- hybridiseringer (svarende til hvad der sker med cycloalkaner).

Da der er otte atomer, er adskillelsen mellem Se-Se-atomerne tilstrækkelig, så deres bindinger er "afslappet" og ikke "bøjet"; skønt vinklen på dens led er 105,7º og ikke 109,5º. På den anden side kan der være mindre ringe: Se ₆ og Se ₇.

Ringenheder af selen repræsenteret ved en model af kugler og stænger. Kilde: Benjah-bmm27.

Se _8- ringeenhederne er vist på billedet ovenfor. Bemærk den lighed, de har med svovlkronerne; kun de er større og tungere.

Ud over ringe kan selenatomer også arrangeres i spiralformede kæder (tænk spiraltrapper):

Heliske selenkæder. Kilde: Materialscientist på engelsk Wikipedia

Ved dens ender kan der være terminale dobbeltbindinger (-Se = Se) eller Se ₈ ringe.

- Allotropes

Under hensyntagen til, at der kan være spiralformede ringe eller selenkæder, og at deres dimensioner også kan variere afhængigt af antallet af atomer, de indeholder, er det åbenlyst, at der er mere end en allotrope for dette element; det vil sige rene selenstoffer, men med forskellige molekylstrukturer.

Rødt selen

Blandt de mest markante allotrope af selen har vi rød, som kan vises som et amorft pulver, eller som monokliniske og polymorfe krystaller (se billede af Se _8- ringe).

I amorft rødt selen er strukturer forstyrrede uden tilsyneladende mønstre; hvorimod ringene i linsen opretter en monoklin struktur. Rødt krystallinsk selen er polymorf, med tre faser: α, β og γ, der adskiller sig i deres densitet.

Sort selen

Strukturen af ​​sort selen består også af ringe; men ikke med otte medlemmer, men med mange flere, der når op til ringe med tusind atomer (Se ₁₀₀₀). Det siges derefter, at dens struktur er kompleks og består af polymerringe; nogle større eller mindre end andre.

Da der er polymerringe i forskellige størrelser, er det vanskeligt at forvente, at de opretter en strukturel rækkefølge; så det sorte selen er også amorft, men i modsætning til det rødlige pulver, der er nævnt ovenfor, har det glasagtige strukturer, selvom det er sprødt.

Grå selen

Og endelig er de enkle allotroper af selen grå, som skiller sig ud over de andre, da det er det mest stabile under normale forhold, og som også har et metallisk udseende.

Dens krystaller kan være hexagonale eller trigonale, etableret af Londons spredningskræfter mellem dets polymere spiralformede kæder (øverste billede). Vinklen på deres bindinger er 130,1º, hvilket indikerer en positiv afvigelse fra de tetrahedrale omgivelser (med vinkler på 109,5º).

Det er grunden til, at selen helixkæder giver indtryk af at være "åben". Som elucubering står Se-atomerne i denne struktur over for hinanden, så i teorien skal der være en større overlapning af deres orbitaler for at skabe ledningsbånd.

Varmen med stigningen i de molekylære vibrationer skader disse bånd, når kæderne bliver forstyrrede; mens energien fra en foton direkte påvirker elektronerne, spænder dem og promoverer deres transaktioner. Fra dette synspunkt er det "let" at forestille sig fotoledningsevnen for gråt selen.

Hvor man finder og producerer

Selvom det er vidt distribueret, er selen et sjældent element. Det findes i dens oprindelige tilstand forbundet med svovl og mineraler såsom eucairit (CuAgSe), claustalite (PbSe), naumanit (Ag ₂ Se) og crookesite.

Selen findes som en urenhed, der erstatter svovl i en lille del af metaller med svovlholdige mineraler; såsom kobber, bly, sølv osv.

Der er jord, hvor selen findes i den opløselige form af selenater. Disse transporteres af regnvandet til floderne og derfra til havet.

Nogle planter er i stand til at absorbere og koncentrere selen. For eksempel indeholder en kop brasilienødder 544 ug selen, en mængde, der svarer til 777% af den daglige anbefalede selenmængde.

Hos levende væsener findes selen i nogle aminosyrer, såsom: selenomethionin, selenocystein og methylselenocystein. Selenocystein og selenit reduceres til hydrogenselenid.

Elektrolyse af kobber

Der er ingen miner til selen. Det meste af det opnås som et biprodukt fra raffineringsprocessen af ​​kobberelektrolyse, der findes i det silt, der akkumuleres ved anoden.

Det første trin er produktionen af ​​selendioxid. Til dette behandles den anodiske silt med natriumcarbonat for at producere dens oxidation. Derefter sættes vand til selenoxid og forsures til dannelse af selensyre.

Endelig behandles selenious syre med svovldioxid for at reducere den og opnå elementært selen.

I en anden metode i blandingen af ​​silt og slam, der dannes ved produktionen af ​​svovlsyre, opnås et uren rødt selen, der opløses i svovlsyre.

Seleniesyre og selensyre dannes derefter. Denne selensyre får den samme behandling som den foregående metode.

Klor kan også anvendes, der virker på metalselenider til at producere flygtige chlorerede selenforbindelser; såsom: Se ₂ Cl ₂, SECL ₄, SECL ₂ og SeOCl ₂.

Disse forbindelser omdannes i en fremgangsmåde udført i vand til selensyre, der behandles med svovldioxid for at frigive selen.

Biologisk rolle

Mangel

Selen er et essentielt sporstof for planter og dyr, hvis mangel på mennesker har forårsaget alvorlige lidelser såsom Keshans sygdom; en sygdom, der er kendetegnet ved skade på myokardiet.

Derudover er selenmangel forbundet med mandlig infertilitet og kan spille en rolle i Kashin-Beck sygdom, en type slidgigt. Der er også observeret en selenmangel ved rheumatoid arthritis.

Enzymkofaktor

Selen er en komponent af enzymer med antioxidantvirkning, såsom glutathionperoxidase og thioredoxin-reduktase, der virker ved eliminering af stoffer med reaktivt ilt.

Derudover er selen en kofaktor af thyroidhormon deiodinaser. Disse enzymer er vigtige for at regulere funktionen af ​​skjoldbruskkirtelhormoner.

Brugen af ​​selen er rapporteret til behandling af Hasimotos sygdom, en autoimmun sygdom med dannelse af antistoffer mod skjoldbruskkirtelceller.

Selen er også blevet brugt til at reducere de toksiske virkninger af kviksølv, da nogle af dets handlinger udøves på selenafhængige antioxidantenzymer.

Proteiner og aminosyrer

Mennesket har omkring 25 selenoproteiner, der udøver en antioxidant handling til beskyttelse mod oxidativ stress, initieret af et overskud af reaktive iltarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (NOS).

Aminosyrerne selenomethiocin og selenocystein er blevet påvist hos mennesker. Selenomethionin bruges som et kosttilskud til behandling af selenmangelstater.

Risici

En høj kropskoncentration af selen kan have adskillige skadelige virkninger på sundheden, startende med sprødt hår og sprøde negle, til hududslæt, varme, hudødem og alvorlige smerter.

Når man behandler selen i kontakt med øjnene, kan folk opleve forbrænding, irritation og rive. I mellemtiden kan langvarig eksponering for røg med højt selen forårsage lungeødem, hvidløg og åndedræt.

Derudover kan personen opleve pneumonitis, kvalme, kulderystelser, feber, ondt i halsen, diarré og hepatomegaly.

Selen kan interagere med andre lægemidler og kosttilskud, såsom antacida, antineoplastiske lægemidler, kortikosteroider, niacin og p-piller.

Selen er forbundet med en øget risiko for at udvikle hudkræft. En undersøgelse foretaget af National Cancer Institute fandt, at mænd med et højt kropsniveau af selen var dobbelt så sandsynligt at have aggressiv prostatacancer.

En undersøgelse viser, at det daglige indtag af 200 ug selen øger muligheden for at udvikle type II-diabetes med 50%.

Applikationer

Kosmetik

Seleniumsulfid bruges til behandling af seborré samt fedtet eller flassende hår.

Læger

Det bruges som en alternativ medicin til behandling af Hasimotos sygdom, en autoimmun sygdom i skjoldbruskkirtlen.

Selen reducerer toksiciteten af ​​kviksølv, en af ​​dens toksiske aktiviteter udøves på deoxiderende enzymer, der bruger selen som en co-faktor.

Manganelektrolyse

Anvendelse af selenoxid til elektrolyse af mangan reducerer omkostningerne ved teknikken betydeligt, da det reducerer elforbruget.

Pigment

Selen bruges som pigment i maling, plast, keramik og glas. Afhængigt af det anvendte selen varierer farven på glasset fra dyb rød til lys orange.

fotoledende

På grund af egenskaben ved gråt selen til at ændre dets elektriske ledningsevne som en funktion af intensiteten af ​​det lys, der udstråler det, er selen blevet anvendt i kopimaskiner, fotoceller, fotometre og solceller.

Brugen af ​​selen i kopimaskiner var en af ​​de vigtigste anvendelser af selen; men udseendet af organiske fotoledere har reduceret brugen af ​​dem.

krystaller

Selen bruges til misfarvning af briller som et resultat af tilstedeværelsen af ​​jern, der producerer en grøn eller gul farve. Derudover tillader det en rød farve på glasset, afhængigt af den brug, du vil give det.

vulkanisering

Selen-diethyldithiocarbonat anvendes som vulkaniseringsmiddel til gummiprodukter.

Legeringer

Selen bruges i kombination med vismut i messing for at erstatte bly; Meget giftigt element, der har reduceret brugen på grund af anbefalinger fra sundhedsorganisationer.

Selen tilsættes i lave koncentrationer til stål og kobberlegeringer for at forbedre anvendeligheden af ​​disse metaller.

ensrettere

Selen-ensretter blev brugt i 1933 indtil 1970'erne, hvor de blev erstattet af silicium på grund af dets lave omkostninger og overlegen kvalitet.

Referencer

1. Royal Australian Chemical Institute. (2011). Selen.. Gendannes fra: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Selen. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (Sf). Nye allotropes af hovedgruppeelementer.. Gendannes fra: tcichemicals.com
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Fakta om selenelement. Chemicool. Gendannes fra: chemicool.com
5. Robert C. børstet. (28. august 2019). Selen. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
6. Marques Miguel. (Sf). Selen. Gendannes fra: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (3. juli 2019). Selenfakta. Gendannes fra: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Periodisk tabel: selen. Gendannes fra: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Selen: dets rolle som antioxidant i menneskers sundhed. Miljøhelse og forebyggende medicin, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Kontor for kosttilskud. (9. juli 2019). Selen: Faktaark for sundhedsfolk. National Institute of Health. Gendannes fra: ods.od.nih.gov