SELEN: POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, DOBIVANJE, UPOTREBE - KEMIJA - 2026

Selen je nemetalni kemijski element pripadaju skupini 16 periodičkog sustava, a koji je predstavljen simbol. Ovaj element ima intermedijarna svojstva između sumpora i telura, koji su članovi iste skupine.

Selen su 1817. godine otkrili Jöhs J. Berzelius i John G. Gahn, koji su prilikom isparavanja pirita primijetili crveni ostatak (donja slika). U početku su ga zbunili s telurijem, ali kasnije su shvatili da imaju posla s novim elementom.

Bočica s amorfnim crvenim selenom, najpoznatijim alotropom za ovaj element. Izvor: W. Oelen

Berzelius je novi element nazvao selenom, a temelji se na imenu "selene" što znači "božica mjeseca". Selen je bitan element u tragovima za biljke i životinje, iako je u visokim koncentracijama toksičan element.

Selen ima tri glavna alotropska oblika: crvenu, crnu i sivu. Potonji ima svojstvo mijenjanja svoje električne vodljivosti ovisno o intenzitetu svjetlosti koje zrači (fotoprevodnik), za što je imao brojne primjene.

Selen je široko rasprostranjen u zemljinoj kori, međutim minerala koji ga sadrže nije u izobilju, pa ne dolazi do rudarjenja selena.

Dobiva se uglavnom kao nusproizvod procesa rafiniranja bakra. Selen se nakuplja u mulju koji se nalazi na anodi stanica elektrolize.

Ljudska bića posjeduju oko 25 selenoproteina, od kojih neki imaju antioksidativno djelovanje i kontroliraju stvaranje slobodnih radikala. Također, postoje aminokiseline selena, poput selenometionina i selenocisteina.

Povijest

Prvo opažanje

Alkemičar Arnold de Villanova možda je promatrao selen 1230. godine. Trenirao je medicinu na Sorbonni u Parizu, čak je bio i liječnik pape Klementa V.

Villanova u svojoj knjizi Rosarium Philosophorum opisuje crveni sumpor ili „sumpor rebeum“ koji je ostavljen u peći nakon isparavanja sumpora. Ovaj crveni sumpor možda je bio alotrop selena.

Otkriće

Godine 1817. Jöhs Jakob Berzelius i John Gottlieb Gahn otkrili su selen u kemijskoj tvornici za proizvodnju sumporne kiseline u blizini Gripsholma u Švedskoj. Sirovina za dobivanje kiseline bio je pirit, koji je bio izvađen iz rudnika Falun.

Berzeliusa je pogodilo postojanje crvenog ostatka koji je ostao u olovnoj posudi nakon izgaranja sumpora.

Također, Berzelius i Gahn primijetili su da crveni ostatak ima snažan hrenovski miris, sličan onome na telur. Zbog čega je svom prijatelju Marectu napisao da vjeruju da je promatrano ležište spoj teluruma.

Međutim, Berselius je nastavio analizirati materijal koji je deponiran kada se pirin spalio i preispitao je da telur nije pronađen u rudniku Falun. U veljači 1818. zaključio je da je otkrio novi element.

Podrijetlo njegova imena

Berzelius je istaknuo da je novi element kombinacija sumpora i telurusa, te da mu je sličnost telurusa s novim elementom dala priliku imenovati selen novom tvari.

Berzelius je objasnio da "Tellus" znači božica zemlje. Martin Klaport je 1799. godine dao ovo ime teluriju i napisao: "Niti jedan element se tako ne naziva. Trebalo je to učiniti! "

Zbog sličnosti telurusa s novom tvari, Berzelius ga je imenovao riječju selen, izvedenom od grčke riječi "selene" što znači "božica mjeseca".

Razvoj vaših aplikacija

Willoughby Smith je 1873. otkrio da električna vodljivost selena ovisi o svjetlosti koja ga zrači. Ovo svojstvo je omogućilo da selen ima brojne primjene.

Alexander Graham Bell 1979. u svom je telefonu koristio selen. Selenium proizvodi električnu struju proporcionalnu intenzitetu svjetlosti koje ga osvjetljava, a koristi se u mjeračima svjetla, sigurnosnim mehanizmima za otvaranje i zatvaranje vrata itd.

Korištenje selenskih ispravljača u elektronici počelo je 1930-ih, s brojnim komercijalnim primjenama. U 70-ima je u ispravljačima izbačen silicij.

Godine 1957. otkriveno je da je selen bitan element za život sisavaca, jer je prisutan u enzimima koji štite od reaktivnog kisika i slobodnih radikala. Nadalje, otkriveno je postojanje aminokiselina kao što je selenomethionin.

Fizička i kemijska svojstva

Izgled

Kako postoji nekoliko alotropa za selen, njegov se fizički izgled razlikuje. Obično se pojavljuje u obliku crvenkaste krutine u obliku praha.

Standardna atomska težina

78.971 u

Atomski broj (Z)

3. 4

Talište

221 ºC

Vrelište

685 ºC

Gustoća

Gustoća selena varira ovisno o tome koji se alotrop ili polimorf uzima u obzir. Neke od njegovih gustoća utvrđenih na sobnoj temperaturi su:

Siva: 4,819 g / cm ³

A: 4.39 g / cm ³

Staklasto stanje: 4,28 g / cm ³

Tekući oblik (točka tališta): 3,99 g / cm ³

Toplina fuzije

Siva: 6,69 kJ / mol

Toplina isparavanja

95,48 kJ / mol

Molarni kalorijski kapacitet

25.363 J / (mol K)

Oksidacijski brojevi

Selen se može vezati u svojim spojevima manifestirajući sljedeće brojeve ili stanja oksidacije: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Među svima njima najvažniji su -2 (Se ^2-), +4 (Se ⁴⁺) i +6 (Se ⁶⁺).

Na primjer, u SEO ₂, selen ima oksidacijski broj +4; da je postojanje u SE ⁴⁺ kation (Se ⁴⁺ O ₂ ²) pretpostavlja. Slično sa SEO ₃, selen ima oksidacijski broj +6 (Se ^{6 +} O ₃ ^2-).

U hidrogen selenid, H ₂ Se, selena ima oksidacijski broj -2; to je, opet, postojanje ion ili aniona Se ^2- (H ₂ ⁺ Se ²) pretpostavlja. To je zato što je selen više negativan od vodika.

Elektronegativnost

2,55 na Paulingovoj skali.

Energija ionizacije

-Prvo: 941 kJ / mol.

-Sekunda: 2.045 kJ / mol.

-Treće: 2.973,7 kJ / mol.

Magnetski red

Dijamagnetski.

Tvrdoća

2,0 na Mohsovoj skali.

izotopi

Postoji pet prirodnih i stabilnih izotopa selena, koji su prikazani u nastavku sa svojim obiljem:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9,23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

alotropija

Boca s crnim selenom obložena tankim filmom sive selena. Izvor: W. Oelen

Selen pripremljen u kemijskim reakcijama je amorfan prah od opeke, koji se brzo rastopi, stvara staklast crni oblik, sličan perlama krunice (gornja slika). Crni selen je krhka i sjajna kruta tvar.

Također, crni selen je malo topljiv u ugljičnom sulfidu. Kad se ta otopina zagrije na 180 ° C, taloži se sivi selen, njegov najstabilniji i najgušći alotrop.

Sivi selen otporan je na oksidaciju i inertan je na djelovanje neoksidirajućih kiselina. Glavno svojstvo ovog selena je njegova fotoprevodljivost. Kada je osvijetljen, njegova se električna vodljivost povećava za faktor 10 do 15 puta.

Reaktivnost

Selen u svojim spojevima postoji u oksidacijskim stanjima -2, +4 i +6. Pokazuje jasnu tendenciju stvaranja kiselina u višim oksidacijskim stanjima. Spojevi koji imaju selen s oksidacijskim stanjem -2, nazivaju se selenidi (Se ^2-).

Reakcija s vodikom

Selena reagira s vodikom u obliku hidrogen selenid (H ₂ Se), bezbojna, zapaljivih i neugodnog mirisa plina.

Reakcija s kisikom

Selen sagorijeva plavi plamen i stvara selen dioksid:

Se ₈ (s) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

Selen oksid je čvrsta, bijela, polimerna tvar. Njegova hidratacija proizvodi selenious kiselina (H- ₂ SEO ₃). Selen i oblici selena trioksida (SEO ₃), analognog sumpora (SO ₃).

Reakcija s halogenima

Selen reagira s fluorom, čime nastaje selen heksafluorid:

Se ₈ (s) + 24 F ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Selen reagira s klorom i bromom, da tvori disilenij diklorid odnosno dibromid, respektivno:

Se ₈ (a) + 4 Cl ₂ => 4 se ₂ Cl ₂

Se ₈ (s) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Selen također mogu formirati SEF ₄ i SeCl ₄.

S druge strane, selen tvori spojeve u kojima se atom selena spaja s jednim halogenom, a drugim kisikom. Važan primjer je selen oksiklorid (SEO ₂ Cl ₂), s selena u +6 oksidacijskom stanju, izuzetno snažan otapala.

Reakcija s metalima

Selen reagira s metalima da formira selenide aluminija, kadmija i natrija. Kemijska jednadžba u nastavku odgovara formiranju aluminijskog selenida:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Seleniti

Selen tvori soli poznate kao seleniti; na primjer: srebro selenit (Ag ₂ SEO ₃) i natrijev selenit (Na ₂ SEO ₃). Ovo se ime koristilo u književnom kontekstu za označavanje stanovnika Mjeseca: Selenita.

kiseline

Najvažnija kiselina u selenu je selenska kiselina (H ₂ SeO ₄). Jaka je kao i sumporna kiselina i lakše se smanjuje.

Struktura i elektronička konfiguracija

- Selen i njegove poveznice

Selen ima šest valentnih elektrona, zbog čega se nalazi u skupini 16, jednakoj kisiku i sumporu. Tih šest elektrona se nalaze u orbitama 4s i 4p, u skladu s njihovom elektroničkom konfiguracijom:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Stoga treba, poput sumpora, formirati dvije kovalentne veze da bi dovršio svoj oktet valencije; iako ima na raspolaganju svoje 4d orbite za vezanje s više od dva atoma. Tako se tri atoma selena spajaju i tvore dvije kovalentne veze: Se-Se-Se.

Selen s najvećom atomskom masom ima prirodnu sklonost stvaranju struktura kojima upravlja kovalentna veza; umjesto postavljen kao dvoatomski molekule Se ₂, Se, Se = analognog O ₂, O = O.

- Prstenovi ili lanci

Među molekularnim strukturama koje atomi selena usvajaju dva se mogu općenito spomenuti: prstenovi ili lanci. Napomenuti da u Se ₃ hipotetski slučaj, ekstremni Se C i dalje zahtijevaju elektrona; stoga se moraju uzastopce vezati za druge atome, dok se lanac ne može zatvoriti u prsten.

Najčešći prstenovi su osmeročlani prstenovi ili atomi selena: Se ₈ (kruna selenita). Zašto osam? Budući da je prsten manji, to će veći stres pretrpjeti; to jest, kutovi njihova veza odstupaju od prirodnih vrijednosti propisanih od strane njihovih sp ³ hibridizacije (slično kao što se događa kod cikloalkana).

Kako postoji osam atoma, razdvajanje između Se-Se atoma je dovoljno tako da su njihove veze "opuštene", a ne "savijene"; iako je kut njegovih veza 105,7º, a ne 109,5º. S druge strane, mogu biti manji prstenovi: Se ₆ i Se ₇.

Prstenaste jedinice selena predstavljene modelom sfera i šipki. Izvor: Benjah-bmm27.

Jedinice prstena Se ₈ prikazane su na slici iznad. Primjetite sličnost koju imaju kruni sumpora; samo što su veći i teži.

Pored prstenova, atomi selena mogu se poredati i u spiralnim lancima (misle spiralno stubište):

Spiralni lanci selena. Izvor: Materialscientist s engleske Wikipedije

Na njegovim krajevima mogu postojati krajnje dvostruke veze (-Se = Se), ili Se ₈ prstenova.

- Alotropi

Uzimajući u obzir da mogu postojati spiralni prstenovi ili lanci selena i da njihove dimenzije također mogu varirati ovisno o broju atoma koje sadrže, tada je evidentno da za ovaj element postoji više alotropa; to jest čista krutina selena, ali s različitim molekularnim strukturama.

Crveni selen

Među najistaknutijim alotropima selena imamo crveni, koji se može pojaviti kao amorfni prah, ili kao monoklinski i polimorfni kristali (vidi sliku Se ₈ prstenova).

U amorfnom crvenom selenu strukture su neuredne, bez vidljivih obrazaca; dok u leći prstenovi uspostavljaju monokliničku strukturu. Crveni kristalni selen je polimorfan, ima tri faze: α, β i γ, koje se razlikuju po gustoći.

Crni selen

Struktura crnog selena također se sastoji od prstenova; ali ne s osam članova, već s mnogo više, koji dosežu do prstenova od tisuću atoma (Se ₁₀₀₀). Tada se kaže da je njegova struktura složena i sastoji se od polimernih prstenova; neke veće ili manje od ostalih.

Budući da postoje polimerni prstenovi različitih veličina, teško je očekivati ​​da će oni uspostaviti strukturalni redoslijed; tako da je crni selen također amorfan, ali za razliku od gore spomenutog crvenkastog praha, ima staklenu teksturu, iako je krhki.

Sivi selen

I na kraju, od najjednostavnijih alotropa selena je siva boja, koja se ističe iznad ostalih jer je u normalnim uvjetima najstabilnija, a ima i metalni izgled.

Njegovi kristali mogu biti šesterokutni ili trigonalni, uspostavljeni londonskim disperzijskim silama između njegovih polimernih spiralnih lanaca (gornja slika). Kut njihovih veza je 130,1º, što ukazuje na pozitivno odstupanje od tetraedarske okoline (s kutovima 109,5º).

Zato senski spiralni lanci odaju dojam da su „otvoreni“. Kao pojašnjenje, u ovoj strukturi Se atomi su okrenuti jedan prema drugom, pa u teoriji mora postojati veće preklapanje njihovih orbitala kako bi se stvorili vodljivi trakovi.

Toplina s porastom molekularnih vibracija oštećuje ove pojaseve kada lanci postanu neuredni; dok energija fotona izravno utječe na elektrone, uzbuđujući ih i promičući njihove transakcije. Sa ovog stajališta, lako je zamisliti fotoprevodljivost za sivi selen.

Gdje pronaći i producirati

Iako je široko rasprostranjen, selen je rijedak element. Nalazi se u svom izvornom stanju povezanom sa sumporom i mineralima poput eukairita (CuAgSe), klaustalita (PbSe), naumanita (Ag ₂ Se) i krookesita.

Selen se nalazi kao nečistoća koja zamjenjuje sumpor u malom dijelu sumpornih minerala metala; kao što su bakar, olovo, srebro itd.

Postoje tla u kojima selen postoji u topivom obliku selenata. Kišnice ih nose do rijeka i odatle do oceana.

Neke biljke su sposobne apsorbirati i koncentrirati selen. Na primjer, šalica brazilskih orašastih plodova sadrži 544 µg selena, količina koja je jednaka 777% dnevne preporučene količine selena.

U živim bićima selen se nalazi u nekim aminokiselinama, kao što su: selenometionin, selenocistein i metilselenocistein. Selenocistein i selenit reduciraju se u vodikov selenid.

Elektroliza bakra

Nema rudarenja za selen. Većina se dobiva kao nusproizvod procesa rafiniranja bakra, koji se nalazi u mulju koji se nakuplja na anodi.

Prvi korak je proizvodnja selenovog dioksida. U tu svrhu, anodni mulj se obrađuje s natrijevim karbonatom radi dobivanja njegove oksidacije. Potom se voda doda selen oksidu i zakiseli kako bi se dobila selenska kiselina.

Konačno, selenicna kiselina se obrađuje sumpornim dioksidom da bi se smanjio i dobio elementarni selen.

Kod drugog postupka u smjesi mulja i mulja nastalog pri proizvodnji sumporne kiseline, dobiva se nečisti crveni selen koji se otapa u sumpornoj kiselini.

Tada nastaju seleninska kiselina i selenska kiselina. Ova selenska kiselina dobiva isti tretman kao prethodna metoda.

Može se koristiti i klor koji djeluje na metalne selenide dajući hlapljive klorirane spojeve selena; kao što su: Se ₂ Cl ₂, SeCl ₄, SeCl ₂ i SeOCl ₂.

Ti spojevi se, u procesu provedenom u vodi, pretvaraju u selensku kiselinu, koja se obrađuje sumpornim dioksidom radi oslobađanja selena.

Biološka uloga

Nedostatak

Selen je bitan element u tragovima za biljke i životinje, čiji je nedostatak kod ljudi uzrokovao ozbiljne poremećaje poput Keshanove bolesti; bolest koju karakterizira oštećenje miokarda.

Uz to, nedostatak selena povezan je s muškom neplodnošću i može igrati ulogu u Kashin-Beckovoj bolesti, vrsti osteoartritisa. Također, uočen je manjak selena kod reumatoidnog artritisa.

Kofaktor enzima

Selen je sastojak enzima s antioksidacijskim djelovanjem, poput glutation peroksidaze i tioredoksin reduktaze koji djeluju u uklanjanju tvari s reaktivnim kisikom.

Uz to, selen je kofaktor deiodinaza hormona štitnjače. Ti su enzimi važni za reguliranje rada hormona štitnjače.

O primjeni selena zabilježeno je u liječenju Hasimoto-ove bolesti, autoimune bolesti s stvaranjem antitijela protiv stanica štitnjače.

Selen se također koristio za smanjenje toksičnih učinaka žive, jer se neka od njegovih djelovanja vrši na antioksidansima ovisnim o selenu.

Proteini i aminokiseline

Čovjek ima oko 25 selenoproteina koji djeluju antioksidativno za zaštitu od oksidativnog stresa, iniciranog viškom reaktivnih kisikovih vrsta (ROS) i reaktivnih dušičnih vrsta (NOS).

Otkrivene su aminokiseline selenometiocin i selenocistein kod ljudi. Selenomethionin se koristi kao dodatak prehrani u liječenju stanja nedostatka selena.

rizici

Visoka tjelesna koncentracija selena može imati brojne štetne učinke na zdravlje, počevši od lomljive kose i lomljivih noktiju, do osipa na koži, vrućine, edema kože i jakih bolova.

Kod tretiranja selena u dodiru s očima ljudi mogu osjetiti peckanje, iritaciju i suzenje. U međuvremenu, produljena izloženost dimu s velikim količinom selena može uzrokovati plućni edem, dah češnjaka i bronhitis.

Uz to, osoba može imati pneumonitis, mučninu, zimicu, vrućicu, grlobolju, proljev i hepatomegaliju.

Selen može komunicirati s drugim lijekovima i dodacima prehrani, kao što su antacidi, antineoplastični lijekovi, kortikosteroidi, niacin i kontracepcijske pilule.

Selen je povezan s povećanim rizikom za razvoj raka kože. Studija Nacionalnog instituta za rak otkrila je da muškarci s visokom tjelesnom razinom selena imaju dvostruko veću vjerojatnost da će imati agresivni karcinom prostate.

Studija pokazuje da dnevni unos 200 µg selena povećava mogućnost razvoja dijabetesa tipa II za 50%.

Prijave

Kozmetika

Selen sulfid koristi se u liječenju seboreje, kao i masne kose ili peruti.

liječnici

Koristi se kao alternativni lijek u liječenju Hasimoto-ove bolesti, autoimune bolesti štitnjače.

Selen smanjuje toksičnost žive, jedno od njegovih toksičnih aktivnosti vrši se na deoksidacijskim enzimima, koji selen koriste kao kofaktor.

Elektroliza mangana

Upotreba selenovog oksida u elektrolizi mangana značajno smanjuje troškove tehnike jer smanjuje potrošnju električne energije.

Pigment

Selen se koristi kao pigment u bojama, plastikama, keramikama i staklu. Ovisno o korištenom selenu, boja čaše varira od duboke crvene do svijetlo narančaste.

fotovodljiva

Zbog svojstva sive selene da mijenja svoju električnu vodljivost kao funkciju intenziteta svjetlosti koja ga zrači, selen se koristi u fotokopirnim uređajima, fotoćelijama, fotometrima i solarnim ćelijama.

Upotreba selena u fotokopirnim strojevima bila je jedna od glavnih primjena selena; ali pojava organskih fotokonduktora smanjuje njihovu upotrebu.

kristali

Selen se koristi za uklanjanje boje čaša kao rezultat prisustva željeza koje stvara zelenu ili žutu boju. Uz to, omogućuje crveno obojenje čaše, ovisno o upotrebi koju mu želite dati.

Vulkanizacija

Selen dietilditiokarbonat koristi se kao vulkanizirajuće sredstvo za gumene proizvode.

legure

Selen se koristi u kombinaciji s bizmutom u mjedi, kako bi se zamijenio olovo; Vrlo toksičan element koji smanjuje uporabu zbog preporuka zdravstvenih organizacija.

Selen se dodaje u malim koncentracijama čeliku i bakrovim legurama kako bi se poboljšala iskoristivost ovih metala.

ispravljači

Ispravljači selena počeli su se koristiti 1933. do 1970-ih, kada ih je zamijenio silicij zbog niske cijene i vrhunske kvalitete.

Reference

1. Kraljevski australijski kemijski institut. (2011). Selen., Oporavilo sa: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Selen. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (SF). Novi alotropi elemenata glavne skupine., Oporavilo od: tcichemicals.com
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Činjenice elementa selena. Chemicool. Oporavilo od: chemicool.com
5. Robert C. Brasted. (28. kolovoza 2019.). Selen. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
6. Marques Miguel. (SF). Selen. Oporavak od: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (03. srpnja 2019.). Činjenice selena. Oporavilo od: misel.com
8. Lenntech BV (2019). Periodna tablica: selen. Oporavilo od: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Selen: njegova uloga antioksidansa u ljudskom zdravlju. Zdravstveno i preventivno liječenje okoliša, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Ured dodataka prehrani. (9. srpnja 2019.). Selen: list činjenica za zdravstvene radnike. Nacionalni institut za zdravstvo. Oporavak od: ods.od.nih.gov