SELEN: HISTORIE, EGENSKAPER, STRUKTUR, INNHENTING, BRUK - KJEMI - 2026

Den Selen er et ikke-metallisk grunnstoff som hører til gruppe 16 i det periodiske system, og som er representert ved symbolet er. Dette elementet har mellomegenskaper mellom svovel og tellur, som er medlemmer av samme gruppe.

Selen ble oppdaget i 1817 av Jöhs J. Berzelius og John G. Gahn, som ved fordamper av pyritten observerte en rød rest (nedre bilde). Først forvekslet de det med tellur, men senere innså de at de hadde å gjøre med et nytt element.

Et hetteglass med amorft rødt selen, den mest kjente allotropen for dette elementet. Kilde: W. Oelen

Berzelius kåret det nye elementet selen, basert på navnet "selene" som betyr "månens gudinne." Selen er et essensielt sporelement for planter og dyr, selv om det i høye konsentrasjoner er et giftig element.

Selen har tre hoved allotropiske former: rød, svart og grå. Sistnevnte har egenskapen til å endre sin elektriske ledning avhengig av intensiteten til lyset som stråler det (fotoleder), som det har hatt mange bruksområder for.

Selen er vidt distribuert i jordskorpen, men mineralene som inneholder det er ikke rikelig, så det er ingen gruvedrift av selen.

Det oppnås hovedsakelig som et biprodukt fra raffineringsprosessen av kobber. Selen akkumuleres i silt som finnes ved anoden til elektrolyseceller.

Mennesker har rundt 25 selenoproteiner, hvorav noen har en antioksidantvirkning og kontrollerer generasjonen av frie radikaler. Det er også aminosyrer av selen, for eksempel selenometionin og selenocystein.

Historie

Første observasjon

Alkjemisten Arnold de Villanova kan ha observert selen i 1230. Han utdannet seg til medisin ved Sorbonne i Paris, og var til og med lege for pave Clement V.

Villanova beskriver i sin bok Rosarium Philosophorum en rød svovel eller "svovelrefeum" som hadde blitt stående i en ovn etter at han hadde fordampet svovelen. Dette røde svovelet kan ha vært en allotrop av selen.

Oppdagelse

I 1817 oppdaget Jöhs Jakob Berzelius og John Gottlieb Gahn selen i et kjemisk anlegg for produksjon av svovelsyre, nær Gripsholm, Sverige. Råvaren for å lage syren var pyritt, som ble trukket ut fra en Falun-gruve.

Berzelius ble rammet av eksistensen av en rød rest som ble igjen i blybeholderen etter at svovelen hadde brent.

Berzelius og Gahn observerte også at den røde resten hadde en sterk pepperrotlukt, ligner på tellur. Derfor skrev han til vennen Marect at de trodde at den observerte forekomsten var en tellurforbindelse.

Berselius fortsatte imidlertid å analysere materialet som ble avsatt da pyritten ble forbrent og vurderte at tellur ikke hadde blitt funnet i Falun-gruven. Han konkluderte i februar 1818 med at han hadde oppdaget et nytt element.

Opprinnelsen til navnet

Berzelius påpekte at det nye elementet var en kombinasjon av svovel og tellur, og at likheten mellom tellur og det nye elementet hadde gitt ham muligheten til å navngi det nye stoffet selen.

Berzelius forklarte at "tellus" betyr jordinnenes gudinne. Martin Klaport i 1799 ga tellurium dette navnet og skrev: “Ingen enkelt element kalles det. Det måtte gjøres! "

På grunn av likheten mellom tellur og det nye stoffet, kalte Berzelius det med ordet selen, avledet fra det greske ordet "selene" som betyr "månens gudinne."

Utvikling av applikasjonene dine

I 1873 oppdaget Willoughby Smith at den elektriske ledningsevnen til selen var avhengig av lyset som utstrålte det. Denne egenskapen tillot selen å ha mange bruksområder.

Alexander Graham Bell i 1979 brukte selen i sin fotofon. Selen produserer en elektrisk strøm proporsjonal med intensiteten til lyset som lyser opp det, og brukes i lysmålere, sikkerhetsmekanismer for å åpne og lukke dører, etc.

Bruken av selen likerettere i elektronikk begynte på 1930-tallet, med mange kommersielle anvendelser. På 1970-tallet ble det erstattet i likerettere av silisium.

I 1957 ble det oppdaget at selen var et essensielt element for pattedyrs liv, ettersom det var til stede i enzymer som beskytter mot reaktivt oksygen og frie radikaler. Videre ble eksistensen av aminosyrer som selenometionin oppdaget.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Utseende

Siden det er flere allotroper for selen, varierer dets fysiske utseende. Det vises vanligvis som et rødlig fast stoff i pulverform.

Standard atomvekt

78.971 u

Atomnummer (Z)

3. 4

Smeltepunkt

221 ºC

Kokepunkt

685 ºC

tetthet

Selens tetthet varierer avhengig av hvilken allotrope eller polymorf som blir vurdert. Noen av densitetene bestemt ved romtemperatur er:

Grått: 4,819 g / cm ³

Alfa: 4,39 g / cm ³

Glassaktig: 4,28 g / cm ³

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

Fusjonsvarme

Grått: 6,69 kJ / mol

Fordampingsvarme

95,48 kJ / mol

Molær kalorikapasitet

25.363 J / (mol K)

Oksidasjonsnummer

Selen kan binde i sine forbindelser som manifesterer følgende antall eller oksidasjonstilstander: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Blant dem alle er de viktigste -2 (Se ^2- ), +4 (Se ⁴⁺ ) og +6 (Se ⁶⁺ ).

For eksempel, i SeO ₂ , har selen et oksidasjonsnummer på +4; det vil si at eksistensen av Se ⁴⁺ kation (Se ⁴⁺ O ₂ ^2- ) antas . Tilsvarende med SeO ₃ har selen et oksidasjonsnummer på +6 (Se ⁶⁺ O ₃ ^2- ).

I hydrogen selenid, H ₂ Se, har selen et oksidasjonstall på -2; det er, igjen, eksistensen av ionet eller anionet Se ^2- (H- ₂ ⁺ Se ^2- ) er forutsatt . Dette er fordi selen er mer elektronisk enn hydrogen.

elektro

2,55 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

-Først: 941 kJ / mol.

-Sekund: 2.045 kJ / mol.

-Tredde: 2.973,7 kJ / mol.

Magnetisk orden

Diamagnetic.

hardhet

2.0 på Mohs-skalaen.

isotoper

Det er fem naturlige og stabile isotoper av selen, som er vist nedenfor med hver sin 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 tynn film av grått selen. Kilde: W. Oelen

Selen tilberedt i kjemiske reaksjoner er et mursteinrødt amorft pulver, som når den raskt smeltes gir opphav til den glassartede formen, ligner på rosenkransperler (toppbilde). Black Selenium er et sprøtt og skinnende fast stoff.

Dessuten er svart selen lettløselig i karbonsulfid. Når denne løsningen blir oppvarmet til 180 ºC, faller grått selen, dets mest stabile og tette allotrope, ut.

Grått selen er motstandsdyktig mot oksidasjon og er inert mot virkningen av ikke-oksiderende syrer. Hovedegenskapen til dette selen er dets fotoledningsevne. Når den blir opplyst, øker dens elektriske ledningsevne med en faktor på 10 til 15 ganger.

reaktivitet

Selen i forbindelsene finnes i oksydasjonstilstandene -2, +4 og +6. Det viser en klar tendens til å danne syrer i de høyere oksidasjonstilstandene. Forbindelser som har selen med oksydasjonstilstand -2, kalles selenider (Se ^2- ).

Reaksjon med hydrogen

Selen reagerer med hydrogen for å danne hydrogenselenid (H ₂ Se), en fargeløs, brennbar og illeluktende gass.

Reaksjon med oksygen

Selen brannsår som avgir en blå flamme og danner selendioksid:

Se ₈ (er) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

Selenoksid er et fast, hvitt, polymert stoff. Dens hydratisering produserer selenious syre (H ₂ SeO ₃ ). Selen danner også selentrioksid (SeO ₃ ), analogt med svovel (SO ₃ ).

Reaksjon med halogener

Selen reagerer med fluor og danner selenheksafluorid:

Se ₈ (er) + 24 F ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Selen reagerer med klor og brom for å danne henholdsvis disileniumdiklorid og 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 også danne SeF ₄ og SeCl ₄ .

På den annen side danner selen forbindelser der et selenatom forbinder seg med et av halogen og et annet oksygen. Et viktig eksempel er selenoksyklorid (SeO ₂ Cl ₂ ), med selen i +6 oksidasjonstilstand, et ekstremt kraftig løsningsmiddel.

Reaksjon med metaller

Selen reagerer med metaller for å danne selenider av aluminium, kadmium og natrium. Den kjemiske ligningen nedenfor tilsvarer dannelsen av aluminiumselenid:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Selenites

Selen danner salter kjent som selenitter; for eksempel: sølvselenitt (Ag ₂ SeO ₃ ) og natriumselenitt (Na ₂ SeO ₃ ). Dette navnet har blitt brukt, i en litterær sammenheng, for å referere til innbyggere i Månen: Selenittene.

syrer

Den viktigste syren i selen er selensyre (H ₂ SeO ₄ ). Den er like sterk som svovelsyre og reduseres lettere.

Struktur og elektronisk konfigurasjon

- Selen og dets koblinger

Selen har seks valenselektroner, og det er derfor det ligger i gruppe 16, det samme som oksygen og svovel. Disse seks elektronene er i 4s og 4p orbitals, i henhold til deres elektroniske konfigurasjon:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Derfor trenger den, som svovel, å danne to kovalente bindinger for å fullføre sin octet av valens; selv om den har tilgjengeligheten av sine 4d orbitaler for å binde seg til mer enn to atomer. Dermed kommer tre selenatomer sammen og danner to kovalente bindinger: Se-Se-Se.

Selen med sin høyeste atommasse har en naturlig tendens til å danne strukturer styrt av kovalente bindinger; i stedet for å være ordnet som diatomiske molekyler Se ₂ , Se = Se, analog med O ₂ , O = O.

- Ringer eller kjeder

Blant de molekylære strukturer som selenatomer bruker, kan to nevnes generelt: ringer eller kjeder. Legg merke til at i Se _3- hypotetisk tilfelle krever de ekstreme Se-atomer fortsatt elektroner; derfor må de være bundet til andre atomer, i rekkefølge, til kjeden kan lukkes i en ring.

De vanligste ringene er åtte-leddet ringer eller atomer av selen: Se ₈ (en selenittkrone). Hvorfor åtte? Fordi jo mindre ring, jo mer belastning vil den lide; det vil si at vinklene på deres bindinger avviker fra naturverdiene satt av deres sp ^3- hybridiseringer (ligner det som skjer med cycloalkanes).

Ettersom det er åtte atomer, er separasjonen mellom Se-Se-atomer tilstrekkelig slik at deres bindinger er "avslappet" og ikke "bøyd"; selv om vinkelen på leddene er 105,7º og ikke 109,5º. På den annen side kan det være mindre ringer: Se ₆ og Se ₇ .

Ringenheter av selen representert av en modell av kuler og stenger. Kilde: Benjah-bmm27.

Se ₈ ringeenhetene er vist på bildet over . Legg merke til likheten de har med svovelkronene; bare de er større og tyngre.

I tillegg til ringer, kan selenatomer også arrangeres i spiralformede kjeder (tenk spiraltrapper):

Heliske selenkjeder. Kilde: Materialscientist på engelsk Wikipedia

I endene kan det være terminale dobbeltbindinger (-Se = Se), eller Se ₈ ringer .

- Allotropes

Når man tar i betraktning at det kan være spiralringer eller selenkjeder, og at deres dimensjoner også kan variere avhengig av antall atomer de inneholder, er det tydelig at det er mer enn en allotrope for dette elementet; det vil si rene selen faste stoffer, men med forskjellige molekylære strukturer.

Rødt selen

Blant de mest fremtredende allotropene av selen har vi rød, som kan vises som et amorft pulver, eller som monokliniske og polymorfe krystaller (se bilde av Se ₈ ringer ).

I amorft rødt selen er strukturene forstyrrede, uten tilsynelatende mønstre; mens i linsen etablerer ringene en monoklin struktur. Rødt krystallinsk selen er polymorf, med tre faser: α, β og γ, som er forskjellige i densiteten.

Svart selen

Strukturen til svart selen består også av ringer; men ikke med åtte medlemmer, men med mange flere, og når opp til ringer med tusen atomer (Se ₁₀₀₀ ). Det sies da at strukturen er kompleks og består av polymere ringer; noen større eller mindre enn andre.

Siden det er polymerringer i forskjellige størrelser, er det vanskelig å forvente at de etablerer en strukturell orden; så det svarte selen er også amorft, men i motsetning til det rødlige pulveret som er nevnt ovenfor, har det glassaktig struktur, selv om det er sprøtt.

Grått selen

Og til slutt, av de enkleste allotropene av selen er grått, som skiller seg ut over de andre, da det er det mest stabile under normale forhold, og som også har et metallisk utseende.

Krystallene kan være sekskantede eller trigonale, etablert av London-spredningskreftene mellom dets polymere spiralformede kjeder (toppbilde). Vinkelen på deres bindinger er 130,1º, noe som indikerer et positivt avvik fra de tetraedriske omgivelsene (med vinkler på 109,5º).

Det er grunnen til at selen spiralformede kjeder gir inntrykk av å være "åpne". Som elucubering, ser Se-atomene i denne strukturen mot hverandre, så i teorien må det være en større overlapping av deres orbitaler for å skape ledningsbånd.

Varmen med økningen av molekylvibrasjoner skader disse båndene når kjedene blir forstyrrede; mens energien til et foton direkte påvirker elektronene, spennende dem og markedsføre sine transaksjoner. Fra dette synspunktet er det "lett" å forestille seg fotoledningsevnen for grått selen.

Hvor du finner og produserer

Selv om det er vidt distribuert, er selen et sjeldent element. Det finnes i sin opprinnelige tilstand assosiert med svovel og mineraler som eukairitt (CuAgSe), klaustalitt (PbSe), naumanitt (Ag ₂ Se) og crookesite.

Selen finnes som en urenhet som erstatter svovel i en liten del av de svovelholdige mineralene i metaller; som kobber, bly, sølv, etc.

Det er jordsmonn der selen eksisterer i den oppløselige formen av selenater. Disse blir ført av regnvannet til elvene og derfra, til havet.

Noen planter klarer å absorbere og konsentrere selen. For eksempel inneholder en kopp Brazil nøtter 544 ug selen, en mengde som tilsvarer 777% av den daglige anbefalte mengden selen.

Hos levende vesener finnes selen i noen aminosyrer, for eksempel: selenometionin, selenocystein og metylselenocystein. Selenocystein og selenitt reduseres til hydrogenselenid.

Elektrolyse av kobber

Det er ingen gruvedrift for selen. Det meste er oppnådd som et biprodukt fra raffineringsprosessen av kobber, funnet i silt som samler seg ved anoden.

Det første trinnet er produksjonen av selendioksid. For dette blir det anodiske siltet behandlet med natriumkarbonat for å produsere oksidasjon. Deretter tilsettes vann til selenoksyd og surgjøres for å danne selen syre.

Til slutt behandles selenious syre med svoveldioksyd for å redusere den og oppnå elementært selen.

I en annen metode i blandingen av silt og slam dannet ved produksjon av svovelsyre, oppnås et uren rødt selen som løses opp i svovelsyre.

Selendensyre og selensyre dannes deretter. Denne selensyren får den samme behandlingen som den forrige metoden.

Klor kan også brukes, som virker på metall-selenider for å produsere flyktige klorerte selenforbindelser; slik som: Se ₂ Cl ₂ , SeCl ₄ , SeCl ₂ og SeOCl ₂ .

Disse forbindelsene blir i en prosess utført i vann omdannet til selen syre, som blir behandlet med svoveldioksyd for å frigjøre selen.

Biologisk rolle

Mangel

Selen er et essensielt sporelement for planter og dyr, hvis mangel på mennesker har forårsaket alvorlige lidelser som Keshans sykdom; en sykdom preget av skade på myokardiet.

I tillegg er selenmangel assosiert med mannlig infertilitet og kan spille en rolle ved Kashin-Beck sykdom, en type slitasjegikt. Det er også observert en selenmangel ved revmatoid artritt.

Enzym kofaktor

Selen er en komponent av enzymer med antioksidantvirkning, for eksempel glutathione peroxidase og thioredoxin reductase som virker i eliminering av stoffer med reaktivt oksygen.

I tillegg er selen en kofaktor av skjoldbruskkjertelhormon deiodinaser. Disse enzymene er viktige for å regulere funksjonen til skjoldbruskhormoner.

Bruken av selen er rapportert i behandlingen av Hasimotos sykdom, en autoimmun sykdom med dannelse av antistoffer mot skjoldbruskkjertelceller.

Selen har også blitt brukt for å redusere de giftige effektene av kvikksølv, ettersom noen av dets handlinger utøves på selenavhengige antioksidantenzym.

Proteiner og aminosyrer

Mennesket har omtrent 25 selenoproteiner som utøver en antioksidantvirkning for beskyttelse mot oksidativt stress, initiert av et overskudd av reaktive oksygenarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (NOS).

Aminosyrene selenometiocin og selenocystein er blitt påvist hos mennesker. Selenometionin brukes som et kosttilskudd i behandlingen av selenmangelstater.

risiko

En høy kroppskonsentrasjon av selen kan ha mange skadelige effekter på helsen, starter med sprøtt hår og sprø negler, til hudutslett, varme, ødem i huden og sterke smerter.

Når man behandler selen i kontakt med øynene, kan folk oppleve svie, irritasjon og rive. I mellomtiden kan langvarig eksponering for røyk med høyt selen føre til lungeødem, hvitløkpust og bronkitt.

I tillegg kan personen oppleve pneumonitt, kvalme, frysninger, feber, sår hals, diaré og hepatomegali.

Selen kan samhandle med andre medisiner og kosttilskudd, som antacida, antineoplastiske medisiner, kortikosteroider, niacin og p-piller.

Selen har blitt assosiert med økt risiko for å utvikle hudkreft. En studie fra National Cancer Institute fant at menn med et høyt kroppsnivå av selen var dobbelt så sannsynlige for å ha aggressiv prostatakreft.

En studie indikerer at det daglige inntaket av 200 ug selen øker muligheten for å utvikle type II diabetes med 50%.

applikasjoner

kosmetikk

Selenium sulfide brukes til behandling av seborrhea, samt fettete eller flassende hår.

leger

Det brukes som en alternativ medisin i behandlingen av Hasimotos sykdom, en autoimmun sykdom i skjoldbruskkjertelen.

Selen reduserer giftigheten av kvikksølv, hvorav den toksiske aktiviteten utøves på deoksydiserende enzymer, som bruker selen som en kofaktor.

Manganelektrolyse

Bruken av selenoksyd i elektrolyse av mangan reduserer kostnadene ved teknikken betydelig, siden det reduserer strømforbruket.

Pigment

Selen brukes som et pigment i maling, plast, keramikk og glass. Avhengig av selen som brukes, varierer fargen på glasset fra dyp rød til lys oransje.

foto

På grunn av egenskapen til grått selen for å endre dens elektriske ledningsevne som en funksjon av intensiteten til lyset som stråler det, er selen blitt brukt i kopimaskiner, fotoceller, fotometre og solceller.

Bruken av selen i kopimaskiner var en av de viktigste anvendelsene av selen; men utseendet til organiske fotoledere har redusert bruken.

krystaller

Selen brukes til misfarging av briller, som et resultat av tilstedeværelsen av jern som gir en grønn eller gul farge. I tillegg tillater det en rød farge på glasset, avhengig av bruken du vil gi det.

vulkanisering

Selen diethyldithiocarbonate brukes som et vulkaniseringsmiddel for gummiprodukter.

legeringer

Selen brukes i kombinasjon med vismut i messing for å erstatte bly; Meget giftig element som har redusert bruken på grunn av anbefalingene fra helseorganisasjoner.

Selen tilsettes i lave konsentrasjoner til stål og kobberlegeringer for å forbedre bruken av disse metaller.

likerettere

Selen likerettere begynte å bli brukt i 1933 fram til 1970-tallet, da de ble erstattet av silisium på grunn av den lave prisen og overlegen kvalitet.

referanser

1. Royal Australian Chemical Institute. (2011). Selen. . Gjenopprettet fra: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Selen. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (SF). Nye allotropes av hovedgruppeelementer. . Gjenopprettet fra: tcichemicals.com
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Fakta om selenelement. Chemicool. Gjenopprettet fra: chemicool.com
5. Robert C. Brasted. (28. august 2019). Selen. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
6. Marques Miguel. (SF). Selen. Gjenopprettet fra: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. juli 2019). Selen fakta. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Periodisk tabell: selen. Gjenopprettet fra: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Selen: sin rolle som antioksidant i menneskers helse. Miljøhelse og forebyggende medisin, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Office of Dietary Supplements. (9. juli 2019). Selen: Faktaark for helsepersonell. National Institute of Health. Gjenopprettet fra: ods.od.nih.gov