SELENIU: ISTORIC, PROPRIETĂȚI, STRUCTURĂ, OBȚINERE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Seleniul este un element chimic nemetalic aparținând grupei 16 a tabelului periodic și care este reprezentat prin simbolul este. Acest element are proprietăți intermediare între sulf și telur, care sunt membri ai aceluiași grup.

Seleniul a fost descoperit în 1817 de Jöhs J. Berzelius și John G. Gahn, care la vaporizarea piritei au observat un reziduu roșu (imagine inferioară). La început au confundat-o cu telurul, dar mai târziu și-au dat seama că au de-a face cu un element nou.

O flaconă de seleniu roșu amorf, cel mai cunoscut alotrop pentru acest element. Sursa: W. Oelen

Berzelius a numit noul element seleniu, bazat pe numele „selene” care înseamnă „zeița lunii”. Seleniul este un oligoelement esențial pentru plante și animale, deși în concentrații mari este un element toxic.

Seleniul are trei forme alotrope principale: roșu, negru și gri. Acesta din urmă are proprietatea de a-și modifica conductanța electrică în funcție de intensitatea luminii care o radiază (fotoconductor), pentru care a avut multe aplicații.

Seleniul este distribuit pe scară largă în scoarța terestră, însă mineralele care o conțin nu sunt abundente, astfel încât nu există minerit de seleniu.

Este obținut în principal ca produs secundar al procesului de rafinare a electrolizei de cupru. Seleniul se acumulează în siltul găsit la anodul celulelor de electroliză.

Ființele umane au în jur de 25 de selenoproteine, unele dintre ele având o acțiune antioxidantă și controlează generarea de radicali liberi. De asemenea, există aminoacizi ai seleniului, cum ar fi selenometionina și selenocisteina.

Istorie

Prima observație

Este posibil ca alchimistul Arnold de Villanova să fi observat seleniul în 1230. S-a antrenat în medicină la Sorbona din Paris și a fost chiar medicul papei Clement al V-lea.

Villanova în cartea sa Rosarium Philosophorum descrie un sulf roșu sau „rebeum de sulf” care a fost lăsat într-un cuptor după vaporizarea sulfului. Acest sul roșu ar fi putut fi un alotrop al seleniului.

Descoperire

În 1817, Jöhs Jakob Berzelius și John Gottlieb Gahn au descoperit seleniul într-o fabrică chimică pentru producerea acidului sulfuric, în apropiere de Gripsholm, Suedia. Materia primă pentru fabricarea acidului a fost piritul, care a fost extras dintr-o mină Falun.

Berzelius a fost lovit de existența unui reziduu roșu care a rămas în recipientul de plumb după ce arsul de sulf.

De asemenea, Berzelius și Gahn au observat că reziduul roșu avea un miros puternic de hrean, similar cu cel al telurului. Acesta este motivul pentru care i-a scris prietenului său Marect că ei credeau că depozitul observat este un compus din telur.

Cu toate acestea, Berselius a continuat să analizeze materialul depus atunci când piritul a fost incinerat și a reconsiderat că telurul nu a fost găsit în mina Falun. El a concluzionat în februarie 1818 că a descoperit un element nou.

Originea numelui său

Berzelius a subliniat că noul element era o combinație de sulf și telur și că asemănarea telurului cu noul element îi oferise posibilitatea de a denumi noua substanță seleniu.

Berzelius a explicat că „tellus” înseamnă zeiță a pământului. Martin Klaport în 1799 a dat acest nume teluriului și a scris: „Niciun element nu se numește așa ceva. Trebuia făcut! "

Din cauza asemănării telurului cu noua substanță, Berzelius a numit-o cu cuvântul seleniu, derivat din cuvântul grecesc „selene” care înseamnă „zeiță a lunii”.

Dezvoltarea aplicațiilor dvs.

În 1873, Willoughby Smith a descoperit că conductivitatea electrică a seleniului depindea de lumina care o radia. Această proprietate a permis seleniului să aibă numeroase aplicații.

Alexander Graham Bell, în 1979, a folosit seleniu în fotofonul său. Seleniul produce un curent electric proporțional cu intensitatea luminii care îl luminează, fiind utilizat în contoarele de lumină, mecanisme de securitate pentru deschiderea și închiderea ușilor etc.

Utilizarea redresoarelor cu seleniu în electronice a început în anii 1930, cu numeroase aplicații comerciale. În anii ’70 a fost înlocuit în redresoare de siliciu.

În 1957, s-a descoperit că seleniul a fost un element esențial pentru viața mamiferelor, deoarece a fost prezent în enzime care protejează de oxigenul reactiv și radicalii liberi. Mai mult, a fost descoperită existența aminoacizilor cum ar fi selenometionina.

Proprietati fizice si chimice

Aspect

Deoarece există mai multe alotrope pentru seleniu, aspectul său fizic variază. Apare de obicei ca un solid roșiatic sub formă de pulbere.

Greutatea atomică standard

78.971 u

Număr atomic (Z)

3. 4

Punct de topire

221 ºC

Punct de fierbere

685 ºC

Densitate

Densitatea seleniului variază în funcție de alotrop sau polimorf. Unele dintre densitățile sale determinate la temperatura camerei sunt:

Gray: 4,819 g / cm ³

Alpha: 4,39 g / cm ³

Vitros: 4,28 g / cm ³

Stare lichidă (punct de topire): 3,99 g / cm ³

Căldură de fuziune

Gri: 6,69 kJ / mol

Căldură de vaporizare

95,48 kJ / mol

Capacitate calorică molară

25,363 J / (mol K)

Numere de oxidare

Seleniul se poate lega în compușii săi manifestând următoarele numere sau stări de oxidare: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Dintre toate, cele mai importante sunt -2 (Se ^2- ), +4 (Se ⁴⁺ ) și +6 (Se ⁶⁺ ).

De exemplu, în SeO ₂ , seleniu are un număr de oxidare +4; adică, existența Seleniul ⁴⁺ cation (Se ⁴⁺ O ₂ ² ) se presupune . Similar cu SeO ₃ , seleniu are un număr de oxidare +6 (Se ⁶⁺ O ₃ ² ).

In Seleniură hidrogen, H ₂ Se, seleniu are un număr de oxidare -2; adică, din nou, existența ionului sau anion Se ^2- (H ₂ ⁺ Se ^2- ) se presupune . Acest lucru se întâmplă pentru că seleniul este mai electronegativ decât hidrogenul.

electronegativitate

2.55 pe scara Pauling.

Energie de ionizare

-Primul: 941 kJ / mol.

-A doua: 2.045 kJ / mol.

-Trat: 2.973,7 kJ / mol.

Ordine magnetică

Diamagnetic.

Duritate

2.0 pe scara Mohs.

izotopi

Există cinci izotopi naturali și stabili de seleniu, care sunt arătați mai jos cu abundențele respective:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9,23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

alotropie

Sticlă cu seleniu negru acoperit cu o peliculă subțire de seleniu gri. Sursa: W. Oelen

Seleniul preparat în reacții chimice este o pulbere amorfă roșie de cărămidă, care atunci când s-a topit rapid dă naștere la forma neagră vitroasă, similară cu perlele de rozariu (imaginea de sus). Seleniul negru este un solid fragil și lustros.

De asemenea, seleniul negru este ușor solubil în sulfura de carbon. Când această soluție este încălzită la 180 ºC, precipită seleniul, cel mai stabil și alotropul său cel mai dens.

Seleniul gri este rezistent la oxidare și este inert la acțiunea acizilor neoxidanți. Proprietatea principală a acestui seleniu este fotoconductivitatea sa. Când este iluminat, conductivitatea sa electrică crește cu un factor de 10 până la 15 ori.

reactivitatea

Seleniul din compușii săi există în stările de oxidare -2, +4 și +6. Prezintă o tendință clară de a forma acizi în stările de oxidare mai mari. Compușii care au seleniu cu starea de oxidare -2, se numesc selenide (Se ^2- ).

Reacția cu hidrogenul

Reacționează de seleniu cu hidrogen la Seleniură formă de hidrogen (H ₂ Se), un incolor, inflamabil și gaz. Urât mirositoare

Reacția cu oxigenul

Arsurile de seleniu emit o flacără albastră și formează dioxid de seleniu:

Se ₈ (s) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

Oxidul de seleniu este o substanță polimerică solidă, albă. Hidratarea produce acidul selenios (H ₂ SeO ₃ ). Seleniul formează de asemenea trioxid de seleniu (SeO ₃ ), analog cu sulful (SO ₃ ).

Reacția cu halogenii

Seleniul reacționează cu fluorul pentru a forma hexafluorură de seleniu:

Se ₈ (s) + 24 F ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Seleniul reacționează cu clorul și bromul pentru a forma diclorura de disileniu și respectiv dibromura:

Se ₈ (s) + 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Se ₈ (s) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Seleniul poate forma, de asemenea, SeF ₄ și SeCl ₄ .

Pe de altă parte, seleniul formează compuși în care un atom de seleniu se unește cu unul de halogen și cu altul cu oxigen. Un exemplu important este oxiclorura de seleniu (SeO ₂ Cl ₂ ), cu seleniu în starea de oxidare +6, un solvent extrem de puternic.

Reacția cu metalele

Seleniul reacționează cu metalele formând selenide din aluminiu, cadmiu și sodiu. Ecuația chimică de mai jos corespunde cu cea a formării selenurii de aluminiu:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Selenites

Seleniul formează săruri cunoscute sub numele de selenite; de exemplu: selenit de argint (Ag ₂ SeO ₃ ) și selenit de sodiu (Na ₂ SeO ₃ ). Acest nume a fost folosit, într-un context literar, pentru a se referi la locuitorii Lunii: selenitele.

acizi

Cel mai important în seleniu Acidul este selenic Acid (H ₂ SeO ₄ ). Este la fel de puternic ca acidul sulfuric și este mai ușor de redus.

Structura și configurația electronică

- Seleniu și legăturile sale

Seleniul are șase electroni de valență, motiv pentru care este situat în grupa 16, la fel ca oxigenul și sulful. Acești șase electroni sunt în orbitalele 4s și 4p, conform configurației lor electronice:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Prin urmare, are nevoie, ca și sulful, de a forma două legături covalente pentru a-și completa octetul de valență; deși are disponibilitatea orbitalelor sale 4d pentru a se lega cu mai mult de doi atomi. Astfel, trei atomi de seleniu se reunesc și formează două legături covalente: Se-Se-Se.

Seleniul cu cea mai mare masă atomică are o tendință naturală de a forma structuri guvernate de legături covalente; în loc să fie aranjate ca molecule diatomice Se ₂ , Se = Se, analog cu O ₂ , O = O.

- Inele sau lanțuri

Dintre structurile moleculare pe care le adoptă atomii de seleniu, două pot fi menționate în termeni generali: inele sau lanțuri. Rețineți că, în cazul ipotetic Se ₃ , atomii de Se extremă necesită încă electroni; prin urmare, ei trebuie să fie legați de alți atomi, succesiv, până când lanțul poate fi închis într-un inel.

Cele mai frecvente inele sunt inelele cu opt membre sau atomii de seleniu: Se ₈ (o coroană de selenit). De ce opt? Deoarece este mai mic inelul, cu atât va suferi mai mult stres; adică unghiurile legăturilor lor se abat de la valorile naturale stabilite de hibridizările lor sp ³ (similar cu ceea ce se întâmplă cu cicloalcanii).

Întrucât există opt atomi, separarea dintre atomii Se-Se este suficientă, astfel încât legăturile lor să fie „relaxate” și să nu fie „îndoite”; deși unghiul legăturilor sale este de 105,7 și nu de 109,5º. Pe de altă parte, pot exista inele mai mici: Se ₆ și Se ₇ .

Unități de inel din seleniu reprezentate de un model de sfere și bare. Sursa: Benjah-bmm27.

Unitățile de inel Se ₈ sunt prezentate în imaginea de mai sus . Notă asemănarea pe care o au cu coroanele de sulf; numai că sunt mai mari și mai grele.

În plus față de inele, atomii de seleniu pot fi de asemenea aranjați în lanțuri elicoidale (credeți că scările în spirală):

Lanțuri de seleniu elicoidale. Sursa: Materialscientist la Wikipedia engleză

La capetele sale pot exista legături duble terminale (-Se = Se) sau inele Se ₈ .

- Alotrope

Ținând cont de faptul că pot exista inele elicoidale sau lanțuri de seleniu și că dimensiunile lor pot varia, de asemenea, în funcție de numărul de atomi pe care îl conțin, atunci este evident că există mai mult de un alotrop pentru acest element; adică solide pure de seleniu, dar cu structuri moleculare diferite.

Seleniu roșu

Printre cele mai proeminente alotrope de seleniu avem roșu, care poate apărea ca pulbere amorfă sau ca cristale monoclinice și polimorfe (vezi imaginea inelelor Se ₈ ).

În seleniu roșu amorf structurile sunt dezordonate, fără modele aparente; în timp ce în lentilă, inelele stabilesc o structură monoclinică. Seleniul cristalin roșu este polimorf, având trei faze: α, β și γ, care diferă în densitățile lor.

Seleniu negru

Structura seleniului negru constă, de asemenea, din inele; dar nu cu opt membri, ci cu mulți mai mulți, ajungând până la inele de o mie de atomi (Se ₁₀₀₀ ). Se spune atunci că structura sa este complexă și constă din inele polimerice; unele mai mari sau mai mici decât altele.

Deoarece există inele polimerice de diferite dimensiuni, este dificil să se aștepte să stabilească o ordine structurală; deci seleniul negru este de asemenea amorf, dar, în contrast cu pulberea roșiatică menționată mai sus, are texturi sticloase, deși este fragil.

Seleniu gri

Și în sfârșit, dintre cele mai simple alotrope ale seleniului este gri, care se remarcă deasupra celorlalte, deoarece este cel mai stabil în condiții normale și are, de asemenea, un aspect metalic.

Cristalele sale pot fi hexagonale sau trigonale, stabilite de forțele de dispersie londoneze între lanțurile sale elicoidale polimerice (imaginea de sus). Unghiul legăturilor lor este 130,1º, ceea ce indică o abatere pozitivă de la împrejurimile tetraedrice (cu unghiuri de 109,5º).

De aceea, lanțurile elicoidale de seleniu dau impresia că sunt „deschise”. Prin elucubrare, în această structură atomii de Se se confruntă unul cu altul, deci, în teorie, trebuie să existe o suprapunere mai mare a orbitalelor lor pentru a crea benzi de conducere.

Căldura odată cu creșterea vibrațiilor moleculare dăunează acestor benzi atunci când lanțurile devin dezordonate; în timp ce energia unui foton afectează direct electronii, excitându-i și promovându-și tranzacțiile. Din acest punct de vedere, este „ușor” să ne imaginăm fotoconductivitatea pentru seleniu gri.

Unde să găsești și să producă

Deși este distribuit pe scară largă, seleniul este un element rar. Se găsește în starea natală asociată cu sulf și minerale precum eucairite (CuAgSe), claustalită (PbSe), naumanit (Ag ₂ Se) și crookesite.

Seleniul se găsește ca o impuritate care înlocuiește sulful într-o mică parte din mineralele sulfuroase ale metalelor; cum ar fi cupru, plumb, argint etc.

Există soluri în care seleniul există sub forma solubilă a selenatelor. Acestea sunt transportate de apa de ploaie către râuri și de acolo, spre ocean.

Unele plante sunt capabile să absoarbă și să concentreze seleniul. De exemplu, o cană de nuci braziliene conține 544 pg de seleniu, o cantitate echivalentă cu 777% din cantitatea recomandată zilnic de seleniu.

La ființele vii, seleniul se găsește la unii aminoacizi, cum ar fi: selenometionina, selenocisteina și metilselenocisteina. Selenocisteina și selenita sunt reduse la hidrogenul selenid.

Electroliza cuprului

Nu există minerit pentru seleniu. Cea mai mare parte a acestuia este obținută ca un produs secundar al procesului de rafinare a electrolizei de cupru, care se găsește în siltul care se acumulează la anod.

Primul pas este producerea de dioxid de seleniu. Pentru aceasta, siltul anodic este tratat cu carbonat de sodiu pentru a produce oxidarea sa. Apoi se adaugă apă la oxid de seleniu și se acidulează pentru a forma acid seleniu.

În cele din urmă, acidul selenios este tratat cu dioxid de sulf pentru a-l reduce și a obține seleniu elementar.

Într-o altă metodă din amestecul de silt și nămol format la producerea acidului sulfuric, se obține un seleniu roșu impur, care se dizolvă în acid sulfuric.

Se formează apoi acid selenos și acid selenic. Acest acid seleniu primește același tratament ca metoda anterioară.

Se poate utiliza și clor, care acționează asupra selenidelor metalice pentru a produce compuși de seleniu cloruți volatili; cum ar fi: Se ₂ Cl ₂ , SeCl ₄ , SeCl ₂ și SeOCl ₂ .

Acești compuși, într-un proces desfășurat în apă, sunt transformați în acid seleniu, care este tratat cu dioxid de sulf pentru a elibera seleniul.

Rolul biologic

Deficienta

Seleniul este un oligoelement esențial pentru plante și animale, a căror deficiență la om a cauzat tulburări grave, cum ar fi boala Keshan; boală caracterizată prin afectarea miocardului.

În plus, deficiența de seleniu este asociată cu infertilitatea masculină și poate juca un rol în boala Kashin-Beck, un tip de osteoartrită. De asemenea, a fost observată o deficiență de seleniu în artrita reumatoidă.

Cofactor enzimatic

Seleniul este o componentă a enzimelor cu acțiune antioxidantă, cum ar fi glutationa peroxidază și tioredoxina reductază care acționează în eliminarea substanțelor cu oxigen reactiv.

În plus, seleniul este un cofactor al hormonilor tiroidieni deiodinaze. Aceste enzime sunt importante în reglarea funcționării hormonilor tiroidieni.

S-a raportat utilizarea seleniului în tratamentul bolii Hasimoto, o boală autoimună cu formarea de anticorpi împotriva celulelor tiroidiene.

Seleniul a fost de asemenea utilizat pentru a reduce efectele toxice ale mercurului, deoarece unele dintre acțiunile sale sunt exercitate asupra enzimelor antioxidante dependente de seleniu.

Proteine ​​și aminoacizi

Omul are aproximativ 25 de selenoproteine ​​care exercită o acțiune antioxidantă pentru protecția împotriva stresului oxidativ, inițiată de un exces de specii reactive de oxigen (ROS) și specii de azot reactiv (NOS).

La aminoacizi selenometiocina și selenocisteina au fost detectate la om. Selenometionina este utilizată ca supliment alimentar în tratamentul stărilor de deficiență de seleniu.

riscuri

O concentrație ridicată de seleniu în corp poate avea numeroase efecte dăunătoare asupra sănătății, începând cu părul fragil și unghiile fragile, până la erupții cutanate, căldură, edem al pielii și dureri severe.

Când se tratează seleniul în contact cu ochii, oamenii pot suferi arsuri, iritare și rupere. Între timp, expunerea prelungită la fum ridicat de seleniu poate provoca edem pulmonar, respirație de usturoi și bronșită.

În plus, persoana poate prezenta pneumonită, greață, frisoane, febră, dureri în gât, diaree și hepatomegalie.

Seleniul poate interacționa cu alte medicamente și suplimente alimentare, cum ar fi antiacide, medicamente antineoplastice, corticosteroizi, niacină și anticonceptionale.

Seleniul a fost asociat cu un risc crescut de a dezvolta cancer de piele. Un studiu realizat de Institutul Național al Cancerului a constatat că bărbații cu un nivel ridicat de seleniu corporal aveau de două ori mai multe șanse să aibă cancer de prostată agresiv.

Un studiu indică faptul că aportul zilnic de 200 pg de seleniu crește cu 50% posibilitatea dezvoltării diabetului de tip II.

Aplicații

Produse cosmetice

Sulfura de seleniu este folosită în tratamentul seboreei, precum și în părul gras sau cu matreata.

Medicii

Este utilizat ca medicament alternativ în tratamentul bolii Hasimoto, o boală autoimună a tiroidei.

Seleniul reduce toxicitatea mercurului, una dintre activitățile sale toxice este exercitată asupra enzimelor de deoxidare, care utilizează seleniul ca cofactor.

Electroliza manganului

Utilizarea oxidului de seleniu în electroliza manganului reduce considerabil costurile tehnicii, deoarece reduce consumul de energie electrică.

Pigment

Seleniul este utilizat ca pigment în vopsele, materiale plastice, ceramică și sticlă. În funcție de seleniul utilizat, culoarea paharului variază de la roșu profund până la portocaliu deschis.

fotoconductibil

Datorită proprietății seleniului gri de a-și schimba conductivitatea electrică în funcție de intensitatea luminii care o radiază, seleniul a fost utilizat în fotocopiere, fotocelule, fotometre și celule solare.

Utilizarea seleniului în fotocopiere a fost una dintre principalele aplicații ale seleniului; dar aspectul fotoconductorilor organici a scăzut utilizarea acestora.

cristale

Seleniul este utilizat pentru decolorarea ochelarilor, ca urmare a prezenței fierului care produce o culoare verde sau galbenă. În plus, permite o colorare roșie a sticlei, în funcție de utilizarea pe care doriți să i-o oferiți.

Vulcanizare

Dietilhiditiocarbonatul de seleniu este utilizat ca agent vulcanizant pentru produsele din cauciuc.

aliaje

Seleniul este utilizat în combinație cu bismutul din alamă, pentru a înlocui plumbul; Element foarte toxic care și-a diminuat utilizarea datorită recomandărilor organizațiilor de sănătate.

Seleniu este adăugat în concentrații scăzute la oțel și aliaje de cupru pentru a îmbunătăți capacitatea de utilizare a acestor metale.

redresoare

Redresoarele cu seleniu au început să fie folosite în 1933 până în anii ’70, când au fost înlocuite cu siliciu, din cauza costului scăzut și a calității sale superioare.

Referințe

1. Royal Australian Chemical Institute. (2011). Seleniu. . Recuperat din: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Seleniu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (Sf). Noile alotrope ale elementelor principale ale grupului . Recuperat de la: tcichemicals.com
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Fapte cu element de seleniu. Chemicool. Recuperat de la: chemicool.com
5. Robert C. Brasted. (28 august 2019). Seleniu. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
6. Marques Miguel. (Sf). Seleniu. Recuperat din: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (03 iulie 2019). Fapte de seleniu. Recuperat de la: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Tabelul periodic: seleniu. Recuperat de la: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Seleniu: rolul său de antioxidant în sănătatea umană. Sănătatea mediului și medicina preventivă, 13 (2), 102–108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Oficiul suplimentelor alimentare. (9 iulie 2019). Seleniu: Fișă tehnică pentru profesioniștii din sănătate. Institutul Național de Sănătate. Recuperat din: ods.od.nih.gov