- Dějiny
- První pozorování
- Objev
- Původ jeho názvu
- Vývoj vašich aplikací
- Fyzikální a chemické vlastnosti
- Vzhled
- Standardní atomová hmotnost
- Atomové číslo (Z)
- Bod tání
- Bod varu
- Hustota
- Teplo fúze
- Odpařovací teplo
- Molární kalorická kapacita
- Oxidační čísla
- Elektronegativita
- Ionizační energie
- Magnetický řád
- Tvrdost
- Izotopy
- Allotropy
- Reaktivita
- Reakce s vodíkem
- Reakce s kyslíkem
- Reakce s halogeny
- Reakce s kovy
- Selenity
- Kyseliny
- Struktura a elektronická konfigurace
- - Selen a jeho vazby
- - Kroužky nebo řetězy
- - Allotropes
- Červený selen
- Černý selen
- Šedý selen
- Kde najít a vyrobit
- Elektrolýza mědi
- Biologická role
- Nedostatek
- Enzymatický kofaktor
- Proteiny a aminokyseliny
- Rizika
- Aplikace
- Kosmetika
- Lékaři
- Elektrolýza manganem
- Pigment
- Fotovodivé
- Krystaly
- Vulkanizace
- Slitiny
- Usměrňovače
- Reference
Selen je nekovový chemický prvek patřící do skupiny 16 periodické soustavy prvků, a který je reprezentován symbolem je. Tento prvek má meziprodukty mezi sírou a telurem, které jsou členy stejné skupiny.
Selenium objevili v roce 1817 Jöhs J. Berzelius a John G. Gahn, kteří při odpařování pyritu pozorovali červený zbytek (dolní obrázek). Nejprve si to zaměnili s telurem, ale později si uvědomili, že se zabývají novým prvkem.
Lahvička amorfního červeného selenu, nejznámější allotrop pro tento prvek. Zdroj: W. Oelen
Berzelius jmenoval nový prvek selen, založený na jménu „selene“, což znamená „bohyně měsíce“. Selen je nezbytným stopovým prvkem pro rostliny a zvířata, i když ve vysokých koncentracích je toxickým prvkem.
Selen má tři hlavní allotropické formy: červená, černá a šedá. Ten má vlastnost modifikovat svou elektrickou vodivost v závislosti na intenzitě světla, které jej vyzařuje (fotovodič), pro které má mnoho aplikací.
Selen je široce distribuován v zemské kůře, avšak minerály, které jej obsahují, nejsou hojné, takže nedochází k těžbě selenu.
Získává se hlavně jako vedlejší produkt rafinace elektrolýzou mědi. Selen se hromadí v bahně na anodě elektrolytických článků.
Lidské bytosti mají kolem 25 selenoproteinů, z nichž některé mají antioxidační účinek a regulují tvorbu volných radikálů. Existují také aminokyseliny selenu, jako je selenomethionin a selenocystein.
Dějiny
První pozorování
Alchymista Arnold de Villanova mohl pozorovat selen v roce 1230. Vystudoval medicínu v Sorbonně v Paříži a byl dokonce lékařem papeže Klementa V.
Villanova ve své knize Rosarium Philosophorum popisuje červenou síru nebo „sírové rebeum“, které po odpaření síry zůstalo v peci. Tato červená síra mohla být allotropem selenu.
Objev
V roce 1817 objevili Jöhs Jakob Berzelius a John Gottlieb Gahn selen v chemické továrně na výrobu kyseliny sírové poblíž Gripsholmu ve Švédsku. Surovinou pro výrobu kyseliny byl pyrit, který byl extrahován z dolu Falun.
Berzeliuse zasáhla existence červeného zbytku, který zůstal v olověné nádobě po spálení síry.
Berzelius a Gahn také pozorovali, že červený zbytek má silný křenový pach, podobný tomu u telluria. To je důvod, proč napsal svému příteli Marectovi, že věří, že pozorovaný depozit je sloučenina teluria.
Berselius však pokračoval v analýze materiálu, který byl uložen, když byl pyrit spálen, a znovu zvážil, že tellurium nebyl nalezen v dole Falun. V únoru 1818 dospěl k závěru, že objevil nový prvek.
Původ jeho názvu
Berzelius poukázal na to, že nový prvek je kombinací síry a telluru, a že podobnost teluru s novým prvkem mu dala příležitost pojmenovat novou látku selen.
Berzelius vysvětlil, že "tellus" znamená bohyně Země. Martin Klaport v roce 1799 dal toto jméno telluriu a napsal: „To se nenazývá žádným jediným prvkem. Muselo se to udělat! “
Kvůli podobnosti telluria s novou látkou, Berzelius pojmenoval to slovem selen, odvozený z řeckého slova “selene” který znamená “bohyně měsíce”.
Vývoj vašich aplikací
V roce 1873 Willoughby Smith objevil, že elektrická vodivost selenu závisí na světle, které ho vyzařovalo. Tato vlastnost umožnila selenu mít četné aplikace.
Alexander Graham Bell v roce 1979 použil selen ve svém fotoelefonu. Selen produkuje elektrický proud úměrný intenzitě světla, které ho osvětluje, používá se v měřičích světla, bezpečnostních mechanismech pro otevírání a zavírání dveří atd.
Použití usměrňovačů selenu v elektronice začalo ve 30. letech 20. století s četnými komerčními aplikacemi. V 70. letech byl nahrazen křemíkem v usměrňovačích.
V roce 1957 bylo objeveno, že selen byl nezbytným prvkem pro život savců, protože byl přítomen v enzymech, které chrání před reaktivním kyslíkem a volnými radikály. Dále byla objevena existence aminokyselin, jako je selenomethionin.
Fyzikální a chemické vlastnosti
Vzhled
Protože existuje několik allotropů pro selen, jeho fyzický vzhled se liší. Obvykle se jeví jako načervenalá pevná látka v práškové formě.
Standardní atomová hmotnost
78,971 u
Atomové číslo (Z)
3. 4
Bod tání
221 ° C
Bod varu
685 ° C
Hustota
Hustota selenu se liší v závislosti na tom, který allotrop nebo polymorf je zvažován. Některé jeho hustoty stanovené při pokojové teplotě jsou:
Šedá: 4,819 g / cm 3
Alfa: 4,39 g / cm 3
Sklivce: 4,28 g / cm 3
Kapalném stavu (bod tání): 3,99 g / cm 3
Teplo fúze
Šedá: 6,69 kJ / mol
Odpařovací teplo
95,48 kJ / mol
Molární kalorická kapacita
25,363 J / (mol K)
Oxidační čísla
Selen se ve svých sloučeninách může vázat na následující čísla nebo oxidační stavy: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Mezi všemi z nich jsou nejdůležitější -2 (Se 2-), +4 (Se 4+) a +6 (Se 6+).
Například v SeO 2 má selen oxidační číslo +4; to znamená, že existence SE 4+ kationtu (Se 4+ O 2 2) se předpokládá. Podobně jako u SeO 3 má selen oxidační číslo +6 (Se 6+ O 3 2-).
V selan, H 2 Se, selen má číslo oxidace -2; to je, opět, existence iontu nebo aniontu Se 2- (H 2 + Se 2) se předpokládá. Je to tak proto, že selen je více elektronegativní než vodík.
Elektronegativita
2,55 v Paulingově stupnici.
Ionizační energie
-První: 941 kJ / mol.
-Second: 2 045 kJ / mol.
-Third: 2 973,7 kJ / mol.
Magnetický řád
Diamagnetický.
Tvrdost
2,0 na Mohsově stupnici.
Izotopy
Existuje pět přirozených a stabilních izotopů selenu, které jsou uvedeny níže s jejich příslušným množstvím:
- 74 Se (0,86%)
- 76 Se (9,23%)
- 77 Se (7,6%)
- 78 Se (23,69%)
- 80 Se (49,8%)
Allotropy
Láhev s černým selenem potaženým tenkým filmem šedého selenu. Zdroj: W. Oelen
Selen připravený chemickými reakcemi je amorfní cihlově červený prášek, který po rychlém roztavení vytváří sklovitou černou formu, podobnou růženecům (horní obrázek). Černý selen je křehká a lesklá pevná látka.
Také černý selen je mírně rozpustný v sirníku uhlíku. Když se tento roztok zahřeje na 180 ° C, vysráží se šedý selen, jeho nejstabilnější a nejhustší allotrop.
Šedý selen je odolný vůči oxidaci a je inertní vůči působení neoxidujících kyselin. Hlavní vlastností tohoto selenu je jeho fotovodivost. Když je osvětlena, její elektrická vodivost se zvyšuje 10 až 15krát.
Reaktivita
Selen ve svých sloučeninách existuje v oxidačních stavech -2, +4 a +6. To ukazuje jasnou tendenci tvořit kyseliny ve vyšších oxidačních stavech. Sloučeniny, které mají selen s oxidačním stavem -2, se nazývají selenidy (Se 2-).
Reakce s vodíkem
Selen reaguje s vodíkem za vzniku vodíku, selenid (H 2 Se), bezbarvý, hořlavý a páchnoucí plynu.
Reakce s kyslíkem
Selen vypaluje a vydává modrý plamen a vytváří oxid seleničitý:
Se 8 (s) + 8 O 2 => 8 SeO 2 (s)
Oxid seleničitý je pevná bílá polymerní látka. Jeho hydratace produkuje kyselinu seleničité (H 2 SeO 3). Selen také tvoří oxid selenový (SEO 3), podobně jako síry (SO 3).
Reakce s halogeny
Selen reaguje s fluorem za vzniku hexafluoridu selenu:
Se 8 (e) + 24 F 2 (g) => 8 sef 6 (l)
Selen reaguje s chlorem a bromem za vzniku disileniumdichloridu a dibromidu:
Se 8 (s) + 4 Cl 2 => 4 se 2 Cl 2
Se 8 (s) + 4 Br 2 => 4 se 2 Br 2
Selen může také tvořit sef 4 a SeCl 4.
Na druhé straně selen tvoří sloučeniny, ve kterých se atom selenu spojuje s halogenem a dalším kyslíkem. Důležitým příkladem je selen oxychlorid (SEO 2 Cl 2), s selenu ve stavu 6 oxidace, mimořádně silný rozpouštědla.
Reakce s kovy
Selen reaguje s kovy za vzniku selenidů hliníku, kadmia a sodíku. Chemická rovnice níže odpovídá rovnici vzniku selenidu hlinitého:
3 Se 8 + 16 Al => 8 Al 2 Se 3
Selenity
Selen tvoří soli známé jako selenity; například: stříbro seleničitan (Ag 2 SEO 3) a seleničitan sodný (Na 2 SEO 3). Toto jméno bylo v literárním kontextu používáno k označení obyvatel Měsíce: Selenitů.
Kyseliny
Nejdůležitější kyselina selenu je selenová kyselina (H 2 SeO 4). Je stejně silný jako kyselina sírová a snáze se redukuje.
Struktura a elektronická konfigurace
- Selen a jeho vazby
Selen má šest valenčních elektronů, a proto se nachází ve skupině 16, stejně jako kyslík a síra. Těchto šest elektronů je na orbitálech 4s a 4p podle jejich elektronické konfigurace:
3d 10 4s 2 4p 4
Proto musí, stejně jako síra, vytvořit dvě kovalentní vazby, aby dokončil svůj oktet valence; ačkoli má dostupnost svých 4d orbitálů k vazbě s více než dvěma atomy. Tedy tři atomy selenu se spojí a vytvoří dvě kovalentní vazby: Se-Se-Se.
Selen s nejvyšší atomovou hmotou má přirozenou tendenci tvořit struktury řízené kovalentními vazbami; místo toho jsou uspořádány jako diatomic molekuly Se 2, Se = Se, analogický s O 2, O = O.
- Kroužky nebo řetězy
Z molekulárních struktur, které přijaly atomy selenu, lze obecně zmínit dva: kruhy nebo řetězce. Všimněte si, že v hypotetickém případě Se 3 extrémní Se atomy stále vyžadují elektrony; proto musí být navázány postupně na jiné atomy, dokud nebude řetězec uzavřen do kruhu.
Nejběžnější kruhy jsou osmičlenné kruhy nebo atomy selenu: Se 8 (selenitová koruna). Proč osm? Protože čím menší prsten, tím více stresu bude trpět; to znamená, že úhly jejich vazeb se liší od přirozených hodnot stanovených jejich hybridizacemi sp 3 (podobné tomu, co se děje s cykloalkany).
Protože existuje osm atomů, je oddělení mezi Se-Se atomy dostatečné, takže jejich vazby jsou "uvolněné" a nikoli "ohnuté"; ačkoli úhel jeho spojů je 105,7 ° a ne 109,5 °. Na druhé straně mohou existovat menší kroužky: Se 6 a Se 7.
Prstencové jednotky selenu reprezentované modelem koulí a tyčí. Zdroj: Benjah-bmm27.
Se 8 prstencové jednotky jsou zobrazeny na obrázku výše. Všimněte si podobnosti, kterou mají s korunami síry; pouze jsou větší a těžší.
Kromě kruhů lze atomy selenu uspořádat také do spirálových řetězců (myslím točité schodiště):
Spirálové selenové řetězce. Zdroj: Materialscientist ve společnosti English Wikipedia
Na jeho koncích mohou být terminální dvojné vazby (-Se = Se) nebo Se 8 kroužky.
- Allotropes
Když vezmeme v úvahu, že mohou existovat spirálové kruhy nebo řetězce selenu a že jejich rozměry se mohou také lišit v závislosti na počtu atomů, které obsahují, pak je zřejmé, že pro tento prvek existuje více než jeden allotrop; to znamená čisté selenové pevné látky, ale s různými molekulárními strukturami.
Červený selen
Mezi nejvýznamnější allotropy selenu máme červenou, která se může objevit jako amorfní prášek nebo jako monoklinické a polymorfní krystaly (viz obrázek prstenů Se 8).
V amorfním červeném selenu jsou struktury neusporiadané, bez zjevných vzorů; zatímco v čočce vytvářejí kruhy monoklinickou strukturu. Červený krystalický selen je polymorfní a má tři fáze: α, β a γ, které se liší svou hustotou.
Černý selen
Struktura černého selenu také sestává z prstenů; ale ne s osmi členy, ale s mnoha dalšími, dosahujícími prstenců tisíců atomů (Se 1000). Pak se říká, že jeho struktura je složitá a sestává z polymerních kruhů; některé větší nebo menší než jiné.
Protože existují polymerní kruhy různých velikostí, je obtížné očekávat, že vytvoří strukturální uspořádání; takže černý selen je také amorfní, ale na rozdíl od načervenalého prášku uvedeného výše má sklovité textury, i když je křehký.
Šedý selen
A konečně, z nejjednodušších allotropů selenu je šedá, která vyniká nad ostatními, protože je nejstabilnější za normálních podmínek a má také kovový vzhled.
Jeho krystaly mohou být hexagonální nebo trigonální, vytvořené londýnskými rozptylovacími silami mezi jeho polymerními spirálovými řetězci (horní obrázek). Úhel jejich svazků je 130,1 °, což ukazuje na pozitivní odchylku od tetrahedrálního okolí (s úhly 109,5 °).
Proto spirálové řetězy selenu vyvolávají dojem, že jsou „otevřené“. Prostřednictvím objasnění v této struktuře jsou atomy Se obráceny k sobě, takže teoreticky musí existovat větší přesah jejich orbitálů, aby se vytvořily vodivé pásy.
Teplo se vzrůstem molekulárních vibrací poškozuje tyto pásy, když jsou řetězce narušeny; zatímco energie fotonu přímo ovlivňuje elektrony, vzrušuje je a podporuje jejich transakce. Z tohoto pohledu je „snadné“ představit si fotovodivost pro šedý selen.
Kde najít a vyrobit
Přestože je selen široce distribuován, vzácným prvkem je selen. Nachází se ve svém původním stavu spojené se sírou a minerály, jako je eukalit (CuAgSe), claustalit (PbSe), naumanit (Ag 2 Se) a crookesit.
Selen se nachází jako nečistota, která nahrazuje síru v malé části sirných minerálů kovů; jako je měď, olovo, stříbro atd.
Existují půdy, ve kterých selen existuje v rozpustné formě selenátů. Jsou přenášeny dešťovou vodou do řek a odtud do oceánu.
Některé rostliny jsou schopné absorbovat a koncentrovat selen. Například šálek arašídových ořechů obsahuje 544 µg selenu, což je množství, které odpovídá 777% denního doporučeného množství selenu.
U živých bytostí se selen nachází v některých aminokyselinách, jako například: selenomethionin, selenocystein a methylselenocystein. Selenocystein a selenit se redukují na selenid vodíku.
Elektrolýza mědi
Neexistuje žádná těžba selenu. Většina se získává jako vedlejší produkt procesu elektrolýzy mědi elektrolýzy, který se nachází v bahně, které se hromadí v anodě.
Prvním krokem je výroba oxidu seleničitého. Za tímto účelem se anodické bahno zpracovává uhličitanem sodným za účelem jeho oxidace. Potom se k oxidu selenu přidá voda a okyselí se za vzniku kyseliny selenové.
Nakonec se na seleničnou kyselinu působí oxidem siřičitým, aby se redukoval a získal elementární selen.
V jiném způsobu ve směsi bahna a kalu vytvořeného při výrobě kyseliny sírové se získá nečistý červený selen, který se rozpustí v kyselině sírové.
Pak se vytvoří selenická kyselina a selenová kyselina. Tato kyselina selenová se podrobí stejnému zpracování jako předchozí metoda.
Může být také použit chlor, který působí na kovové selenidy za vzniku těkavých sloučenin chlorovaného selenu; jako je například: se 2 Cl 2, SeCl 4, SeCl 2 a SeOCl 2.
Tyto sloučeniny se při procesu prováděném ve vodě převádějí na kyselinu selenu, která se zpracuje oxidem siřičitým za uvolnění selenu.
Biologická role
Nedostatek
Selen je nezbytným stopovým prvkem pro rostliny a zvířata, jejichž nedostatek u lidí způsobil vážné poruchy, jako je Keshanova choroba; nemoc charakterizovaná poškozením myokardu.
Nedostatek selenu je navíc spojen s mužskou neplodností a může hrát roli u Kašin-Beckovy choroby, typu osteoartrózy. U revmatoidní artritidy byl také pozorován deficit selenu.
Enzymatický kofaktor
Selen je složkou enzymů s antioxidačním účinkem, jako je glutathionperoxidáza a thioredoxin reduktáza, které působí při vylučování látek reaktivním kyslíkem.
Selen je navíc kofaktorem deiodináz štítné žlázy. Tyto enzymy jsou důležité při regulaci fungování hormonů štítné žlázy.
Použití selenu bylo popsáno v léčbě Hasimotovy choroby, autoimunitního onemocnění s tvorbou protilátek proti štítné žláze.
Selen byl také používán ke snížení toxických účinků rtuti, protože některé z jeho účinků jsou vyvíjeny na antioxidační enzymy závislé na selenu.
Proteiny a aminokyseliny
Člověk má asi 25 selenoproteinů, které mají antioxidační účinek na ochranu proti oxidačnímu stresu, iniciovaný přebytkem reaktivních kyslíkových látek (ROS) a reaktivních dusíkatých látek (NOS).
Aminokyseliny selenomethiocin a selenocystein byly detekovány u lidí. Selenomethionin se používá jako doplněk stravy při léčbě stavů nedostatku selenu.
Rizika
Vysoká koncentrace selenu v těle může mít řadu škodlivých účinků na zdraví, počínaje křehkými vlasy a křehkými nehty, až po vyrážky, teplo, otoky kůže a silnou bolest.
Při léčbě selenu v kontaktu s očima mohou lidé zažít pálení, podráždění a trhání. Mezitím může dlouhodobé působení kouře s vysokým obsahem selenu způsobit plicní edém, česnekový dech a bronchitidu.
Kromě toho se u osoby může objevit pneumonitida, nauzea, zimnice, horečka, bolest v krku, průjem a hepatomegalie.
Selen může interagovat s jinými léky a doplňky stravy, jako jsou antacida, antineoplastická léčiva, kortikosteroidy, niacin a antikoncepční pilulky.
Selen je spojován se zvýšeným rizikem vzniku rakoviny kůže. Studie Národního institutu pro rakovinu zjistila, že u mužů s vysokou hladinou selenu byla dvakrát vyšší pravděpodobnost agresivní rakoviny prostaty.
Studie ukazuje, že denní příjem 200 µg selenu zvyšuje možnost vzniku diabetu typu II o 50%.
Aplikace
Kosmetika
Sulfid selenu se používá při léčbě seborrhea, stejně jako mastných nebo lupinových vlasů.
Lékaři
Používá se jako alternativní lék při léčbě Hasimotovy choroby, autoimunitního onemocnění štítné žlázy.
Selen snižuje toxicitu rtuti, jejíž toxická aktivita se uplatňuje na deoxidační enzymy, které používají selen jako kofaktor.
Elektrolýza manganem
Použití oxidu seleničitého při elektrolýze manganu výrazně snižuje náklady na techniku, protože snižuje spotřebu elektřiny.
Pigment
Selen se používá jako pigment v barvách, plastech, keramice a skle. V závislosti na použitém selenu se barva skla mění od tmavě červené až světle oranžové.
Fotovodivé
Díky vlastnostem šedého selenu, který mění svou elektrickou vodivost v závislosti na intenzitě světla, které ho vyzařuje, byl selen použit ve fotokopírkách, fotobuňkách, fotometrech a solárních článcích.
Použití selenu v kopírkách bylo jednou z hlavních aplikací selenu; ale vzhled organických fotovodičů snižuje jejich použití.
Krystaly
Selen se používá k zabarvení brýlí v důsledku přítomnosti železa, které vytváří zelenou nebo žlutou barvu. Kromě toho umožňuje červené zbarvení skla v závislosti na použití, které chcete dát.
Vulkanizace
Diethyldithiokarbonát selenu se používá jako vulkanizační činidlo pro pryžové výrobky.
Slitiny
Selen se používá v kombinaci s bizmutem v mosazi, aby nahradil olovo; Vysoce toxický prvek, který snižuje používání v důsledku doporučení zdravotnických organizací.
Selen se přidává v nízkých koncentracích ke slitinám oceli a mědi, aby se zlepšila použitelnost těchto kovů.
Usměrňovače
Usměrňovače selenu se začaly používat v roce 1933 až do sedmdesátých let, kdy byly nahrazeny křemíkem kvůli nízké ceně a vynikající kvalitě.
Reference
- Královský australský chemický institut. (2011). Selen.. Obnoveno z: raci.org.au
- Wikipedia. (2019). Selen. Obnoveno z: en.wikipedia.org
- Sato Kentaro. (sf). Nové allotropy prvků hlavní skupiny.. Obnoveno z: tcichemicals.com
- Dr. Dough Stewart. (2019). Fakta o selenovém prvku. Chemicool. Obnoveno z: chemicool.com
- Robert C. Brasted. (28. srpna 2019). Selen. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
- Marques Miguel. (sf). Selen. Obnoveno z: nautilus.fis.uc.pt
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. července 2019). Fakta o selenu. Obnoveno z: thinkco.com
- Lenntech BV (2019). Periodická tabulka: selen. Obnoveno z: lenntech.com
- Tinggi U. (2008). Selen: jeho role jako antioxidantu v lidském zdraví. Environmentální zdraví a preventivní medicína, 13 (2), 102–108. doi: 10,1007 / s12199-007-0019-4
- Kancelář doplňků stravy. (9. července 2019). Selen: Fakta pro zdravotníky. Národní ústav zdraví. Obnoveno z: ods.od.nih.gov