Pierwiastek chemiczny selenu

Selen (Se), pierwiastek chemiczny w grupie tlenowej (grupa 16 [VIa] układu okresowego pierwiastków), ściśle powiązany właściwościami chemicznymi i fizycznymi z pierwiastkami siarki i telluru. Selen jest rzadki, składa się z około 90 części na miliard skorupy ziemskiej. Czasami jest spotykany jako niepołączony z towarzyszącą rodzimą siarką, ale częściej występuje w połączeniu z metalami ciężkimi (miedź, rtęć, ołów lub srebro) w kilku minerałach. Głównym komercyjnym źródłem selenu jest produkt uboczny rafinacji miedzi; jego główne zastosowania znajdują się w produkcji sprzętu elektronicznego, w pigmentach oraz w produkcji szkła. Selen jest metaloidem (pierwiastek o właściwościach pośrednich między metalami a niemetalami). Szara, metaliczna forma elementu jest najbardziej stabilna w zwykłych warunkach; ta postać ma niezwykłą właściwość polegającą na znacznym zwiększeniu przewodności elektrycznej pod wpływem światła. Związki selenu są toksyczne dla zwierząt; rośliny uprawiane na glebach selenowych mogą skoncentrować pierwiastek i stać się trujące.

element grupy tlenowej: naturalne występowanie i zastosowania

Pierwiastek selenowy (symbol Se) występuje znacznie rzadziej niż tlen lub siarka, stanowiąc około 90 części na miliard skorupy

.Właściwości elementu

Liczba atomowa	34
masa atomowa	78,96
masy stabilnych izotopów	74, 76, 77, 78, 80, 82
temperatura topnienia
bezpostaciowy	50 ° C (122 ° F)
szary	217 ° C (423 ° F)
temperatura wrzenia	685 ° C (1265 ° F)
gęstość
bezpostaciowy	4,28 g / cm 3
szary	4,79 gramów / cm 3
stany utlenienia	−2, +4, +6
konfiguracja elektronów	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4

Historia

W 1817 roku szwedzki chemik Jöns Jacob Berzelius zauważył czerwoną substancję pochodzącą z rud siarczkowych z kopalni Falun w Szwecji. Kiedy ten czerwony materiał został zbadany w następnym roku, okazał się być pierwiastkiem i został nazwany na cześć Księżyca lub bogini Księżyca Selene. Ruda o niezwykle wysokiej zawartości selenu została odkryta przez Berzeliusa zaledwie kilka dni przed opublikowaniem raportu dla towarzystw naukowych świata na temat selenu. Jego poczucie humoru jest widoczne w nazwie, którą nadał rudie, eukairicie, co oznacza „na czas”.

Występowanie i zastosowania

Udział selenu w skorupie ziemskiej wynosi około ^10-5 do ^10-6 procent. Został on uzyskany głównie ze szlamów anodowych (osadów i materiałów resztkowych z anody) w elektrolitycznym rafinacji miedzi i niklu. Innymi źródłami są pyły spalinowe z produkcji miedzi i ołowiu oraz gazy powstające w prażonych pirytach. Selen towarzyszy miedzi w rafinacji tego metalu: około 40 procent selenu obecnego w pierwotnej rudzie może koncentrować się w miedzi osadzonej w procesach elektrolitycznych. Z tony wytopionej miedzi można uzyskać około 1,5 kg selenu.

Selen po wprowadzeniu do szkła w niewielkich ilościach służy jako środek odbarwiający; w większych ilościach nadaje szklanemu przezroczysty czerwony kolor, który jest przydatny w lampkach sygnalizacyjnych. Element ten jest również wykorzystywany do produkcji czerwonych emalii do ceramiki i wyrobów stalowych, a także do wulkanizacji gumy w celu zwiększenia odporności na ścieranie.

Wysiłki na rzecz udoskonalenia selenu są największe w Niemczech, Japonii, Belgii i Rosji.

Alotropia

Alotropia selenu nie jest tak rozległa jak siarka, a alotropów nie zbadano tak dokładnie. Tylko dwie krystaliczne odmiany selenu składają się z cyklicznych cząsteczek Se ₈: oznaczonych α i β, obie występują jako czerwone monokliniczne kryształy. Szary alotrop o właściwościach metalicznych powstaje przez utrzymywanie dowolnej innej formy w temperaturze 200–220 ° C i jest najbardziej stabilny w zwykłych warunkach.

Bezpostaciowa (niekrystaliczna), czerwona, sproszkowana forma selenu powstaje, gdy roztwór selenowego kwasu lub jednej z jego soli traktuje się dwutlenkiem siarki. Jeśli roztwory są bardzo rozcieńczone, bardzo drobne cząstki tej odmiany dają przezroczystą czerwoną zawiesinę koloidalną. Przezroczyste czerwone szkło powstaje w wyniku podobnego procesu, który zachodzi, gdy stopione szkło zawierające selenity poddaje się działaniu węgla. Szkliste, prawie czarne odmiany selenu powstają w wyniku szybkiego chłodzenia innych modyfikacji od temperatur powyżej 200 ° C. Przekształcenie tej szklistej postaci w czerwone, krystaliczne alotropy zachodzi po ogrzaniu jej powyżej 90 ° C lub po utrzymaniu kontaktu z rozpuszczalnikami organicznymi, takimi jak chloroform, etanol lub benzen.

Przygotowanie

Czysty selen jest uzyskiwany ze szlamów i osadów powstających podczas produkcji kwasu siarkowego. Zanieczyszczony czerwony selen rozpuszcza się w kwasie siarkowym w obecności środka utleniającego, takiego jak azotan potasu lub niektóre związki manganu. Zarówno kwas selenowy, H ₂ SeO ₃, jak i kwas selenowy, H ₂ SeO ₄, powstają i można je ługować z resztkowego nierozpuszczalnego materiału. Inne metody wykorzystują utlenianie przez powietrze (prażenie) i ogrzewanie węglanem sodu, aby uzyskać rozpuszczalny selenin sodu, Na ₂ SeO ₃ · 5H ₂ O, i selenian sodu Na ₂ SeO ₄. Chlor można także stosować: jego działanie na selenków metali wytwarza lotnych związków oraz dichlorek selen, SeCl ₂; czterochlorek selenu, SeCl ₄; diselenium dichlorek Se ₂ Cl ₂; i tlenochlorek selenu, SeOCl ₂. W jednym procesie te związki selenu są przekształcane przez wodę w selenowy kwas. Selen jest ostatecznie odzyskiwany przez traktowanie selennego kwasu dwutlenkiem siarki.

Selen jest powszechnym składnikiem rud cenionych ze względu na zawartość srebra lub miedzi; koncentruje się w szlamach osadzonych podczas elektrolitycznego oczyszczania metali. Opracowano metody oddzielania selenu od tych szlamów, które zawierają również trochę srebra i miedzi. Topienie szlamu tworzy selenek srebra, Ag ₂ Se i selenek miedzi (I), Cu ₂ Se. Traktowanie tych selenków kwasem podchlorawym, HOCl, daje rozpuszczalne seleniny i seleniany, które można redukować dwutlenkiem siarki. Ostateczne oczyszczenie selenu odbywa się poprzez powtarzaną destylację.

Właściwości fizyko-elektryczne

Najbardziej wyjątkową właściwością fizyczną krystalicznego selenu jest jego fotoprzewodzenie: przy oświetleniu przewodność elektryczna wzrasta ponad 1000 razy. Zjawisko to wynika z pobudzenia lub pobudzenia stosunkowo luźno utrzymywanych elektronów przez światło do wyższych stanów energetycznych (zwanych poziomami przewodnictwa), umożliwiając migrację elektronów, a tym samym przewodnictwo elektryczne. W przeciwieństwie do tego elektrony typowych metali znajdują się już w poziomach przewodzenia lub pasmach, zdolnych do przepływu pod wpływem siły elektromotorycznej.

Rezystywność elektryczna selenu zmienia się w ogromnym zakresie, w zależności od takich zmiennych, jak natura alotropu, zanieczyszczenia, metoda rafinacji, temperatura i ciśnienie. Większość metali jest nierozpuszczalna w selenie, a zanieczyszczenia niemetaliczne zwiększają oporność.

Oświetlenie krystalicznego selenu przez 0,001 sekundy zwiększa jego przewodnictwo 10-krotnie 15-krotnie. Światło czerwone jest bardziej skuteczne niż światło o krótszej długości fali.

Korzysta się z tych fotoelektrycznych i światłoczułych właściwości selenu przy budowie różnorodnych urządzeń, które mogą przełożyć zmiany natężenia światła na prąd elektryczny, a tym samym na efekty wizualne, magnetyczne lub mechaniczne. Urządzenia alarmowe, mechaniczne urządzenia otwierające i zamykające, systemy bezpieczeństwa, telewizja, filmy dźwiękowe i kserografia zależą od właściwości półprzewodnikowych i światłoczułości selenu. Rektyfikacja przemiennego prądu elektrycznego (zamiana na prąd stały) jest od lat realizowana przez urządzenia kontrolowane przez selen. Wiele zastosowań fotokomórek wykorzystujących selen zostało zastąpionych innymi urządzeniami wykorzystującymi materiały wrażliwsze, łatwiej dostępne i łatwiejsze do wytworzenia niż selen.