Селен

Селен это химический элемент, простое вещество, микроэлемент, открыт в 1817 году шведским минералогом Йенсом Якобом Берцелиусом.

Легко соединяется почти со всеми металлами. Концентрированная селеновая кислота H₂SeО₄ растворяем золото.

Что такое селен

(Selenium; от греческого — луна), Se — химический элемент 16 группы (устаревший VI группы) периодической системы элементов.

Атомный номер 34, атомная масса 78,96. В соединениях проявляет степени окисления -2, +4 и +6.

В природе распространен меньше серы и сопутствует ей в сернистых рудах, из которых  его добывают, как побочный продукты при производстве серной кислоты.

Физические свойства селена

Теплота плавления селена   16,5   кал/г;  теплота испарения 221,5 кал/г. Термический коэффициент линейного расширения 4,927 х 10^-5 град^-1.

Коэффициент теплопроводности (т-ра 28° С) 5,66 х 10^-4 кал/см х сек х град] удельная теплоемкость (т-ра 25° С) 0,0767 кал/г х град.

Отличается диамагнитными свойствами, типичный дырочный полупроводник.

Ширина запрещенной зоны (оптическая) — 1,8 эв, подвижность носителей тока менее 1 см²/в х сек (т-ра 20° С).

Чистый селен по величине удельного электрического сопротивления (до 10 12 ом х см) при т-ре 20° С в темноте близок к изоляторам свету электропроводность возрастает в 1000 раз.

Аналогично действие рентгеновского излучения и радиации.

Полная электронная формула атома селена в порядке возрастания энергий орбиталей:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴

Сокращенная электронная конфигурация Se:

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

Изотопы

Природный селен состоит из стабильных изотопов ⁷⁴Se (0,98%), ⁷⁶Se (9,02%), ⁷⁷Sе (7,58%), ⁷⁸Se (23,52%), ⁸⁰Se (49,82%) u ⁸²Se (9,19%).

Известно 11 радиоактивных изотопов. Впервые селен обнаружил (1817) швед, химик П. Я. Берцелнус в отходах сернокислотного произ-ва.

Промышленное производство началось в начале 20 в.

Селен относится к рассеянным элементам,его содержание в земной коре 8 х 10^-5%.

Будучи аналогом и пост, спутником серы, содержится в небольших количествах в сульфидных минералах меди, цинка и свинца.

Химические свойства селена

При горении селен на  воздухе  образуется двуокись  SeО₂ — белое кристаллическое вещество, летучее (т-ра возгонки 317° С).

Легко растворяется в воде с образованием селенистой кислоты H₂SeО₃.

Высший окисел — трехокись    SeО₃ — получают только косвенно. Легко соединяется с металлами, образуя селениды.

При нагревании с водородом (оптимальная т-ра 500° С) или действием разбавленных к-т на селениды (например Al₂Se₃) получают селеноводород.

Селеноводород H₂Se — бесцветный газ с очень неприятным запахом, еще более ядовитый, чем сероводород H₂S.

Селено-водород растворяется в воде, образуя  селеноводородную к-ту,   более сильную, чем сероводородная.

Селеноводород — сильный     восстановитель.

Его растворы очень нестойки и при наличии кислорода легко разлагаются с выделением красной модификации  селена.

Растворением  в азотной к-те получают слабую селенистую к-ту, соли которой (селениты) нерастворимы в воде (исключая соли щелочных металлов).

При действии  окислителей   (например перекиси водорода)  селенистая к-та   H₂SeО₃ превращается   в    селеновую   к-ту H₂SeО₄.

Селеновая к-та и ее соли (селенаты)   по   св-вам  напоминают серную к-ту и ее соли (сульфаты).

Минералы селена

Редкие собственные минералы представляют собой гл. обр. селениды — науманнит Ag₂Se, тиеманит HgSe и берцелианит Cu₂Se.

Практического значения селеновые минералы не имеют.

Аллотропные модификации

Подобно сере селен образует несколько аллотропных модификаций, включая стекловидную и аморфные:

1. Красную.
2. Коричневую.
3. Черную.
4. Коллоидную.

Кристаллический селен встречается в трех модификациях:

1. Альфа-моноклинный.
2. Бета-моноклинный.
3. Гамма-гексагональный.

Термодинамически стабильной при нормальных условиях модификацией является гексагональный — темно-серое с коричневым оттенком вещество с периодами решетки а = 4,3544 А, с = 4,9496 А и плотностью 4,80 г/см³.

Все другие модификации превращаются в гексагональный при нагревании (т-ра 180 — 220° С),

Стекловидный — высокополимерное вещество темного цвета, представляющее собой смесь кольцеобразных молекул Se₈ и многозвенных цепочек, содержащих до 1000 атомов селена.

Плотность стекловидного селена 4,28 г/см³, его получают при быстром охлаждении расплавленного С.; t_пл 219° С; t_кил 685° С.

Пары желтоватого цвета; при т-ре ниже 900° С состоят из молекул, содержащих от восьми до двух атомов.

Выше т-ры 900— 10009 С пары состоят из молекул Se₂, и только при т-ре более 1500° идет диссоциация на атомы.

Электропроводность

Электропроводность зависит от температуры, структуры и чистоты образцов. В жидком состоянии сохраняет полупроводниковые  свойства.

Небольшие добавки некоторых элементов (например йода) увеличивают проводимость.

Добавка ртути ведет себя как донор и увеличивает электрическое сопротивление и термоэдс без превращения его в полупроводник n-типа.

Обладает высокой термоэдс (600 мкв/град при комнатной т-ре).

Твердость Селен по Моосу — 2,0; НВ = 75; модуль норм, упругости 5500 кгс/мм²; модуль сдвига 660 кгс/мм².

По химическому поведению — типичный неметалл. При обычной т-ре не окисляется на воздухе, кислород и вода на него также  не  действуют.

Устойчив  к действию соляной и разбавленной серной к-т. В щелочах медленно растворяется с образованием селенитов и селенидов.

Соединения селена с веществами

Некоторые соединения, образованные селеном , следует рассматривать как стремление дополнить свою оболочку до электронной конфигурации благородного газа.

Так образуются халькогениды Se²^—, хотя существование таких ионов (кроме соединений с наиболее электро положительными элементами маловероятно.

Кроме этого состояния — 2 он может находиться в степенях окисления +4 и +6.

Подобно серной, селеновая кислота очень гигроскопична, обугливает органические вещества, концентрированная селеновая к-та растворяет золото.

При обычной т-ре реагирует только с фтором, при небольшом нагревании — с хлором и бромом, образуя галогениды SeFe (только фторид), SeF₄ и Se₂F₂ (хлорид и бромид), к-рые по общему характеру похожи на соответствующие производные серы.

Устойчивые йодиды селена не получены. Известны соединения с азотом — азотистый (Se₄N₄), с фосфором — селенистый фосфор (P₄Se₃) и др.

Получение селена

Из медных электролитных шламов селен извлекают либо окислительным обжигом с отгонкой SeО₂, либо нагреванием с концентрированной серной к-той с последующей отгонкой двуокиси селена.

Применяют также метод окислительного спекания шлама с содой, в результате к-рого образуются селениты и селена-ты.

Спек выщелачивают водой, отделяют двуокись теллура, а затем выделяют элементарный С. восстановлением сернистым газом.

Технический содержит 97,5—99% Se.

Для использования в полупроводниковой технике его подвергают очистке дистилляцией в вакууме или сульфитно-циклическим методом.

Добывают при комплексной переработке рудного сырья (сульфидных медных и медноникелевых руд). В значительных количествах его извлекают из шламов сернокислотных произ-в.

При обжиге селен-содержащих пиритов возгоняется двуокись SeО₂, которую восстанавливают сернистым газом до элементарного состояния.

Селен высокой чистоты

С высокой чистоты содержит не более 1 х 10^-5% примесей. Окислительно-восстановительный метод дает возможность получить металл чистотой 99%.

Зонной плавкой можно повысить содержание до 99,9999%.

Наиболее чистый селен получают термической диссоциацией селеноводорода.

Технический выпускают в виде порошка, плавленный — в виде слитков массой 5 — 10 кг. Se и его соединения — токсичные вещества.

Элементарный менее ядовит, чем его соединения, среди которых наиболее токсична двуокись селена; предельно допустимая ее концентрация 0,0003 мг/л.

Применение

Производство и применение связаны с герметизацией аппаратуры, сильной вытяжкой и наличием очистных фильтров для выбросов воздуха в атмосферу.

Наибольшее применение селена находит в полупроводниковой технике — для изготовления выпрямителей и фотоэлементов.

Применяют также для синтеза селенидов, как краситель в стекольной пром-сти. для вулканизации резины, как модификатор для создания мелкозернистой структуры стали.

Se и некоторые селениды служат катализаторами в процессах гидрогенизации и дегидрогенизации органических соединений.

В качестве добавок к свинцовым сплавам, повышающих механические свойства и твердость.

Токсичность

Его соединения ядовиты. Отравления напоминают отравление мышьяком, но сопровождаются более тяжелыми последствиями.

Возможно, что это связано со способностью Se замещать серу в органических соединениях.

Характеристика элемента

Селен в главных подгруппах VIA и VIIА (устаревшая классификация) сосредоточены элементы, электронная структура внешнего электронного слоя которых весьма близка к конфигурациям завершающих периоды благородных элементов (инертных газов).

Члены этих подгрупп ярко проявляют свой неметаллический характер, за исключением полония и астата.

В соединениях с типичными металлами он образует ионные связи, а с неметаллами —ковалентные полярные.

Понятие степень окисления в большинстве случаев имеет для членов подгруппы VIA формальное значение.

Свойства простых веществ и соединений

Селен  существует во многих аллотропических видоизменениях. Стекловидный селен, образующийся при быстром охлаждении его расплава, не проводит тока, а кристаллический серый селен, получающийся при медленном охлаждении, полупроводник.

При комнатной температуре Se устойчив к воздуху и кислороду. С галогенами взаимодействуют на холоду, а с йодом — в присутствии влаги.

Селен с водой и разбавленными кислотами не реагирует, но медленно растворяется в щелочи и хорошо в концентрированной азотной кислоте и «царской водке»:

Se + 2HNO₃ = H₂SeO₄ + 2NO

При нагревании на воздухе селен образует соответственно SeО₂ — твердое, возгоняющиеся при нагревании вещество.

В отличие от SО₂ они служат окислителями, легко восстанавливается до свободного Se.

В воде SeО₂ легко растворим и образует селенистую кислоту H₂SeО₃, проявляющую окислительные свойства, однако при действии сильных окислителей селенистая кислота переходит в селеновую.

Она напоминает по свойствам серную кислоту, но является более сильным окислителем.

Селен образуют H₂Se, легко разлагающиеся эндотермические соединения, растворение которых в воде приводит к образованию более сильных кислот, чем сероводородная.

H₂Se — сильные восстановители.

Часто задаваемые вопросы ответы о селене?

Что такое силен?

Селен — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), 4-го периода в периодической системе.

Какие степени окисления у селена?

Селен — аналог серы и проявляет степени окисления −2 (H₂Se), +4 (SeO₂) и +6 (H₂SeO₄).

Однако, в отличие от серы, соединения селена в степени окисления +6 — сильнейшие окислители, а соединения селена (−2) — гораздо более сильные восстановители, чем соответствующие соединения серы.

Где селен в таблице Менделеева?

Селен — химический элемент с атомным номером 34. Принадлежит к 16-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VI группы, или к группе VIA), находится в четвёртом периоде таблицы.

Зачем нужен селен?

Селен может быть полезен в борьбе с инфекционными заболеваниями и вирусными инфекциями.

Селен участвует в поддержании правильной функции щитовидной железы.

Щитовидная железа содержит больше селена на грамм ткани, чем любой другой орган в организме, и может экспрессировать специфические селенопротеины.