Селен является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 34 и условным обозначением Se. В свободном виде селен представляет собой хрупкий блестящий на изломе неметалл серого цвета.
Открытие
Селен является с точки зрения химии достаточно молодым элементом периодической таблицы. Его открытие датируется 1817 годом и принадлежит химику шведского происхождения Йёнсу Якобу Берцелиусу. При этом в истории упоминается еще один известный шведский химик Йохан Готлиб Ган, который по праву является первооткрывателем такого химического элемента как марганец, но его роль в открытии селена доподлинно не ясна. Единственное известно точно, что Йохан Готлиб Ган являлся совладельцем химического завода в Грипсхольме, на котором собственно и произошло историческое событие.
Открытие селена в истории обычно повествуется по следующему сценарию: Якоб Берцелиус на своем заводе по производству серной кислоты в Грипсхольме обнаружил, что при сгорании пирита в свинцовых камерах после реакции образуется осадок красного цвета. Изначально подозрение пало на соединение мышьяка, но при сгорании чувствовался отчетливый запах хрена. Данный запах был характерен для совершенно недавно открытого химического элемента теллур, но минералы которые обнаруживались в шведской шахте Фалун не содержали этого элемента. Химик решил вернуться к исследованию красного осадка из установки и в 1818 году направил письмо Александру Марсету с описанием нового химического элемента.
Якоб Берцелиус определил, что новый элемент химически схож с недавно отрытым телуром и серой. Телур был назван в честь планеты Земля, а селен в свою очередь в честь древнегреческой богини луны Селены.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 216.85 ° С |
| Точка кипения | 684.95 °С |
| Плотность при Н.У. | 4.79 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 2 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 5,23 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 59.7 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 25.4 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 16.5 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 34 |
| Атомная масса | 78.96 |
| Электронная конфигурация | 4s23d104p4 |
| Радиус атома | 140 пм |
| Ковалентный радиус | 116 пм |
| Степени окисления | −2, 0, +4, +6 |
| Радиус иона | 42 пм |
| Электроотрицательность | 2.55 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 940.4 кДж/моль |
| Изотопы | ⁷⁴Se; ⁷⁵Se; ⁷⁶Se; ⁷⁷Se; ⁷⁸Se; ⁷⁹Se; ⁸⁰Se; ⁸¹Se; ⁸²Se |
Интересное:
Добыча и производство
Селен был признан многими странами как стратегически важный химический элемент, который имеет довольно обширное применение в полупроводниковой промышленности, и данные о добыче и производстве составляют ккоммерческую тайну. Сам по себе селен является достаточно редким элементом, но он встречается в природе и в виде свободного минерала. Ежегодное мировое производство селена по информации из открытых источников оценивается приблизительно в 5000 тонн. Основными производителями являются такие страны как Китай, США, Германия, Россия, Бельгия и Япония.
Селен получают в коммерческих масштабах как побочный продукт электролитического производства меди и никеля из анодного шлама путем его обжига. Когда эти руды обжигаются, твердый диоксид селена собирается в расположенном ниже по потоку мокром скруббере. Диоксид серы, который также поглощается , восстанавливает его до металлического селена, образуя серную кислоту по химической формуле:
H2SeO3 + 2SO2 + H2 → Se + H2SO4
Выделенный селен отфильтровывают и затем очищают в вакууме методом перегонки при температуре около 280 °С.
В лабораторных условиях селен можно получить путем взаимодействия селенистой кислоты с йодоводородом по химической формуле:
H2SeO3 + 4HI → Se + 2I2 + 3H2O
Небольшая часть селена, которая составляет менее 5%, поступает в результате переработки компонентов электроники и копировальных аппаратов. Средняя цена для 1 килограмма селена составляет порядка 50 долларов США. Общие мировые запасы из сообщений открытых источниклв составляют порядка 100 тысяч тонн.
Интересное:
Применение
Применение селена затрагивает большое количество сфер жизнедеятельности современного человека. Эксперты классифицируют основные сферы применения селена на следующие составляющие:
- металлургия;
- производство стекла;
- химическая проиышленность;
- сельское хозяйство;
- электроника;
Селен применяется в металлургии в качестве легирующей добавки для улучшения механической обрабатываемости автоматных сталей и медных сплавов. Подобно свинцу и сере, селен улучшает обрабатываемость стали при концентрации около 0,15%. Селен обеспечивает такое же улучшение обрабатываемости и в медных сплавах. Кроме того его используют с висмутом в латуни для замены более токсичного свинца (латунь EnviroBrass).
Довольно большая доля производимого селена используется для производство стекла и оптических элементов. В частности его широко используют для обесцвечивания зеленых стекол и производства стекол красного цвета. Кроме того селенид цинка применяется для создания оптически сильно отражающих поверхностей. Инфракрасный диапазон прозрачен и используется для изготовления современных окон и фокусирующих линз.
Химическая промышленность использует селен в основном для производства марганца. Дело в том, что при добавлении диоксида селена при электролизе марганца существенно снижается энергопотребление, что делает производство более дешевым. Для производства 2 тонн марганца расходуется около 2 килограммов селена. Что касается других применений в химической промышленности можно отметить, что он способен катализировать некоторые процессы, но широко его не испольхуют из-за проблем с токсичностью.
Селен является микроэлементом, который необходим для всех форм жизни на нашей планете. Поэтому соединения селена широко предлагаются в качестве пищевых добавок и большое кодичество исходного материала используется в кормовых добавках и удобрениях. Особенно это касается животных дающих молоко, так как от этого микроэлемента зависит удой.
В полупроводниковой промышленности селен широко применяется в аппаратуре фотокопирования, фотоэлементах , экспонометрах и солнечных батареях. Современная технология производства полупроводников применет селениды многих элементов, таких как олова, свинца, висмута, сурьмы и лантаноидов. Совершенно недавно был продемонстрирован первый тандемный солнечный элемент на основе селена, демонстрирующий верхнюю ячейку из селена, монолитно интегрированную с нижней ячейкой из кремния. Производство так называемой зеленой электроэнергии набирает былую популярность и тем самым увеличивает долю применений селена.
Интересное:
Безопасность
Селен и его соединения токсичны. Прямой контакт повреждает кожу (образование волдырей) и слизистые оболочки. Вдыхание селена может вызвать долгосрочные проблемы с легкими. Отравление, вызванное чрезмерным потреблением селена, называется селенозом. Первое описание отравления селеном, не зная его природы, исходит от Марко Поло , который, пересекая провинцию Шэньси, заметил, что копыта лошадей и других вьючных животных расщеплялись после поедания некоторых растений, известных как аккумуляторы селена. Потребление селена более 3000 мкг/день может привести к циррозу печени, выпадению волос и сердечной недостаточности. В группу риска входят работники электронной, стекольной и лакокрасочной промышленности. Согласно другим источникам, симптомы отравления, такие как тошнота и рвота, выпадение волос, изменение ногтей, периферическая невропатия и истощение, возникают уже при дозе 400 мкг/сут, но вероятно все зависит от конкретного организма.
Никогда не слышал, чтобы коз кормили селеновыми добавками!