Селен в природе. Селен — описание, полезные свойства и применение, суточная норма, пищевые источники. Источники, в которых содержится этот элемент

Собственное имя металл получил в 1817-ом году, — селен. Химический элемент нарекли по-гречески, в переводе значит «Луна». Название же теллура на древнем языке олицетворяло Землю. Так что, даже после официального разделения элементов, они остались в связке.

Как же произошло открытие селена ? Его обнаружили в осадке при изучении серной кислоты, производимой в городке Грисхольм. Красно-коричневую массу подвергли прокаливанию. Запахло редькой. Ее аромат стоял и на пиритовых рудниках – кладези теллура. Ученые думали, что это его запах.

Да только вот выделить теллур из осадка так и не удалось. Химики Йенс Берцелиус и Готлиб Ган поняли, что открыли новый элемент. Чем он пахнет, понятно. А каковы другие свойства металла, есть ли практическое применение?

Химические и физические свойства селена

Селен – элемент 16-ой группы периодической системы. В столбце находятся халькогены, то есть рудообразующие вещества. Таков и селен, занимающий в таблице 34-е место.

В одном ряду с ним находится не только близкий по свойствам теллур, но и сера. С ней селен, так же, не раз путали. Элементы, как правило, встречаются вместе. 34-ый металл – примесь к самородной и сульфидным минералам.

В природе найдено 5 стабильных изотопов селена, то есть, его разновидностей. Ученые именуют их модификациями. Металлическая из них лишь одна – это серый селен . Его кристаллическая решетка гексагональна.

Она состоит из шестигранных призм. Атомы расположены в центре их оснований. Внешне материал напоминает , цвет затемненный, блеск выраженный.

Металл быстро тонет в воде, в отличие от аморфной модификации. Ее представляет порошкообразное состояние. Последнее – это мелкие частицы, взвешенные в однородной среде. Ей-то и становится вода. Порошок способен оставаться на ее поверхности несколько часов, лишь потом медленно оседает.

Если цветовая характеристика селена металлического – «серый», то аморфный элемент чисто красный, или с коричневым, почти черным отливом. Вещество темнеет при нагревании. Чтобы размягчиться достаточно 50-ти градусов Цельсия. В тепле аморфный селен становится клейким и вязким.

Хим элемент селен бывает и стекловидным. Те же 50 градусов – показатель уже не размягчения, а напротив, затвердения вещества. Его стеклянный, цвет черный, излом раковистый. Это значит, что углубления, образующиеся при повреждении поверхности, напоминают по форме раковины.

Модификация разжижается, нагреваясь до 100 градусов. В пластичном состоянии стекловидный селен легко вытягивается в тонкие нити, наподобие того, как застывает кондитерская карамель.

4-ый тип элемента – коллоидный. Формула селена позволяет ему растворяться в воде. То есть, модификация не твердая, а представлена раствором. Он красноватый и способен флюоресцировать, то есть самопроизвольно светиться. Для этого нужен постоянный источник лучей, к примеру, исходящих от .

Встречается, так же, кристаллический селен . В виде металла элемент напоминает , самородки. Кристаллическая же модификация ассоциируется с выходами драгоценных камней. Агрегаты моноклинны, то есть, наклонены в одну сторону.

Цвет кристаллов – алый или вишневый. Модификация разрушается при температуре в 120 градусов Цельсия, переходя в гексагональную. Металлическая форма 34-го элемента, вообще, самая динамически устойчивая из 5-ти. К ней стремятся все изотопы.

Электронная форма элемента селена в любой из модификаций одинакова – 4s 2 4p 4 . Это обуславливает типичную степень окисления вещества – 2. Электронная формула атома селена , точнее, его внешнего уровня, делает предсказуемыми и химические взаимодействия 34-го элемента.

Он вступает в реакции со всеми металлами, образуя селениды. Легко совмещается и с галогенами. Взаимодействие проходит при комнатной температуре. В концентрированной серной кислоте 34-ый элемент растворяется даже при минусе. Образуется раствор зеленого цвета.

Применение селена

Хоть раствор селена в серной кислоте и зеленый, но промышленники используют элемент как раз для того, чтобы этот цвет нейтрализовать. Речь о стекольной отрасли и производстве керамики.

Многие эмали имеют зеленоватый отлив из-за присутствия железа. Селен обесцвечивает материалы. Если же добавить к 34-му элементу , получится знаменитое рубиновое .

Селен в таблице Менделеева выделяют и металлурги. Элемент служит лигатурой при отливке сталей. Раньше в них добавляли серу, но ее металлические свойства не столь выражены. Селен же делает мелкокристаллическим, без пор. Исключается возможность дефектов литья, увеличивается текучесть стали.

Электронная формула селена – часть электроники. Элемент можно извлечь, к примеру, из телевизоров. В них 34-ый металл содержится в фотоэлементах и выпрямителях переменного тока. Контролировать его селену позволяет свойственная ему ассиметричная проводимость.

То есть, вещество пропускает ток лишь в определенном направлении. Технология такова: слой селена наносится на пластину из железа, сверху размещают сульфид кадмия. Теперь поток электронов пойдет исключительно от железа к соединению кадмия.

Полупроводниковые свойства 34-го элемента стали причиной того, что больше половины его запасов уходят на нужды технической промышленности. Используют металл и в качестве катализатора в реакциях органического синтеза. Они – часть фотографического дела и копировальной сферы.

«Сердце» всем известных Ксероксов – селеновые барабаны . Под воздействием света они начинают проводить электричество, приобретая положительный заряд. Изображение оригинала отражается и проецируется на барабан. Так и получаются копии.

Применение 34-го элемента ограничено его токсичностью. Так, формула оксида селена пригождается в -ионных батареях. Однако, к коже вещество лучше не подносить, разъест ткани. Хотя, медики приспособили селен для борьбы с раком.

Добыча селена

Поскольку селен примешен к сере, элемент извлекают из сульфата железа. Для этого даже делать особо ничего не надо. 34-ый металл накапливается в пылеочистительных камерах сернокислотных заводов. Забирают селен и из установок электролиза меди.

После него остается анодный шлам. Из него-то и выделяют 34-ый элемент. Достаточно обработать шлам растворами гидроксида и диоксида серы. Полученный селен нужно очистить. Для этого используют метод дистилляции. После, металл подсушивают.

Цена селена

За последние 3 месяца стоимость селена упала с 26 до 22-ух долларов за килограмм. Это данные Лондонской биржи цветных металлов. Эксперты прогнозируют, что спад цены вновь сменится ее ростом. Вне бирж металлом торгуют по стоимости, зависящей от модификации элемента и его формы.

Так, за килограмм серых гранул просят 4 000- 6 000 рублей. Технический, то есть порошкообразный, плохо очищенный селен , можно купить в районе 200 рублей за 1 000 граммов.

Разбег цен зависит и от дальности поставок, заказываемых объемов. Если селен входит в состав лекарственных препаратов, несколько граммов могут стоить, как целый килограмм. Здесь важно уже комплексное действие препарата, а не себестоимость его частей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Селен расположен в четвертом периоде VI группы главной (А) подгруппы Периодической таблицы.

Относится к элементам p -семейства. Неметалл. Обозначение - Se. Порядковый номер - 34. Относительная атомная масса - 78,96 а.е.м.

Электронное строение атома селена

Атом селена состоит из положительно заряженного ядра (+34), внутри которого есть 34 протона и 45 нейтронов, а вокруг, по трем орбитам движутся 34 электрона.

Рис.1. Схематическое строение атома селена.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

34Se) 2) 8) 18) 6 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 .

Внешний энергетический уровень атома селена содержит 6 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Каждый валентный электрон атома селена можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):

Подуровень

Наличие двух неспаренных электронов свидетельствует о том, что степень окисления селена равна +2. Так как на четвертом уровне есть вакантные орбитали 4d -подуровня, то для атома селена характерно наличие возбужденного состояния:

Именно поэтому для селена также характерна степень окисления +4.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Cелен открыт в 1817 году Йенсом Якобом Берцелиусом. Сохранился рассказ самого Берцелиуса о том, как произошло это открытие: " Я исследовал в содружестве с Готлибом Ганом метод, который применяют для производства серной кислоты в Грипсхольме. Мы обнаружили в серной кислоте осадок, частью красный, частью светло-коричневый. ... Любопытство, вызванное надеждой обнаружить в этом коричневом осадке новый редкий металл, заставило меня исследовать осадок. ... Я нашел, что масса (то есть осадок) содержит до сих пор неизвестный металл, очень похожий по своим свойствам на теллур. В соответствии с этой аналогией я назвал новое тело селеном (Selenium) от греческого selhnh (луна), так как теллур назван по имени Tellus - нашей планеты ".

Нахождение в природе, получение:

Содержание селена в земной коре около 500 мг/т. Селен образует 37 минералов, среди которых в первую очередь должны быть отмечены ашавалит FeSe, клаусталит PbSe, тиманнит HgSe, гуанахуатит Bi 2 (Se,S) 3 , хастит CoSe 2 , платинит PbBi 2 (S,Se) 3 . Изредка встречается самородный селен. Главное промышленное значение на селен имеют сульфидные месторождения. Содержание селена в сульфидах колеблется от 7 до 110 г/т. Концентрация селена в морской воде 4*10 -4 мг/л.
Селен получают из отходов сернокислотного, целлюлозно-бумажного производства, а также значительные количества получают из шлама медно-электролитных производств, в котором селен присутствует в виде селенида серебра. Применяют несколько способов получения селена из шлама: окислительный обжиг с возгонкой SeO 2 ; окислительное спекание с содой, конверсия полученной смеси соединений селена до соединений Se(IV) и их восстановление до элементарного селена действием SO 2 .

Физические свойства:

Разнообразие молекулярного строения обусловливает существование селена в разных аллотропных модификациях: аморфной (порошкообразный, коллоидный, стекловидный) и кристаллической (моноклинный, a - и b -формы и гексагональный g -форма). Аморфный (красный) порошкообразный и коллоидный селен получают при восстановлении из раствора селенистой кислоты, быстрым охлаждением паров селена. Стекловидный (черный) селен получают при нагревании любой модификации селена выше 220°С с последующим быстрым охлаждением. Он обладает стеклянным блеском, хрупок. Термодинамически наиболее устойчив гексагональный (серый) селен. Он получается из других форм селена нагреванием до плавления с медленным охлаждением до 180-210°С и выдержкой при этой температуре. Решетка его построена из расположенных параллельно спиральных цепочек атомов.

Химические свойства:

При обычной температуре селен устойчив к действию кислорода, воды и разбавленных кислот. При нагревании селен взаимодействует со всеми металлами, образуя селениды. В кислороде при дополнительном нагревании он медленно горит синим пламенем, превращаясь в диоксид SeO 2 .
С галогенами, за исключением йода, он реагирует при комнатной температуре с образованием соединений SeF 6 , SeF 4 , SeCl 4 , Se 2 Cl 2 , SeBr 4 , и др. C хлорной или бромной водой селен реагирует по уравнению:
Se + 3Br 2 + 4H 2 O = H 2 SeO 4 + 6 HBr
Водород взаимодействует с селеном при t >200°С, давая H 2 Se.
В конц. H 2 SO 4 на холоду селен растворяется, давая зеленый р-р, содержащий полимерные катионы Se 8 2+ .
С водой при нагревании и в конц. растворах щелочей селен диспропорционирует:
3Se + 3H 2 O = 2H 2 Se + H 2 SeO 3 и 3Se + 6KOH = K 2 SeO 3 + 2K 2 Se + 3H 2 O
образуя соединения селена(-2) и селена(+4).
Аналогично сере селен растворяется при нагревании в растворах Na 2 SO 3 или KCN, образуя соответственно Na 2 SSeO 3 (аналог тиосульфата) или KCNSe (аналог роданида).

Важнейшие соединения:

Для селена наиболее характерны степени окисления -2, +4, +6.
Оксид селена(IV) SeO 2 - белые блестящие кристаллы с полимерной молекулой (SeOsub>2)sub>n , tпл. 350°С. Пары имеют желтовато-зеленый цвет и обладают запахом гнилой редьки Легко растворяется в воде с образованием H 2 SeO 3 .
Селенистая кислота, H 2 SeO 3 - белые ромбические кристаллы.Обладает большой гигроскопичностью. Хорошо растворима в воде. Неустойчива, при нагревании выше 70°С распадается на воду и оксид селена(IV). Соли - селениты.
Селенит натрия, Na 2 SeO 3 – бесцветные кристаллы, tпл. 711°С. Гигроскопичен, хорошо растворим в воде. При нагревании в инертной атмосфере разлагается на оксиды. При нагревании на воздухе окисляется до селената: 2Na 2 SeO 3 + O 2 = 2Na 2 SeO 4
Оксид селена(VI) SeO 3 - - бесцветные кристаллы, tпл. 121°С. Гигроскопичен, с водой реагирует с большим тепловыделением и образованием H 2 SeO 4 . Сильный окислитель, бурно реагирует с органическими веществами
Селеновая кислота, H 2 SeO 4 - бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Ядовита, гигроскопична, является сильным окислителем. Селеновая кислота - одно из немногих соединений, при нагревании растворяющих золото, образуя красно-желтый раствор селената золота(III).
2Au + 6H 2 SeO 4 = Au 2 (SeO 4) 3 + 3H 2 SeO 3 + 3H 2 O
Селенаты - соли селеновой кислоты. Селенат натрия Na 2 SeO 4 - кристаллы ромбической сингонии; tпл. 730 °С. Получают нейтрализацией кислоты оксидом, гидроксидом или карбонатом натрия или окислением селенита натрия. Мало растворим в воде, ниже 32 °С кристаллизуется из водных растворов в виде декагидрата Na 2 SeO 4 ·10H 2 O
Селеноводород, H 2 Se - бесцветный горючий газ с неприятным запахом. Самое токсичное соединение селена. На воздухе легко окисляется при обычной температуре до свободного селена. Также до свободного селена окисляется хлором, бромом и иодом. При горении в воздухе или кислороде образуется оксид селена(IV) и вода. Более сильная кислота, чем H 2 S.
Селениды - соединения селена с металлами. Кристаллические вещества, часто с металлическим блеском. Существуют моноселениды состава М 2 Se, MSe; полиселениды М 2 Sе n (кроме Li), где n = 2-6; гидроселениды MHSe. Кислородом воздуха окисляются до селена: 2Na 2 Se n + O 2 + 2H 2 O = 2n Se + 4NaOH

Применение:

Селен используется в выпрямительных полупроводниковых диодах, а также для фотоэлектрических приборов, электрофотографических копировальных устройств, в качестве люминофоров в телевидении, оптических и сигнальных приборах, терморезисторах и т. п. Селен широко применяется для обесцвечивания зеленого стекла и получения рубиновых стекол; в металлургии - для придания стали мелкозернистой структуры, улучшения их механических свойств; в химической промышленности - в качестве катализатора.
Стабильный изотоп селен-74 позволил на своей основе создать плазменный лазер с колоссальным усилением в ультрафиолетовой области (около миллиарда раз).
Радиоактивный изотоп селен-75 используется в качестве мощного источника гамма-излучения для дефектоскопии.

Биологическая роль и токсичность:

Селен ходит в состав активных центров некоторых белков в форме аминокислоты селеноцистеина. Он обладает антиоксидантными свойствами, повышает восприятие света сетчаткой глаза, влияет на многие ферментативные реакции. Потребность человека и животных в селене не превышает 50-100 мкг/кг рациона.

Полковников А.А.
ХФ ТюмГУ, 581 группа. 2011 г.

Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Селен
Сайт "Справочник химика":

Селен (англ. Selenium, франц. Selenium, нем. Selren) открыт в 1817 г. Берцелиусом, который так рассказывает об этом открытии: я исследовал в сотружестве с Готлибом Ганом метод, который применяют для производства серной кислоты в Грипсхольме. Мы обнаружили в серной кислоте осадок, частью красный, частью светло-коричневый. Этот осадок, опробованный с помощью паяльной трубки, издавал слабый редечный запах и образовывал свинцовый королек. Согласно Клапроту, такой запах служит указанием на присутствие теллура. Ган заметил при этом, что на руднике в Фалюне, где собирается сера, необходимая для приготовления кислоты, также ощущается подобный запах, указывающий на присутствие теллура. Любопытство, вызванное надеждой обнаружить в этом коричневом осадке новый редкий металл, заставило меня исследовать осадок. Приняв намерение отделить теллур, я не смог, однако, открыть в осадке никакого теллура. Тогда я собрал все, что образовалось при получении серной кислоты, путем сжигания фалюнской серы за несколько месяцев и подверг полученный в большом количестве осадок обстоятельному исследованию. Я нашел, что масса (т.е. осадок) содержит до сих пор неизвестный металл, очень похожий по своим свойствам на теллур. В соответствии с этой аналогией я назвал новое тело селеном (Selenium) от греч. - луна, так как теллур назван по имени Tellus (Теллус)- нашей планеты". Таким образом, название селен как бы подчеркивает, что этот элемент - спутник теллура, подобно тому, как луна спутник земли. Добавим к этому, что Берцелиусу пришлось провести большое сравнительное исследование реакций селена и теллура. В русской литературе первых десятилетий XIX в. селен называли селением (Соловьев и Двигубский, 1824; Гесс, 1831); Страхов употребляет название селин (1825). После 1835 г. было принято название селен.

Селе́н - химический элемент с атомным номером 34 в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, обозначается символом Se (лат. Selenium), хрупкий блестящий на изломе неметалл чёрного цвета (устойчивая аллотропная форма, неустойчивая форма - киноварно-красная).

История

Элемент открыт Й. Я. Берцелиусом в 1817. Название происходит от греч. σελήνη - Луна. Элемент назван так в связи с тем, что в природе он является спутником химически сходного с ним теллура (названного в честь Земли).

Получение

Значительные количества селена получают из шлама медно-электролитных производств, в котором селен присутствует в виде селенида серебра. Применяют несколько способов получения: окислительный обжиг с возгонкой SeO 2 ; нагревание шлама с концентрированной серной кислотой, окисление соединений селена до SeO 2 с его последующей возгонкой; окислительное спекание с содой, конверсия полученной смеси соединений селена до соединений Se(IV) и их восстановление до элементарного селена действием SO 2 .

Физические свойства

Твёрдый селен имеет несколько аллотропных модификаций. Наиболее устойчивой модификацией является серый селен. Красный селен представляет собой менее устойчивую аморфную модификацию.
При нагревании серого селена он даёт серый же расплав, а при дальнейшем нагревании испаряется с образованием коричневых паров. При резком охлаждении паров селен конденсируется в виде красной аллотропной модификации.

Химические свойства

Селен - аналог серы и проявляет степени окисления −2 (H 2 Se), +4 (SeO 2) и +6 (H 2 SeO 4). 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.
Простое вещество - селен гораздо менее активно химически, чем сера. Так, в отличие от серы, селен не способен гореть на воздухе самостоятельно. Окислить селен удаётся только при дополнительном нагревании, при котором он медленного горит синим пламенем, превращаясь в двуокись SeO 2 . Со щелочными металлами селен реагирует (весьма бурно) только будучи расплавленным.
В отличие от SO 2 , SeO 2 - не газ, а кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Получить селенистую кислоту (SeO 2 + H 2 O → H 2 SeO 3) ничуть не сложнее, чем сернистую. А действуя на неё сильным окислителем (например, HClO 3), получают селеновую кислоту H 2 SeO 4 , почти такую же сильную, как серная.