Kemični element selen

Selen (Se), kemični element kisikove skupine (skupina 16 [VIa] periodične tabele), ki je v kemijskih in fizikalnih lastnostih tesno povezan z elementoma žveplo in telur. Selen je redek, saj sestavlja približno 90 delov na milijardo Zemljine skorje. Občasno ga najdemo v neobdelanem, spremljajočem domačem žveplu, pogosteje pa ga najdemo v kombinaciji s težkimi kovinami (baker, živo srebro, svinec ali srebro) v nekaj mineralih. Glavni komercialni vir selena je stranski proizvod rafiniranja bakra; njegove glavne uporabe so v proizvodnji elektronske opreme, v pigmentih in pri izdelavi stekla. Selen je metaloid (vmesni element v lastnostih med kovinami in nemetali). Siva, kovinska oblika elementa je najbolj stabilna v običajnih pogojih; ta oblika ima nenavadno lastnost, da močno poveča električno prevodnost, ko je izpostavljena svetlobi. Selene spojine so strupene za živali; rastline, gojene v selenih tlah, lahko koncentrirajo element in postanejo strupene.

element kisikove skupine: Naravni pojav in uporabe

Element selen (simbol Se) je veliko redkejši od kisika ali žvepla, saj obsega približno 90 delov na milijardo skorje

.Lastnosti elementov

atomsko število	34
atomska teža	78,96
mase stabilnih izotopov	74, 76, 77, 78, 80, 82
tališče
amorfni	50 ° C (122 ° F)
siva	217 ° C (423 ° F)
vrelišče	685 ° C (1,265 ° F)
gostota
amorfni	4,28 grama / cm 3
siva	4,79 grama / cm 3
oksidacijska stanja	−2, +4, +6
konfiguracija elektronov	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4

Zgodovina

Leta 1817 je švedski kemik Jöns Jacob Berzelius opazil rdečo snov, ki je nastala iz sulfidnih rud iz rudnikov Falun na Švedskem. Ko so v naslednjem letu raziskali ta rdeči material, se je izkazal kot element in je dobil ime po Luni ali po Luni boginji Selene. Ruzo nenavadno visoke vsebnosti selena je Berzelius odkril le nekaj dni, preden je o selenu podal svoje poročilo znanstvenim društvom sveta. Njegov smisel za humor je razviden v imenu, ki mu je dal rudo, evkairit, kar pomeni "ravno v trenutku."

Pojav in uporabe

Delež selena v Zemljini skorji je približno ^10-5 do ^10-6 odstotkov. Pridobljeno je predvsem iz anodnih tančic (usedlin in preostalih materialov iz anode) pri elektrolitski rafinaciji bakra in niklja. Drugi viri so dimni prah pri proizvodnji bakra in svinca ter plini, ki nastajajo pri praženju piritov. Selen spremlja baker pri rafiniranju te kovine: približno 40 odstotkov selena, ki je prisoten v prvotni rudi, se lahko koncentrira v bakeru, deponiranem v elektrolitskih postopkih. Iz tone taljenega bakra lahko dobimo približno 1,5 kilograma selena.

Če se v majhne količine vgradi v kozarec, selen služi kot razbarvalec; v večjih količinah daje steklu prozorno rdečo barvo, ki je uporabna pri signalnih lučeh. Element se uporablja tudi pri izdelavi rdečih emajlov za keramiko in jeklene izdelke, pa tudi za vulkanizacijo gume za povečanje odpornosti proti abraziji.

Prizadevanja za izboljšanje selena so največja v Nemčiji, na Japonskem, v Belgiji in Rusiji.

Alotropija

Alotropija selena ni tako obsežna kot količina žvepla in tudi alotropi niso bili preučeni tako temeljito. Samo dve kristalni sorti selena sta sestavljeni iz cikličnih molekul Se ₈: označena z α in β, oba pa obstajata kot rdeči monoklinski kristali. Sivi alotrop, ki ima kovinske lastnosti, nastane tako, da ohrani katero koli drugo obliko pri 200-220 ° C in je najbolj stabilen v običajnih pogojih.

Amorfna (nekristalna), rdeča, praškasta oblika selena nastane, ko raztopino seleninske kisline ali katero od njenih soli obdelamo z žveplovim dioksidom. Če so raztopine zelo redčene, izredno drobni delci te sorte dobijo prozorno rdečo koloidno suspenzijo. Bistro rdeče steklo je posledica podobnega postopka, ki se zgodi, ko staljeno steklo, ki vsebuje selenite, obdela z ogljikom. Steklena, skoraj črna sorta selena nastane s hitrim hlajenjem drugih modifikacij pri temperaturah nad 200 ° C. Pretvarjanje te steklaste oblike v rdeče, kristalne alotrope poteka pri segrevanju nad 90 ° C ali ob stiku z organskimi topili, kot so kloroform, etanol ali benzen.

Priprava

Čisti selen dobimo iz sluzi in blata, ki nastane pri proizvodnji žveplove kisline. Nečisti rdeči selen se raztopi v žveplovi kislini v prisotnosti oksidacijskega sredstva, kot je kalijev nitrat ali nekatere manganove spojine. Tako selena kislina, H ₂ SeO ₃, in selenanska kislina, H ₂ SeO ₄, tvorita in ju lahko izlužimo iz ostanka netopnega materiala. Druge metode uporabljajo oksidacijo z zrakom (praženje) in segrevanje z natrijevim karbonatom, da dobimo topni natrijev selenit, Na ₂ SeO ₃ · 5H ₂ O in natrijev selenat, Na ₂ SeO ₄. Lahko se uporabi tudi klor: njegovo delovanje na kovinske selenide povzroči hlapne spojine, vključno s selenovim dikloridom, SeCl ₂; selen tetraklorid, SeCl ₄; diselenij diklorid, Se ₂ Cl ₂; in selenov oksiklorid, SeOCl ₂. V enem postopku se te selenove spojine z vodo pretvorijo v selensko kislino. Selen se dokončno pridobiva z obdelavo selene kisline z žveplovim dioksidom.

Selen je običajna sestavina rud, cenjenih po vsebnosti srebra ali bakra; koncentrira se v tančicah, ki se odlagajo med elektrolitskim čiščenjem kovin. Razvite so metode za ločitev selena od teh tankih, ki vsebujejo tudi nekaj srebra in bakra. Talilna sluz tvori srebro selenid, Ag ₂ Se in baker (I) selenid, Cu ₂ Se. Obdelava teh selenidov s hipoklorično kislino (HOCl) daje topne selenite in selenate, ki jih je mogoče zmanjšati z žveplovim dioksidom. Končno čiščenje selena se izvede s ponovljeno destilacijo.

Fizikalno-električne lastnosti

Najbolj izjemna fizikalna lastnost kristalnega selena je njegova fotoprevodnost: pri osvetlitvi se električna prevodnost poveča za več kot 1.000-krat. Ta pojav je posledica spodbujanja ali vzbujanja relativno ohlapnih elektronov s svetlobo do višjih energijskih stanj (imenovanih stopenj prevodnosti), kar omogoča migracijo elektronov in s tem električno prevodnost. V nasprotju s tem so elektroni tipičnih kovin že v stopnjah prevodnosti ali pasovih, ki lahko tečejo pod vplivom elektromotorne sile.

Električna upornost selena se spreminja v velikem območju, odvisno od spremenljivk, kot so vrsta alotropa, nečistoče, način rafiniranja, temperatura in tlak. Večina kovin je v senu netopna, nekovinske nečistoče pa povečajo upornost.

Osvetlitev kristalnega selena za 0,001 sekunde poveča njegovo prevodnost za faktor 10 do 15-krat. Rdeča svetloba je učinkovitejša od svetlobe krajše valovne dolžine.

Prednosti teh fotoelektričnih in fotoobčutljivostnih lastnosti selena izkoriščajo pri izdelavi različnih naprav, ki lahko spreminjajo jakost svetlobe v električni tok in od tod do vizualnih, magnetnih ali mehanskih vplivov. Alarmne naprave, mehanske naprave za odpiranje in zapiranje, varnostni sistemi, televizija, zvočni filmi in kserografija so odvisne od lastnosti polprevodništva in fotosenzibilnosti selena. Rektiviranje izmeničnega električnega toka (pretvorba v enosmerni tok) že leta izvajajo naprave s krmiljenjem selena. Številne aplikacije za fotocelice, ki uporabljajo selen, so zamenjale druge naprave z materiali, ki so občutljivejši, lažje dostopni in lažje izdelani od selena.