Selénový chemický prvok

Selén (Se), chemický prvok v kyslíkovej skupine (skupina 16 [VIa] periodickej tabuľky), úzko spojený s chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami s prvkami síra a telúr. Selén je vzácny a tvorí približne 90 častíc na miliardu kôry Zeme. Niekedy sa vyskytuje nekombinovaná, sprevádzajúca pôvodnú síru, ale častejšie sa vyskytuje v kombinácii s ťažkými kovmi (meď, ortuť, olovo alebo striebro) v niekoľkých mineráloch. Hlavným obchodným zdrojom selénu je vedľajší produkt rafinácie medi; jeho hlavné použitia sú pri výrobe elektronických zariadení, pigmentov a pri výrobe skla. Selén je metaloid (prvok, ktorý má vlastnosti medzi kovmi a nekovmi). Šedá kovová forma prvku je najstabilnejšia za bežných podmienok; táto forma má neobvyklú vlastnosť značného zvýšenia elektrickej vodivosti pri vystavení svetlu. Zlúčeniny selénu sú pre zvieratá toxické; rastliny pestované na seleniferóznych pôdach môžu prvok koncentrovať a stať sa jedovatými.

prvok kyslíkovej skupiny: Prirodzený výskyt a použitie

Prvok selén (symbol Se) je omnoho vzácnejší ako kyslík alebo síra a obsahuje približne 90 častíc na miliardu kôry,Vlastnosti prvku

atómové číslo	34
atómová hmotnosť	78,96
masy stabilných izotopov	74, 76, 77, 78, 80, 82
bod topenia
amorfný	50 ° C (122 ° F)
šedá	217 ° C (423 ° F)
bod varu	685 ° C (1 265 ° F)
hustota
amorfný	4,28 g / cm 3
šedá	4,79 g / cm 3
oxidačné stavy	-2, +4, +6
elektrónová konfigurácia	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4

histórie

V roku 1817 švédsky chemik Jöns Jacob Berzelius zaznamenal červenú látku, ktorá je výsledkom sulfidických rúd z baní Falun vo Švédsku. Keď sa tento červený materiál skúmal v nasledujúcom roku, ukázalo sa, že je prvkom a bol pomenovaný podľa Mesiaca alebo bohyne Mesiaca Selene. Berzelius objavil rudu s neobvykle vysokým obsahom selénu iba niekoľko dní predtým, ako o seléne podal správu vedeckým spoločnostiam sveta. Jeho zmysel pre humor je zrejmý z mena, ktoré dal rude, eukalitu, čo znamená „práve včas“.

Výskyt a použitie

Podiel selénu v zemskej kôre je asi ^10–5 až ^10–6 percent. Získal sa hlavne z anódových kalov (usadenín a zvyškových materiálov z anódy) pri elektrolytickej rafinácii medi a niklu. Ďalšími zdrojmi sú spaliny pri výrobe medi a olova a plyny vznikajúce pri pražení pyritov. Selén sprevádza meď pri rafinácii tohto kovu: asi 40 percent selénu prítomného v pôvodnej rude sa môže koncentrovať v medi uloženej v elektrolytických procesoch. Asi 1,5 kilogramu selénu je možné získať z tony roztavenej medi.

Keď je selén začlenený do skla, slúži ako odfarbovač; vo väčších množstvách dodáva sklo jasnej červenej farby, ktorá je užitočná pri signálnych svetlách. Tento prvok sa tiež používa na výrobu červených smaltov pre keramiku a oceľ, ako aj na vulkanizáciu gumy na zvýšenie odolnosti proti oderu.

Úsilie o zdokonalenie selénu je najväčšie v Nemecku, Japonsku, Belgicku a Rusku.

allotrope

Alotropia selénu nie je taká rozsiahla ako síra a allotropy neboli dôkladne študované. Iba dve kryštalické odrody selénu sú zložené z cyklických So ₈ molekúl: označené α a β, ako existujú ako červených jednoklonových kryštálov. Šedý allotrop s kovovými vlastnosťami sa vytvára udržiavaním ktorejkoľvek z ďalších foriem pri 200 - 220 ° C a je najstabilnejší za bežných podmienok.

Amorfná (nekryštalická), červená, prášková forma selénu vzniká, keď sa roztok seleničnej kyseliny alebo niektorej z jej solí nechá reagovať s oxidom siričitým. Ak sú roztoky veľmi zriedené, výsledkom sú veľmi jemné častice tejto odrody priehľadnú červenú koloidnú suspenziu. Číre červené sklo je výsledkom podobného procesu, ku ktorému dochádza, keď sa na roztavené sklo obsahujúce selenity pôsobí uhlíkom. Rýchlym ochladením ďalších modifikácií z teplôt nad 200 ° C sa vytvorí sklovitá, takmer čierna odroda selénu. Premena tejto sklovitej formy na červenú kryštalickú alotrópu sa uskutoční jej zahriatím nad 90 ° C alebo jej udržiavaním v kontakte s organickými rozpúšťadlami, ako je chloroform, etanol alebo benzén.

príprava

Čistý selén sa získava z kalov a kalov vytvorených pri výrobe kyseliny sírovej. Znečistený červený selén sa rozpustí v kyseline sírovej v prítomnosti oxidačného činidla, ako je dusičnan draselný alebo určité zlúčeniny mangánu. Ako kyselina seleničité, H ₂ SEO ₃, a kyselina selénové, H ₂ SEO ₄, sú vytvorené a môžu byť extrahované z zvyškového nerozpustného materiálu. Iné metódy využívajú oxidácii vzduchom (praženia) a zahrievaním s uhličitanom sodným, čím sa získa rozpustný seleničitan sodný, Na ₂ SEO ₃ · 5H ₂ O, a Selénan sodný, Na ₂ SEO ₄. Chlór môže byť tiež použité: jeho účinok na kovové selenid produkuje prchavé zlúčeniny vrátane selénu dichlorid, SeCl ₂; selén chlorid, SeCl ₄; diselenium dichlorid, Sa ₂ Cl ₂; a selén oxychlorid SeOCl ₂. V jednom postupe sa tieto zlúčeniny selénu prevedú vodou na seleničnú kyselinu. Selén sa nakoniec získa spracovaním seleničnej kyseliny s oxidom siričitým.

Selén je bežnou súčasťou rúd hodnotených pre obsah striebra alebo medi; koncentruje sa v kaloch uložených počas elektrolytického čistenia kovov. Boli vyvinuté metódy na oddelenie selénu od týchto kalov, ktoré tiež obsahujú určité množstvo striebra a medi. Roztavení sliz formy strieborný selenid, Ag ₂ SE a meď (I) selenid, Cu ₂ Se. Spracovaním týchto selenidov kyselinou chlórnou, HOCl, sa získajú rozpustné selenity a selenáty, ktoré sa dajú redukovať oxidom siričitým. Konečné čistenie selénu sa uskutoční opakovanou destiláciou.

Fyzikálno-elektrické vlastnosti

Najvýraznejšou fyzikálnou vlastnosťou kryštalického selénu je jeho fotovodivosť: pri osvetlení sa elektrická vodivosť zvyšuje viac ako 1 000-krát. Tento jav je výsledkom podpory alebo excitácie relatívne voľne držaných elektrónov svetlom do vyšších energetických stavov (nazývaných úrovne vodivosti), ktoré umožňujú migráciu elektrónov, a teda elektrickú vodivosť. Naproti tomu elektróny typických kovov sú už vo vodivých úrovniach alebo pásmach, schopné prúdiť pod vplyvom elektromotorickej sily.

Elektrický odpor selénu sa mení v obrovskom rozsahu v závislosti od takých premenných, ako je povaha alotrópu, nečistoty, spôsob rafinácie, teplota a tlak. Väčšina kovov je nerozpustných v seléne a nekovové nečistoty zvyšujú odpor.

Osvetlenie kryštalického selénu počas 0,001 sekundy zvyšuje jeho vodivosť 10 až 15-krát. Červené svetlo je účinnejšie ako svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou.

Výhodou týchto fotoelektrických a fotosenzitívnych vlastností selénu je konštrukcia rôznych zariadení, ktoré dokážu premeniť zmeny intenzity svetla na elektrický prúd a odtiaľ na vizuálne, magnetické alebo mechanické účinky. Poplachové zariadenia, mechanické otváracie a zatváracie zariadenia, bezpečnostné systémy, televízia, zvukové filmy a xerografia závisia od polovodičovej vlastnosti a fotosenzitivity selénu. Rektifikácia striedavého elektrického prúdu (premena na jednosmerný prúd) sa už roky vykonáva pomocou zariadení riadených selénom. Mnoho aplikácií fotobuniek využívajúcich selén bolo nahradených inými zariadeniami, ktoré používajú materiály citlivejšie, ľahšie dostupné a ľahšie vyrobené ako selén.