Remove ads
химический элемент с порядковым номером 34 Из Википедии, свободной энциклопедии
Селе́н (химический символ — Se, от лат. Selenium) — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы шестой группы, VIA), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 34.
Селен | ||||
---|---|---|---|---|
← Мышьяк | Бром → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
Чёрные, серые и красные аллотропные модификации селена |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Селе́н / Selenium (Se), 34 | |||
Группа, период, блок |
16 (устар. 6), 4, p-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
78,96(3)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация |
[Ar] 4s23d104p4 1s22s22p63s23p64s23d104p4 |
|||
Радиус атома | 140 пм | |||
Химические свойства | ||||
Ковалентный радиус | 116 пм | |||
Радиус иона | (+6e) 42 (−2e) 198 пм | |||
Электроотрицательность | 2,55 (шкала Полинга) | |||
Электродный потенциал | 0 | |||
Степени окисления | −2, 0, +4, +6 | |||
Энергия ионизации (первый электрон) |
940,4 (9,75) кДж/моль (эВ) | |||
Термодинамические свойства простого вещества | ||||
Плотность (при н. у.) | 4,79 г/см³ | |||
Температура плавления | 490 К (216,85°С) | |||
Температура кипения | 958,1 К (684,95°С) | |||
Мол. теплота плавления | 5,23 кДж/моль | |||
Мол. теплота испарения | 59,7 кДж/моль | |||
Молярная теплоёмкость | (серый): 25,4[2] Дж/(K·моль) | |||
Молярный объём | 16,5 см³/моль | |||
Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
Структура решётки | Гексагональная | |||
Параметры решётки | a=4,364; c=4,959 Å | |||
Отношение c/a | 1,136 | |||
Температура Дебая | 90 K | |||
Прочие характеристики | ||||
Теплопроводность | (300 K) 0,52 Вт/(м·К) | |||
Номер CAS | 7782-49-2 |
34 | Селен |
3d104s24p4 |
Простое вещество селен — это хрупкий, блестящий на изломе неметалл серого цвета (данный цвет обусловлен устойчивой аллотропной модификацией, неустойчивые аллотропные модификации придают селену различные оттенки красного цвета).
Элемент открыт Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1817 году. О том, как произошло это открытие, сохранился
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. Этот осадок, опробованный с помощью паяльной трубки, издавал слабый редечный запах и образовывал свинцовый королёк. Согласно Клапроту, такой запах служит указанием на присутствие теллура. Ган заметил при этом, что на руднике в Фалуне, где собирается сера, необходимая для производства 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 всё, что образовалось при получении серной кислоты путём сжигания фалюнской серы за несколько месяцев, и подверг полученный в большом количестве осадок обстоятельному исследованию. Я нашёл, 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 σελήνη (луна), так как теллур назван по имени Tellus — нашей планеты[3].
В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что электрическое сопротивление серого селена зависит от освещённости. Это свойство стало основой для создания чувствительных к свету ячеек. Первый коммерческие фоточувствительные ячейки был представлены на рынке в середине 1870-х годов Вернером фон Сименсом.
Селеновая ячейка использовалась в фотофоне, созданном Александром Беллом в 1879 году.
Сила электрического тока через селеновую ячейку пропорциональна световому потоку, падающему на её поверхность, — это свойство используется в различных измерителях освещённости (экспонометрах).
Полупроводниковые свойства селена нашли применение в других областях электроники[4][5][6]. В 1930-е годы началось использование селеновых выпрямителей пришедших на смену медно-закисным выпрямителям благодаря большей эффективности[7][8][9]. Селеновые выпрямители использовались до 1970-х годов, вытесненные боле совершенными кремниевыми выпрямителями.
В более позднее время была обнаружена токсичность селена. Были зарегистрированы случаи отравления людей, работавших на селеновых производствах, а также животных, поедавших богатые селеном растения. В 1954 году были обнаружены первые признаки биологического значения селена для микроорганизмов[10][11]. В 1957 году была установлена важная роль селена в биологии млекопитающих[12][13]. В 1970-е годы было показано наличие селена в двух независимых группах ферментов, а затем обнаружена селеносодержащая аминокислота селеноцистеин в некоторых белках. В 1980-е годы было установлено, что селеноцистеин кодируется в ДНК кодоном UGA. Механизм кодирования был установлен сначала для бактерий, а затем и для млекопитающих (SECIS-элемент)[14].
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).
Содержание селена в земной коре — около 500 мг/т. Основные черты геохимии селена в земной коре определяются близостью его ионного радиуса к ионному радиусу серы и поэтому он является спутником химически сходного с ним теллура. Известно 37 минералов селена, основные из них — ашавалит FeSe, клаусталит PbSe, тиманнит HgSe, гуанахуатит Bi2(Se,S)3, хастит CoSe2, платинит PbBi2(S,Se)3, ассоциирующие с различными сульфидами, а иногда также с касситеритом. Изредка встречается самородный селен. Главное промышленное значение для получения селена имеют сульфидные месторождения. Содержание селена в сульфидах колеблется от 7 до 110 г/т.
Концентрация селена в морской воде 0,4 мкг/л[15]. На территории Кавказских минеральных вод есть источник с содержанием селена 110 мкг/л[16].
Плотность жидкого серого селена при температуре плавления 4,06 г/см3.
Твёрдый селен при нормальных условиях имеет несколько аллотропных модификаций с существенно различными термодинамическими, механическими и электрическими свойствами[2]:
Твёрдость по Моосу 2,0. Твёрдость по Бриннелю ≈750 МПа. Модуль нормальной упругости 10,2 ГПа. Хрупок, выше 60 °C становится пластичным. Теплопроводность 0,5 Вт/(м·К). Температурный коэффициент линейного расширения 25,5·10−6 К−1 (при 0 °C). Является полупроводником с дырочной проводимостью, ширина запрещённой зоны 1,8 эВ, удельное электрическое сопротивление 80 Ом·м, температурный коэффициент сопротивления 0,6·10−3 К−1 (в интервале температур 25…125 °C). Диамагнетик, магнитная восприимчивость −0,469·10−9.
При сильном нагревании серого селена[17] он плавится, а потом и испаряется с образованием паров смешанных модификаций селена при быстром охлаждении которых конденсируется красный аморфный селен.
При высоких давлениях (от 27 МПа) селен переходит в кубическую модификацию с ребром ячейки 0,2982 нм.
При 10—12 МПа из аморфного и моноклинного селена получена также метастабильная гексагональная модификация с металлическими свойствами[2].
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(−II) — гораздо более сильные восстановители, чем соответствующие соединения серы.
В виде простого вещество селен гораздо менее активен химически, чем сера. Так, в отличие от серы, селен самостоятельно не горит на воздухе[18].
Поджечь селен удаётся только при дополнительном нагревании, при этом он медленно горит синим пламенем, образуя диоксид SeO2.
Окисляется азотной кислотой до оксида селена(IV):
Со щелочными металлами селен реагирует (весьма бурно), только будучи расплавленным[19], при этом образуются селениды:
При комнатной температуре реагирует с галогенами кроме иода:
Реакция с иодом считается неоднозначной, и по некоторым данным, приводит к образованию иодидов селена в, например, дисульфиде углерода.[20]
Реагирует с щелочами:
Однако, как и с серой, реакция идёт дальше с образованием полиселенидов:
Селен образует полимерные катионы при реакции с дисерной кислотой (олеумом) при комнатной температуре, со 100% серной кислотой при нагревании, ввиду чего раствор принимает зелёный цвет:[21]
При длительном стоянии, раствор селена в дисерной кислоте переходит в жёлтый цвет, вызванный полимерным катионом тетраселена Se42+:[21]
Такая же реакция может быть вызвана при добавлении диоксида селена в раствор селена в серной кислоте:[21]
Эти реакции могут быть использованы для аналитического определения элементарного селена
Значительные количества селена получают из шлама медно-электролитных производств, в котором селен присутствует в виде селенида серебра[22]. Применяют несколько способов получения: окислительный обжиг с возгонкой SeO2; нагревание шлама с концентрированной серной кислотой, окисление соединений селена до SeO2 с его последующей возгонкой; окислительное спекание с содой, конверсия полученной смеси соединений селена до соединений Se(IV) и их восстановление до элементного селена действием SO2.
Получить высокочистый селен можно при сжигании низкосортного технического селена в токе кислорода при 500—550° С и сублимации полученной двуокиси селена при 320—350 °С. Двуокись селена растворяют в дистиллированной воде. А затем восстанавливая H2SeO3 сернистым газом:
При окислительном методе шлам обрабатывается азотной кислотой, сплавляется с калийной селитрой и т. д. Образующиеся при этом оксиды селена (SeО2, иногда SeО3) переходят в раствор, и, после выпаривании азотной кислоты, выпавший сухой остаток растворяется в концентрированной соляной кислоте, после чего SeO2 восстанавливается, например, сернистым газом:
При растворении в сульфите натрия с последующим выделением селена кислотой:
Промытый от сернистой кислоты шлам с содержанием, например, 2 % селена обрабатывается кальцинированной содой, для перевода примеси сульфата свинца(II) в нерастворимый карбонат свинца:
Входит в состав активных центров некоторых белков в форме аминокислоты селеноцистеина. Является необходимым для жизни микроэлементом, но большинство соединений достаточно токсичны (селеноводород, селеновая и селенистая кислота).
В организме человека содержится 10—14 мг селена, бо́льшая его часть сконцентрирована в печени, почках, селезёнке, сердце, яичках и семенных канатиках у мужчин[23]. Селен присутствует в ядрах клеток.
Суточная потребность человека в селене составляет 70—100 мкг[24][25].
Повышенное содержание селена в организме может приводить к депрессии, тошноте, рвоте, диарее, поражению ЦНС и др.
Селен, являясь химическим аналогом серы, входит в состав биосубстратов в степени окисления −2. Установлено, что он накапливается в ногтях и волосах, так как их основу составляют серосодержащие аминокислоты цистеин и метионин[26]. Метионин необходим для синтеза кератина — основного белка волосяного стержня, а цистеин входит в состав α-кератинов — основного белка ногтей, кожи и волос (известно, что данные две аминокислоты метаболически тесно связаны между собой; очевидно, селен замещает серу в этих аминокислотах, превращая их в селеноцистеин и селенометионин)[27].
Селен в организме взаимодействует с витаминами, ферментами и биологическими мембранами, участвует в регулировании обмена веществ, в обмене жиров, белков и углеводов, а также в окислительно-восстановительных процессах. Селен является составным компонентом более 30 жизненно важных биологически активных соединений организма. Селен входит в активный центр ферментов системы антиоксидантно-антирадикальной защиты организма, метаболизма нуклеиновых кислот, липидов, гормонов (глутатионпероксидазы, йодотиронин-дейододиназы, тиоредоксинредуктазы, фосфоселенфосфатазы, фосфолипид-гидропероксид-глутатионпероксидазы, специфических протеинов Р и W и др.)[28].
Селен входит в состав белков мышечной ткани, белков миокарда. Также селен способствует образованию трийодтиронина (биологически активная форма тиреоидных гормонов щитовидной железы)[28][29].
Селен является синергистом витамина E и иода. При дефиците селена иод плохо усваивается организмом[30].
Ранее неоднократно выдвигались предположения о том, что добавки селена способны снизить частоту заболеваемости онкологическими заболеваниями, что, однако, не подтвердилось проведёнными исследованиями[31].
Селен применяется как противораковое средство, а также для профилактики широкого спектра заболеваний[36]. Из-за его влияния на репарацию ДНК, апоптоз, эндокринную и иммунную системы, а также другие механизмы, включая его антиоксидантные свойства, селен может играть роль в профилактике рака[37][38][39]. Согласно исследованиям[40][41][42][43][44], приём 200 мкг селена в сутки снижает риск заболеваемости раком прямой и толстой кишки на 58 %, опухолями простаты — на 63 %, раком лёгких — на 46 %, снижает общую смертность от онкологических заболеваний на 39 %.
Приём селена в комбинации с коэнзимом Q10 связывают с 55%-ым снижением риска смерти больных хронической сердечной недостаточностью[45][46].
Малые концентрации селена подавляют гистамин и за счёт этого оказывают антидистрофический эффект и противоаллергическое действие. Также селен стимулирует пролиферацию тканей, улучшает функцию половых желёз, сердца, щитовидной железы, иммунной системы.
В комплексе с йодом селен используется для лечения йододефицитных заболеваний и патологий щитовидной железы[47]. Тем не менее, согласно кокрановскому обзору 2014 года, доказательства, подтверждающие или опровергающие эффективность приёма селена людьми с аутоиммунным тиреоидитом, неполны и ненадёжны[48].
Соли селена способствуют восстановлению пониженного артериального давления при шоке и коллапсе.[28].
Есть данные, что приём добавок с селеном повышает риск развития сахарного диабета 2-го типа[49].
Известен препарат селена Эбселен[50][51] с противовоспалительной, антиоксидантной и цитопротекторной активностью, который также проявляет активность против COVID-19[52][53][54][55][56][56].
Дисульфид селена (сульсен) применяется в дерматологии, в составе шампуней для лечения заболеваний волосистой части головы (перхоти, себореи).
Селен и его соединения ядовиты, по характеру действия несколько напоминает мышьяк; обладает политропным действием с преимущественным поражением печени, почек и ЦНС. Свободный селен менее ядовит. Из неорганических соединений селена наиболее токсичными являются селеноводород, диоксид селена (ЛД50 = 1,5 мг/кг, крысы, интратрахеально) и селениты натрия (ЛД50 = 2,25 мг/кг, кролик, перорально) и лития (ЛД50 = 8,7 мг/кг, крысы, перорально). Особенно токсичен селеноводород, однако, ввиду его отвратительного запаха, ощущаемого даже в ничтожных концентрациях (0,005 мг/л), удаётся избежать отравлений. Органические соединения селена, такие как алкил- или арил-производные (например, диметилселен, метилэтилселен или дифенилселен), являются сильнейшими нервными ядами, с очень отвратительными запахами; так, порог восприятия для диэтилселена составляет 0,0064 мкг/л.
Соли селена при непосредственном соприкосновении с кожей вызывают ожоги и дерматиты. Диоксид селена при контакте с кожей способен вызывать резкую боль и онемение. При попадании на слизистые оболочки соединения селена могут вызывать раздражение и покраснение, при попадании в глаза резкую боль, слезотечение и конъюнктивит.
Изотоп | Распространённость в природной смеси, ат. % | Период полураспада |
---|---|---|
73Se | — | 7,1 час. |
74Se | 0,87 | стабилен |
75Se | — | 120,4 сут. |
76Se | 9,02 | стабилен |
77Se | 7,58 | стабилен |
77mSe | — | 17,5 сек. |
78Se | 23,52 | стабилен |
79Se | — | 6,5⋅104 лет |
79mSe | — | 3,91 мин. |
80Se | 49,82 | стабилен |
81Se | — | 18,6 мин. |
81mSe | — | 62 мин. |
82Se | 9,19 | 9,7⋅1019 лет |
83mSe | — | 69 сек. |
83Se | — | 25 мин. |
Природный селен состоит из смеси 6 изотопов (в скобках указана концентрация в атомных процентах): 74Se (0,87 %), 76Se (9,02 %), 77Se (7,58 %), 78Se (23,52 %), 80Se (49,82 %), 82Se (9,19 %).
Из них пять изотопов, по экспериментальным данным по состоянию на 2024 год, стабильны, а один из них (82Se) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 9,7⋅1019 лет, превращаясь в 82Kr.
Искусственно получены ещё 24 радиоактивных изотопа (а также 9 метастабильных возбуждённых состояний) с массовыми числами от 65 до 94.
Из искусственных изотопов практическое применение нашёл 75Se как источник гамма-излучения для неразрушающего контроля сварных металлических швов и обнаружения дефектов конструкций[57].
Распространённость в природе и периоды полураспада радиоактивных изотопов селена и некоторых его ядерных изомеров приведены в таблице.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.