Селен - Selenium
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Селен | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Произношение |
/ С ɪ л я п I ə м / ( sil- Е.Е. -nee-əm ) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Появление | серый металлик, красный и стекловидный черный (без изображения) аллотропы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стандартный атомный вес A r, std (Se) | 78.971 (8) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Селен в периодической таблице | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомный номер ( Z ) | 34 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Группа | группа 16 (халькогены) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Период | период 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Блокировать | p-блок | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электронная конфигурация | [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электронов на оболочку | 2, 8, 18, 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Физические свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Фаза на СТП | твердый | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура плавления | 494 К (221 ° С, 430 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Точка кипения | 958 К (685 ° С, 1265 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Плотность (около rt ) | серый: 4,81 г / см 3 альфа: 4,39 г / см 3 стекловидное тело: 4,28 г / см 3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| в жидком состоянии (при т. пл. ) | 3,99 г / см 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Критическая точка | 1766 К, 27,2 МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплота плавления | серый: 6,69 кДж / моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплота испарения | 95,48 кДж / моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Молярная теплоемкость | 25,363 Дж / (моль · К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Давление газа
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомные свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Состояния окисления | −2 , −1, +1, +2 , +3, +4 , +5, +6 ( сильнокислый оксид) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электроотрицательность | Шкала Полинга: 2,55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Энергии ионизации | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Радиус атома | эмпирический: 120 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ковалентный радиус | 120 ± 16 часов | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Радиус Ван-дер-Ваальса | 190 вечера | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Прочие свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Естественное явление | изначальный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кристальная структура | треугольный |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Скорость звука тонкого стержня | 3350 м / с (при 20 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тепловое расширение | аморфный: 37 мкм / (м⋅K) (при 25 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплопроводность | аморфный: 0,519 Вт / (м⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Магнитный заказ | диамагнитный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Молярная магнитная восприимчивость | -25,0 × 10 -6 см 3 / моль (298 К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модуль для младших | 10 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модуль сдвига | 3,7 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Объемный модуль | 8,3 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| коэффициент Пуассона | 0,33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Твердость по шкале Мооса | 2.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Твердость по Бринеллю | 736 МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Количество CAS | 7782-49-2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| История | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Именование | в честь Селены , греческой богини луны | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Открытие и первая изоляция | Йенс Якоб Берцелиус и Иоганн Готлиб Ган (1817 г.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Основные изотопы селена | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Селен - это химический элемент с символом Se и атомным номером 34. Это неметалл (реже считается металлоидом ) со свойствами, которые занимают промежуточное положение между элементами, расположенными выше и ниже в периодической таблице , серой и теллуром , а также имеет сходство с мышьяк . Он редко встречается в элементарном состоянии или в виде чистых рудных соединений в земной коре. Селен - от греческого selḗnē ( σελήνη «Луна») - был открыт в 1817 году Йенсом Якобом Берцелиусом , который отметил сходство нового элемента с ранее обнаруженным теллуром (названным в честь Земли).
Селен содержится в сульфидных рудах металлов , где он частично замещает серу. В промышленных масштабах селен производится как побочный продукт при переработке этих руд, чаще всего во время производства. Минералы, которые представляют собой чистые селениды или селенатные соединения, известны, но встречаются редко. Сегодня в основном селен используется в производстве стекла и в производстве пигментов . Селен является полупроводником и используется в фотоэлементах . Когда-то важные приложения в электронике были заменены кремниевыми полупроводниковыми приборами. Селен до сих пор используется в некоторых типах устройств защиты от перенапряжения постоянного тока и одном типе флуоресцентных квантовых точек .
Хотя следовые количества селена необходимы для функционирования клеток у многих животных, включая человека, как элементарный селен, так и (особенно) соли селена токсичны даже в малых дозах, вызывая селеноз . Селен входит в состав многих поливитаминов и других пищевых добавок, а также в детских смесях и входит в состав антиоксидантных ферментов глутатионпероксидазы и тиоредоксинредуктазы (которые косвенно восстанавливают определенные окисленные молекулы у животных и некоторых растений), а также в трех ферментах дейодиназы . Потребности в селене у растений различаются по видам: одни растения требуют относительно больших количеств, а другие, по-видимому, не нуждаются в нем.
Характеристики
Физические свойства
Селен образует несколько аллотропов, которые взаимно преобразуются при изменении температуры, в некоторой степени в зависимости от скорости изменения температуры. При получении в результате химических реакций селен обычно представляет собой аморфный порошок кирпично-красного цвета. При быстром плавлении он образует стекловидную форму черного цвета, обычно продаваемую в виде шариков. Структура черного селена нерегулярна и сложна и состоит из полимерных колец с числом атомов до 1000 в каждом. Black Se - хрупкое блестящее твердое вещество, которое слабо растворяется в CS 2 . При нагревании он размягчается при 50 ° C и превращается в серый селен при 180 ° C; температура превращения снижается из-за присутствия галогенов и аминов .
Красные формы α, β и γ получают из растворов черного селена путем изменения скорости испарения растворителя (обычно CS 2 ). Все они имеют относительно низкую моноклинную симметрию кристаллов ( пространственная группа 14) и содержат почти идентичные сморщенные кольца Se 8 с различным расположением, как в сере . Восемь атомов кольца не эквивалентны (т. Е. Они не отображаются друг на друга какой-либо операцией симметрии), и на самом деле в γ-моноклинной форме половина колец находится в одной конфигурации (и ее зеркальном отображении), а половина - в одной. Другая. Упаковка наиболее плотная в α-форме. В кольцах Se 8 расстояние Se-Se варьируется в зависимости от того, где находится пара атомов в кольце, но в среднем составляет 233,5 пм, а угол Se-Se-Se в среднем составляет 105,7 °. Другие аллотропы селена могут содержать кольца Se 6 или Se 7 .
Самая стабильная и плотная форма селена - серая и имеет хиральную гексагональную кристаллическую решетку (пространственная группа 152 или 154 в зависимости от хиральности), состоящая из спиральных полимерных цепей, где расстояние Se-Se составляет 237,3 пм и угол Se-Se-Se. составляет 103,1 °. Минимальное расстояние между цепями - 343,6 м. Серый Se образуется при умеренном нагревании других аллотропов, медленном охлаждении расплавленного Se или конденсации паров Se чуть ниже точки плавления. В то время как другие формы Se являются изоляторами, серый Se представляет собой полупроводник, демонстрирующий заметную фотопроводимость . В отличие от других аллотропов не растворяется в CS 2 . Он устойчив к окислению воздухом и не подвергается воздействию неокисляющих кислот . С сильными восстановителями образует полиселениды. Селен не проявляет изменений вязкости, которые испытывает сера при постепенном нагревании.
Оптические свойства
Благодаря его использованию в качестве фотопроводника в плоских детекторах рентгеновского излучения (см. Ниже ), оптические свойства тонких пленок аморфного селена (α-Se) стали предметом интенсивных исследований.
Изотопы
Селен содержит семь изотопов природного происхождения . Пять из них, 74 Se, 76 Se, 77 Se, 78 Se, 80 Se, являются стабильными, причем 80 Se является наиболее распространенным (естественное содержание 49,6%). Также в природе встречается долгоживущий первичный радионуклид 82 Se с периодом полураспада 9,2 × 10 19 лет. Неизначальный радиоизотоп 79 Se также присутствует в незначительных количествах в урановых рудах как продукт ядерного деления . Селен также содержит множество нестабильных синтетических изотопов от 64 Se до 95 Se; наиболее стабильными являются 75 Se с периодом полураспада 119,78 дней и 72 Se с периодом полураспада 8,4 дня. Изотопы, более легкие, чем стабильные изотопы, в основном подвергаются бета-положительному распаду до изотопов мышьяка , а изотопы, более тяжелые, чем стабильные изотопы, подвергаются бета-минус-распаду до изотопов брома , с некоторыми незначительными ветвями эмиссии нейтронов в самых тяжелых из известных изотопов.
| Изотоп | Природа | Источник | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 74 Se | Первозданный | Стабильный | |
| 76 Se | Первозданный | Стабильный | |
| 77 Se | Первозданный | Продукт деления | Стабильный |
| 78 Se | Первозданный | Продукт деления | Стабильный |
| 79 Se | След | Продукт деления | 327 000 лет |
| 80 Se | Первозданный | Продукт деления | Стабильный |
| 82 Se | Первозданный | Продукт деления * | ~ 10 20 лет |
Химические соединения
Соединения селена обычно существуют в степенях окисления -2, +2, +4 и +6.
Соединения халькогена
Селен образует два оксида : диоксид селена (SeO 2 ) и триоксид селена (SeO 3 ). Диоксид селена образуется при реакции элементарного селена с кислородом:
- Se 8 + 8 O 2 → 8 SeO 2
Это твердое полимерное вещество, которое в газовой фазе образует мономерные молекулы SeO 2 . Он растворяется в воде с образованием селеновой кислоты H 2 SeO 3 . Селеновая кислота также может быть получена непосредственно путем окисления элементарного селена азотной кислотой :
- 3 Se + 4 HNO 3 + H 2 O → 3 H 2 SeO 3 + 4 NO
В отличие от серы, которая образует стабильный триоксид , триоксид селена термодинамически нестабилен и разлагается до диоксида при температуре выше 185 ° C:
- 2 SeO 3 → 2 SeO 2 + O 2 (ΔH = -54 кДж / моль)
Триоксид селена получают в лаборатории путем реакции безводного селената калия (K 2 SeO 4 ) и триоксида серы (SO 3 ).
Соли селеновой кислоты называют селенитами. К ним относятся селенит серебра (Ag 2 SeO 3 ) и селенит натрия (Na 2 SeO 3 ).
Сероводород реагирует с водной селеновой кислотой с образованием дисульфида селена :
- H 2 SeO 3 + 2 H 2 S → SeS 2 + 3 H 2 O
Дисульфид селена состоит из 8-членных колец. Он имеет приблизительный состав SeS 2 с отдельными кольцами, различающимися по составу, такими как Se 4 S 4 и Se 2 S 6 . Дисульфид селена использовался в шампунях в качестве средства против перхоти , ингибитора в химии полимеров, красителя для стекла и восстановителя в фейерверках .
Триоксид селена можно синтезировать путем дегидратации селеновой кислоты H 2 SeO 4 , которая сама образуется при окислении диоксида селена перекисью водорода :
- SeO 2 + H 2 O 2 → H 2 SeO 4
Горячая концентрированная селеновая кислота может реагировать с золотом с образованием селената золота (III).
Галогенные соединения
Иодиды селена малоизвестны. Единственным стабильным хлоридом является монохлорид селена (Se 2 Cl 2 ), который может быть более известен как хлорид селена (I); соответствующий бромид также известен. Эти частицы структурно аналогичны соответствующему дихлориду дисеры . Дихлорид селена является важным реагентом при получении соединений селена (например, при получении Se 7 ). Его получают обработкой селена сульфурилхлоридом (SO 2 Cl 2 ). Селен реагирует с фтором с образованием гексафторида селена :
- Se 8 + 24 F 2 → 8 SeF 6
По сравнению со своим серным аналогом ( гексафторидом серы ) гексафторид селена (SeF 6 ) более реактивен и является токсичным легочным раздражителем. Некоторые оксигалогениды селена, такие как оксифторид селена (SeOF 2 ) и оксихлорид селена (SeOCl 2 ), использовались в качестве специальных растворителей.
Селениды
Аналогично поведению других халькогенов, селен образует селенид водорода H 2 Se. Это сильно пахнущий , токсичный и бесцветный газ. Он более кислый, чем H 2 S. В растворе ионизируется до HSe - . Селенид дианион Se 2- образует множество соединений, включая минералы, из которых селен получают в промышленных масштабах. Иллюстративные селениды включают селенид ртути (HgSe), селенид свинца (PbSe), селенид цинка (ZnSe) и диселенид галлия-индия (Cu (Ga, In) Se 2 ). Эти материалы являются полупроводниками . В случае металлов с высокой электроположительностью, таких как алюминий , эти селениды склонны к гидролизу:
- Al 2 Se 3 + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 3 H 2 Se
Селениды щелочных металлов реагируют с селеном с образованием полиселенидов Se2−
п, которые существуют в виде цепочек.
Другие соединения
Тетранитрид тетраселена, Se 4 N 4 , представляет собой взрывоопасное оранжевое соединение, аналогичное тетранитриду тетрасеры (S 4 N 4 ). Его можно синтезировать реакцией тетрахлорида селена (SeCl 4 ) с [((CH
3)
3Si)
2N]
2Se .
Селен реагирует с цианидами с образованием селеноцианатов :
- 8 KCN + Se 8 → 8 KSeCN
Селенорганические соединения
Селен, особенно в степени окисления II, образует устойчивые связи с углеродом , которые структурно аналогичны соответствующим сероорганическим соединениям . Особенно распространенными являются селениды (R 2 Se, аналоги тиоэфиры ), диселениды (R 2 Se 2 , аналоги дисульфидов ) и selenols (RSeH, аналоги тиолов ). Представители селенидов, диселенидов и селенолов включают соответственно селенометионин , дифенилдиселенид и бензолеселенол . Сульфоксид в химии серы представлена в химии селена в selenoxides (формула RSE (O) R), которые являются промежуточными соединениями в органическом синтезе, как показано на устранение selenoxide реакции. В соответствии с тенденциями, обозначенными правилом двойной связи , селенокетоны, R (C = Se) R, и селенальдегиды, R (C = Se) H, наблюдаются редко.
История
Селен ( греч. Σελήνη selene означает «Луна») был открыт в 1817 году Йенсом Якобом Берцелиусом и Йоханом Готлибом Ганом . Оба химика владели химическим заводом недалеко от Грипсхольма , Швеция, где производили серную кислоту методом свинцовой камеры . Пирит из рудника Фалунь образовал красный осадок в свинцовых камерах, который, как предполагалось, был соединением мышьяка, поэтому использование пирита для производства кислоты было прекращено. Берцелиус и Ган хотели использовать пирит, и они также заметили, что красный осадок при горении источает запах хрена . Этот запах не был характерен для мышьяка, но похожий запах был известен и для соединений теллура . Следовательно, в первом письме Берцелиуса Александру Марсету говорилось, что это соединение теллура. Однако отсутствие соединений теллура в минералах шахты Фалун в конечном итоге привело Берцелиуса к повторному анализу красного осадка, и в 1818 году он написал второе письмо Марсет, описывая недавно обнаруженный элемент, похожий на серу и теллур. Из-за его сходства с теллуром, названным в честь Земли, Берцелиус назвал новый элемент в честь Луны .
В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что электрическое сопротивление серого селена зависит от окружающего света. Это привело к его использованию в качестве ячейки для восприятия света. Первые коммерческие продукты с использованием селена были разработаны Вернером Сименсом в середине 1870-х годов. Селеновый элемент использовался в фотофоне, разработанном Александром Грэмом Беллом в 1879 году. Селен передает электрический ток, пропорциональный количеству света, падающего на его поверхность. Это явление было использовано при проектировании люксметров и подобных устройств. Полупроводниковые свойства селена нашли множество других применений в электронике. Разработка выпрямителей на основе селена началась в начале 1930-х годов, и они заменили выпрямители из оксида меди, поскольку были более эффективными. Они использовались в коммерческих целях до 1970-х годов, после чего были заменены менее дорогими и даже более эффективными кремниевыми выпрямителями .
Селен стал известен в медицине позже из-за его токсичности для промышленных рабочих. Селен также был признан важным ветеринарным токсином, который обнаружен у животных, которые ели растения с высоким содержанием селена. В 1954 году биохимик Джейн Пинсент впервые намекнула на особые биологические функции селена у микроорганизмов . В 1957 году было обнаружено, что он необходим для жизни млекопитающих. В 1970-х годах было показано, что он присутствует в двух независимых наборах ферментов . За этим последовало открытие селеноцистеина в белках. В 1980-х годах было показано, что селеноцистеин кодируется кодоном UGA . Механизм перекодирования был разработан сначала у бактерий, а затем у млекопитающих (см. Элемент SECIS ).
Вхождение
Самородный (т.е. элементарный) селен - редкий минерал, который обычно не образует хороших кристаллов, но когда это происходит, они представляют собой крутые ромбоэдры или крошечные игольчатые (похожие на волосы) кристаллы. Выделение селена часто осложняется присутствием других соединений и элементов.
Селен в природе встречается в ряде неорганических форм, включая селенид , селенат и селенит , но эти минералы встречаются редко. Обычный минерал селенит не является минералом селена и не содержит иона селенита , а скорее представляет собой тип гипса (гидрат сульфата кальция), названный как селен для Луны, задолго до открытия селена. Селен чаще всего встречается в виде примеси, замещающей небольшую часть серы в сульфидных рудах многих металлов.
В живых системах селен содержится в аминокислотах селенометионин , селеноцистеин и метилселеноцистеин . В этих соединениях селен играет роль, аналогичную роли серы. Еще одно встречающееся в природе селенорганическое соединение - диметилселенид .
Некоторые почвы богаты селеном, и некоторые растения могут его биоконцентрировать . В почвах селен чаще всего встречается в растворимых формах, таких как селенат (аналог сульфата), который очень легко вымывается в реки со стоком. Океанская вода содержит значительное количество селена.
Антропогенные источники селена включают сжигание угля, а также добычу и выплавку сульфидных руд.
Производство
Селен чаще всего производится из селенида многих сульфидных руд , таких как руды меди , никеля или свинца . При электролитическом рафинировании металлов особенно выделяется селен в качестве побочного продукта, получаемого из анодного шлама медеперерабатывающих заводов. Другим источником была грязь из свинцовых камер заводов по производству серной кислоты , процесс, который больше не используется. Из этих грязей селен можно очистить несколькими способами. Однако большая часть элементарного селена является побочным продуктом при рафинировании меди или производстве серной кислоты . С момента своего изобретения, производство меди методом экстракции растворителем и электрохимическим извлечением (SX / EW) составляет все большую долю мирового предложения меди. Это изменяет доступность селена, потому что только сравнительно небольшая часть селена в руде выщелачивается вместе с медью.
Промышленное производство селена обычно включает извлечение диоксида селена из остатков, полученных при очистке меди. Обычное производство остатка затем начинается с окисления карбонатом натрия с получением диоксида селена, который смешивается с водой и подкисляется с образованием селеновой кислоты ( стадия окисления ). Селеновую кислоту барботируют диоксидом серы ( стадия восстановления ), чтобы получить элементарный селен.
В 2011 году во всем мире было произведено около 2 000 тонн селена, в основном в Германии (650 т), Японии (630 т), Бельгии (200 т) и России (140 т), а общие запасы оценивались в 93 000 тонн. Эти данные не включают двух основных производителей: США и Китай. Предыдущий резкий рост наблюдался в 2004 году с 4–5 до 27 долларов за фунт. Цена была относительно стабильной в течение 2004–2010 годов и составляла около 30 долларов США за фунт (в лотах по 100 фунтов стерлингов), но выросла до 65 долларов США за фунт в 2011 году. Потребление в 2010 году было разделено следующим образом: металлургия - 30%, производство стекла - 30%, сельское хозяйство - 10%, химия и пигменты - 10%, электроника - 10%. Китай является основным потребителем селена - 1 500–2 000 тонн в год.
Приложения
Удобрения
Исследователи обнаружили, что внесение селеновых удобрений в посевы салата снижает накопление свинца и кадмия . Персики и груши, обработанные спреем для листвы селена, содержали более высокий уровень селена, а также оставались твердыми и дольше созрели при хранении. В малых дозах селен оказывает благотворное влияние на устойчивость растений к различным стрессовым факторам окружающей среды, включая засуху, УФ-В, засоленность почвы , а также низкие или высокие температуры. Однако в более высоких дозах он может повредить растения.
Электролиз марганца
Во время электровыделения марганца добавление диоксида селена снижает мощность, необходимую для работы электролизных ячеек . Китай является крупнейшим потребителем диоксида селена для этих целей. На каждую тонну марганца в среднем приходится 2 кг оксида селена.
Производство стекла
Наибольшее коммерческое использование Se, на которое приходится около 50% потребления, приходится на производство стекла. Соединения Se придают стеклу красный цвет. Этот цвет нейтрализует зеленые или желтые оттенки, которые возникают из-за примесей железа, типичных для большинства стекол. Для этого добавляются различные соли селенита и селената. Для других применений может потребоваться красный цвет, полученный смесями CdSe и CdS.
Сплавы
Селен используется с висмутом в латуни, чтобы заменить более токсичный свинец . Регулирование использования свинца в питьевой воде, например, в США с Законом о безопасной питьевой воде 1974 года, сделало сокращение содержания свинца в латуни необходимым. Новая латунь продается под названием EnviroBrass. Подобно свинцу и сере, селен улучшает обрабатываемость стали при концентрациях около 0,15%. Селен дает такое же улучшение обрабатываемости медных сплавов.
Литий-селеновые батареи
Литий-селеновая (Li-Se) батарея - одна из самых перспективных систем хранения энергии в семействе литиевых батарей. Li-Se батарея является альтернативой литий-серной батарее с преимуществом высокой электропроводности.
Солнечные батареи
Селенид меди, индия, галлия - это материал, используемый в солнечных элементах.
Фотопроводники
Тонкие пленки аморфного селена (α-Se) нашли применение в качестве фотопроводников в плоских детекторах рентгеновского излучения . Эти детекторы используют аморфный селен для захвата и преобразования падающих рентгеновских фотонов непосредственно в электрический заряд.
Выпрямители
Селеновые выпрямители были впервые использованы в 1933 году. Их использование продолжалось до 1990-х годов.
Другое использование
Небольшие количества селенорганических соединений использовались для модификации катализаторов, используемых для вулканизации при производстве резины.
Спрос на селен со стороны электронной промышленности снижается. Его фотоэлектрические и фотопроводящие свойства все еще используются в фотокопировании , фотоэлементах , люксметрах и солнечных элементах . Его использование в качестве фотопроводника в копировальных аппаратах с обычной бумагой когда-то было ведущим применением, но в 1980-х годах применение фотопроводников пришло в упадок (хотя это все еще было широким конечным использованием), поскольку все больше и больше копиров переходили на органические фотопроводники. Хотя когда-то селеновые выпрямители широко использовались, они в основном были заменены (или заменяются) устройствами на основе кремния. Наиболее заметным исключением является защита от перенапряжения постоянного тока , где превосходные энергетические возможности селеновых ограничителей делают их более желательными, чем металлооксидные варисторы .
Селенид цинка был первым материалом для синих светодиодов , но на этом рынке доминирует нитрид галлия. Селенид кадмия был важным компонентом квантовых точек . Листы аморфного селена преобразуют рентгеновские изображения в образцы заряда в рентгенографии и в твердотельных рентгеновских камерах с плоским экраном. Ионизированный селен (Se + 24) - одна из активных сред, используемых в рентгеновских лазерах.
Селен является катализатором некоторых химических реакций, но широко не используется из-за проблем с токсичностью. В рентгеновской кристаллографии включение одного или нескольких атомов селена вместо серы помогает с аномальной дисперсией на нескольких длинах волн и фазированием аномальной дисперсии на одной длине волны .
Селен используется для тонирования фотопринтов и продается в качестве тонера многими производителями фотографий. Селен усиливает и расширяет тональный диапазон черно-белых фотографических изображений и улучшает стойкость отпечатков.
75 Se используется в качестве источника гамма-излучения в промышленной радиографии.
Загрязнение
В высоких концентрациях селен действует как загрязнитель окружающей среды . Источники загрязнения включают отходы некоторых горнодобывающих, сельскохозяйственных, нефтехимических и промышленных производств. В озере Бельюс, Северная Каролина, 19 видов рыб были уничтожены из озера из-за 150-200 мкг Se / л сточных вод, сброшенных с 1974 по 1986 год с угольной электростанции Duke Energy. В Национальном заповеднике дикой природы Кестерсон в Калифорнии тысячи рыб и водоплавающих птиц были отравлены селеном в сельскохозяйственных ирригационных дренажах.
Существенные физиологические изменения могут произойти у рыб с высоким содержанием селена в тканях. Рыбы, пораженные селеном, могут испытывать набухание жаберных пластинок , что препятствует диффузии кислорода через жабры и кровотоку внутри жабр. Дыхательная способность еще больше снижается из-за связывания селена с гемоглобином . Другие проблемы включают дегенерацию ткани печени, отек вокруг сердца, повреждение яичных фолликулов в яичниках, катаракту и скопление жидкости в полости тела и голове. Селен часто вызывает деформацию плода рыбы, которая может иметь проблемы с кормлением или дыханием; искривление плавников или позвоночника также является обычным явлением. Взрослые рыбы могут казаться здоровыми, несмотря на их неспособность производить жизнеспособное потомство.
Селен биоаккумулируется в водных средах обитания, что приводит к более высоким концентрациям в организмах, чем в окружающей воде. Селенорганические соединения могут концентрироваться зоопланктоном более 200 000 раз, когда концентрация в воде находится в диапазоне от 0,5 до 0,8 мкг Se / л. Неорганический селен биоаккумулируется в фитопланктоне легче, чем в зоопланктоне. Фитопланктон может концентрировать неорганический селен в 3000 раз. Дальнейшая концентрация посредством биоаккумуляции происходит по всей пищевой цепи, поскольку хищники потребляют богатую селеном добычу. Рекомендуется, чтобы концентрация воды 2 мкг Se / л считалась очень опасной для чувствительных рыб и водных птиц. Отравление селеном может передаваться от родителей к потомству через яйцеклетку, и отравление селеном может сохраняться на протяжении многих поколений. Размножение уток кряквы ухудшается при концентрации в рационе 7 мкг Se / л. Многие донные беспозвоночные могут переносить концентрации селена в рационе до 300 мкг / л.
Загрязнение селеном влияет на океаны по всему миру и в основном вызвано антропогенными факторами, такими как сток сельскохозяйственных культур и промышленные процессы. Рыба - основной источник белка для человека. Фактически, в 2010 году 16,7% потребляемого животного белка в мире приходилось на рыбу. Поскольку рыба является источником белка для человека, важно знать о загрязнении селеном, поскольку оно может повлиять на человека.
Высокая биоаккумуляция селена в водной среде приводит к большой гибели рыбы в зависимости от вида в пораженной зоне. Однако есть несколько видов, которые, как было замечено, пережили эти события и выдержали повышенный уровень селена. Также было высказано предположение, что сезон может повлиять на вредное воздействие селена на рыбу. Чтобы уменьшить количество селена, попадающего в океаны, можно ввести такие меры политики, как использование микробов или ферментов, которые нацелены на металлоиды, такие как селен, и расщепляют их.
Биологическая роль
| Опасности | |
|---|---|
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
Хотя селен токсичен в больших дозах, он является важным микроэлементом для животных. В растениях он встречается как случайный минерал, иногда в токсичных пропорциях в фуражах (некоторые растения могут накапливать селен в качестве защиты от поедания животными, но другие растения, такие как лосось , нуждаются в селене, и их рост указывает на присутствие селена. в почве). Подробнее о питании растений см. Ниже.
Селен входит в состав необычных аминокислот селеноцистеина и селенометионина . В организме человека, селен является микроэлементом питательное вещество , которое функционирует в качестве кофактора для уменьшения из антиоксидантных ферментов, таких как глутатионпероксидаз и некоторых форм тиоредоксинредуктазы найденных у животных и некоторых растений (этот фермент имеет место во всех живых организмах, но не все ее формы в растениях требуется селен).
Глутатионпероксидазы семейства ферментов (GSH-Px) катализируют определенные реакции , которые удаляют активные формы кислорода , такие как перекись водорода и органические гидроперекиси :
- 2 GSH + H 2 O 2 ---- GSH-Px → GSSG + 2 H 2 O
Щитовидная железа и каждая клетка , которые используют гормон щитовидной железы использования селена, который является кофактором для трех из четырех известных типов тиреоидных гормонов deiodinases , которые активируют и затем дезактивировать различные гормоны щитовидной железы и их метаболиты; в йодтиронин deiodinases является подсемейством deiodinase ферментов , что использование селена как в противном случае редкого селеноцистеин аминокислоты. (Только дейодиназа иодтирозиндейодиназа , которая воздействует на последние продукты распада гормона щитовидной железы, не использует селен.)
Селен может подавлять болезнь Хашимото , при которой собственные клетки щитовидной железы организма атакуются как чужеродные. Сообщается о снижении на 21% антител к ТПО при потреблении с пищей 0,2 мг селена.
Повышенное содержание селена в рационе снижает эффекты отравления ртутью, хотя он эффективен только при низких и умеренных дозах ртути. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что молекулярные механизмы токсичности ртути включают необратимое ингибирование селеноферментов, которые необходимы для предотвращения и устранения окислительного повреждения мозга и эндокринных тканей. Антиоксидант, селенонеин, который получают из селена и, как было обнаружено, присутствует в крови синего тунца, является предметом научных исследований в отношении его возможной роли в воспалительных и хронических заболеваниях, детоксикации метилртути и окислительных повреждениях. Кажется, что с повышением уровня ртути в морской рыбе повышается и уровень селена. Насколько известно исследователям, нет сообщений о превышении уровней ртути над уровнем селена в океанической рыбе.
Эволюция в биологии
Примерно три миллиарда лет назад семейства прокариотических селенопротеинов управляют эволюцией селеноцистеина, аминокислоты. Селен включен в несколько семейств прокариотических селенопротеинов бактерий, архей и эукариот в виде селеноцистеина, где пероксиредоксины селенопротеина защищают бактериальные и эукариотические клетки от окислительного повреждения. Селенопротеиновые семейства GSH-Px и дейодиназы эукариотических клеток, по-видимому, имеют бактериальное филогенетическое происхождение. Селеноцистеин-содержащая форма встречается у таких разнообразных видов, как зеленые водоросли, диатомовые водоросли, морские ежи, рыбы и куры. Селеновые ферменты участвуют в образовании небольших восстанавливающих молекул глутатиона и тиоредоксина . Одно семейство селенсодержащих молекул ( глутатионпероксидазы ) разрушает перекись и восстанавливает поврежденные перекисные клеточные мембраны с помощью глутатиона. Другой селенсодержащий фермент у некоторых растений и животных ( тиоредоксинредуктаза ) генерирует восстановленный тиоредоксин, дитиол, который служит источником электронов для пероксидаз, а также важный восстанавливающий фермент рибонуклеотидредуктазу, который производит предшественники ДНК из предшественников РНК.
Микроэлементы, участвующие в активности ферментов GSH-Px и супероксиддисмутазы, то есть селен, ванадий , магний , медь и цинк , возможно, отсутствовали в некоторых земных районах с дефицитом минералов. Морские организмы сохранили и иногда увеличили свои селенопротеомы, тогда как селенопротеомы некоторых наземных организмов были уменьшены или полностью утрачены. Эти данные свидетельствуют о том, что, за исключением позвоночных , водная жизнь поддерживает использование селена, тогда как наземные среды обитания приводят к снижению использования этого микроэлемента. Морские рыбы и щитовидные железы позвоночных имеют самую высокую концентрацию селена и йода. Примерно 500 миллионов лет назад пресноводные и наземные растения постепенно оптимизировали производство «новых» эндогенных антиоксидантов, таких как аскорбиновая кислота (витамин С), полифенолы (включая флавоноиды), токоферолы и т. Д. Некоторые из них появились совсем недавно, в последние 50–200 млн. лет в плодах и цветках покрытосеменных растений. Фактически, покрытосеменные (сегодня доминирующий тип растений) и большинство их антиоксидантных пигментов эволюционировали в конце юрского периода.
Изоферменты дейодиназы составляют еще одно семейство эукариотических селенопротеинов с идентифицированной функцией фермента. Дейодиназы способны извлекать электроны из йодидов и йодидов из йодтиронинов. Таким образом, они участвуют в регуляции тироидных гормонов, участвуя в защите тироцитов от повреждения H 2 O 2, продуцируемого для биосинтеза тироидных гормонов. Около 200 миллионов лет назад новые селенопротеины были разработаны как ферменты GSH-Px млекопитающих.
Источники питания селена
Диетический селен поступает из мяса, орехов, злаков и грибов. Бразильские орехи - самый богатый диетический источник (хотя это зависит от почвы, поскольку бразильский орех не требует высоких уровней этого элемента для собственных нужд).
Рекомендуемая в США суточная доза селена для подростков и взрослых составляет 55 мкг / день. Селен в качестве пищевой добавки доступен во многих формах, включая мультивитамины / минеральные добавки, которые обычно содержат 55 или 70 мкг на порцию. Добавки, специфичные для селена, обычно содержат 100 или 200 мкг на порцию.
В июне 2015 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) опубликовало окончательное правило, устанавливающее минимальные и максимальные уровни селена в детских смесях .
Считается, что содержание селена в организме человека находится в диапазоне 13–20 мг.
Индикаторный вид растений
Некоторые виды растений считаются индикаторами высокого содержания селена в почве, потому что для их роста им требуется высокий уровень селена. Основными растениями-индикаторами селена являются виды астрагал (включая некоторые локоны ), княжеский шлейф ( Stanleya sp.), Древесные астры ( Xylorhiza sp.) И желтокорень ложный ( Oonopsis sp.)
Обнаружение в биологических жидкостях
Селен может быть измерен в крови, плазме, сыворотке или моче для мониторинга чрезмерного воздействия на окружающую среду или на рабочем месте, для подтверждения диагноза отравления у госпитализированных жертв или расследования предполагаемого случая смертельной передозировки. Некоторые аналитические методы позволяют отличить органические от неорганических форм элемента. Как органические, так и неорганические формы селена в значительной степени превращаются в моносахаридные конъюгаты (селеносахариды) в организме до выведения с мочой. Больные раком, получающие ежедневные пероральные дозы селенотионина, могут достичь очень высоких концентраций селена в плазме и моче.
Токсичность
Хотя селен является важным микроэлементом , он токсичен, если принимать его в избытке. Превышение допустимого верхнего уровня потребления 400 мкг в день может привести к селенозу. Этот допустимый верхний уровень потребления 400 мкг основан главным образом на исследовании 1986 года пяти китайских пациентов, у которых были явные признаки селеноза, и последующем исследовании на тех же пяти людях в 1992 году. Исследование 1992 года фактически показало, что максимальное безопасное потребление селена с пищей составляет приблизительно 800 микрограммов в день (15 микрограммов на килограмм массы тела), но предлагается 400 микрограммов в день, чтобы избежать дисбаланса питательных веществ в рационе и соответствовать данным из других стран. В Китае люди, употреблявшие кукурузу, выращенную на каменном угле, чрезвычайно богатом селеном (углеродистые сланцы ), страдали от токсичности селена. Было показано, что в этом угле содержание селена достигает 9,1%, что является самой высокой концентрацией в угле, когда-либо зарегистрированной.
Признаки и симптомы селеноза включают запах чеснока изо рта, желудочно-кишечные расстройства, выпадение волос, шелушение ногтей, усталость, раздражительность и неврологические нарушения. В крайних случаях селеноз может проявляться цирроз печени, отек легких или смерть. Элементарный селен и большинство селенидов металлов имеют относительно низкую токсичность из-за низкой биодоступности . Напротив, селенаты и селениты обладают окислительным механизмом действия, аналогичным действию триоксида мышьяка, и очень токсичны. Хроническая токсическая доза селенита для человека составляет от 2400 до 3000 мкг селена в день. Селенид водорода - чрезвычайно токсичный коррозионный газ. Селен также содержится в органических соединениях, таких как диметилселенид, селенометионин , селеноцистеин и метилселеноцистеин , все из которых обладают высокой биодоступностью и токсичны в больших дозах.
19 апреля 2009 г. 21 пони для игры в поло погибла незадолго до матча Открытого чемпионата США по поло. Три дня спустя аптека выпустила заявление, в котором объяснялось, что лошади получили неправильную дозу одного из ингредиентов, используемых в витаминно-минеральной добавке, которая была неправильно приготовлена аптекой . Анализ уровней неорганических соединений в крови в добавке показал, что концентрации селена были в 10-15 раз выше нормы в образцах крови и в 15-20 раз выше нормы в образцах печени. Позже было подтверждено, что селен является токсичным фактором.
Селеновое отравление водных систем может произойти всякий раз, когда новые сельскохозяйственные стоки проходят через обычно засушливые, неосвоенные земли. Этот процесс выщелачивает природные растворимые соединения селена (такие как селенаты) в воду, которые затем могут концентрироваться в новых «заболоченных местах» по мере испарения воды. Загрязнение водных путей селеном также происходит при выщелачивании селеном из золы дымовых углей, горнодобывающей промышленности и плавки металлов, переработки сырой нефти и захоронения отходов. Было обнаружено, что возникающие в результате высокие уровни селена в водных путях вызывают врожденные нарушения у яйцекладущих видов, включая болотных птиц и рыб. Повышенные уровни метилртути в рационе могут усилить вред от токсичности селена для яйцекладущих видов.
Для рыб и других диких животных селен необходим для жизни, но в больших дозах токсичен. Для лосося оптимальная концентрация селена составляет около 1 микрограмма селена на грамм всего тела. Значительно ниже этого уровня молодь лосося погибает от дефицита; намного выше, они умирают от токсического избытка.
Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) для селена на рабочем месте на уровне 0,2 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел Рекомендуемый экспозиции (REL) 0,2 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня. При уровне 1 мг / м 3 селен немедленно опасен для жизни и здоровья .
Дефицит
Дефицит селена может возникать у пациентов с серьезно нарушенной функцией кишечника , у тех, кто проходит полное парентеральное питание , и у пациентов пожилого возраста (старше 90 лет). Кроме того, риску подвержены люди, зависимые от продуктов питания, выращенных на почве с дефицитом селена. Хотя в почве Новой Зеландии низкий уровень селена, неблагоприятных последствий для здоровья у жителей не обнаружено.
Дефицит селена, определяемый низким (<60% от нормы) уровнем активности селенофермента в головном мозге и эндокринных тканях, возникает только тогда, когда низкий уровень селена связан с дополнительным стрессом, таким как высокое воздействие ртути или повышенный оксидантный стресс из-за дефицита витамина Е. .
Селен взаимодействует с другими питательными веществами, такими , как йод и витамин Е . Влияние дефицита селена на здоровье остается неопределенным, особенно в отношении болезни Кашина-Бека . Также селен взаимодействует с другими минералами, такими как цинк и медь . Высокие дозы добавки Se для беременных животных могут нарушить соотношение Zn: Cu и привести к снижению содержания Zn; в таких лечебных случаях следует контролировать уровень цинка. Для подтверждения этих взаимодействий необходимы дальнейшие исследования.
В регионах (например, в различных регионах Северной Америки), где низкие уровни селена в почве приводят к низким концентрациям в растениях, некоторые виды животных могут испытывать дефицит, если селен не дополняется диетой или инъекциями. Особенно восприимчивы жвачные животные . В целом, поглощение диетического селена у жвачных животных ниже, чем у других животных, и меньше из кормов, чем из зерна. Жвачные животные, пасущие определенные корма, например, некоторые сорта белого клевера, содержащие цианогенные гликозиды , могут иметь более высокие потребности в селене, предположительно потому, что цианид высвобождается из агликона за счет активности глюкозидазы в рубце, а глутатионпероксидаза дезактивируется цианидом, действующим на глутатионовый фрагмент . Новорожденным жвачным животным, подверженным риску заболевания белой мускулатуры, можно вводить селен и витамин Е в виде инъекций; некоторые миопатии ОМУ реагируют только на селен, некоторые - только на витамин Е, а некоторые - на то и другое.
Воздействие на здоровье
Накапливающиеся данные свидетельствуют о химиопрофилактической роли селена в риске и заболеваемости раком. На уровне питания, определяемом как количество, достаточное для насыщения селенопротеидов , селен действует как антиоксидант и играет возможную химиопрофилактическую роль против рака за счет поглощения ROS ; тем самым предотвращая повреждение ДНК и возникновение мутаций . Влияние статуса селена на рак изучалось в нескольких клинических испытаниях и эпидемиологических исследованиях на людях, что свидетельствует о положительном влиянии более высокого статуса селена на предотвращение рецидива рака легких и у пациентов с различными типами рака. Кроме того, исследование пищевой профилактики рака продемонстрировало, что дрожжи, обогащенные селеном, снижают частоту и смертность от рака толстой кишки , простаты и легких . Недавно проведенное на людях исследование с участием более 300 пациентов с раком легких показало, что уровень селена в сыворотке крови более 69 мкг / л в значительной степени связан с улучшением общей выживаемости .
Смотрите также
Примечания
использованная литература
внешние ссылки
- Селен в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
- Страница Национальных институтов здравоохранения о селене
- Анализ, заархивированный 26 февраля 2012 г., на Wayback Machine
- ATSDR - токсикологический профиль: селен
- CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
- Сайт элементов Питера ван дер Крога