Σελήνιο (Se), ένα χημικό στοιχείο στην ομάδα οξυγόνου (Ομάδα 16 [VIa] του περιοδικού πίνακα), που συνδέεται στενά με τις χημικές και φυσικές ιδιότητες με τα στοιχεία θείου και τελλουρίου. Το σελήνιο είναι σπάνιο, αποτελώντας περίπου 90 μέρη ανά δισεκατομμύριο του φλοιού της Γης. Βρίσκεται περιστασιακά χωρίς περιορισμούς, που συνοδεύει το φυσικό θείο, αλλά πιο συχνά βρίσκεται σε συνδυασμό με βαρέα μέταλλα (χαλκός, υδράργυρος, μόλυβδος ή ασήμι) σε λίγα μέταλλα. Η κύρια εμπορική πηγή σεληνίου είναι ως υποπροϊόν της διύλισης χαλκού. Οι κύριες χρήσεις του είναι στην κατασκευή ηλεκτρονικού εξοπλισμού, σε χρωστικές ουσίες και στην κατασκευή γυαλιού. Το σελήνιο είναι ένα μεταλλοειδές (ένα στοιχείο ενδιάμεσο στις ιδιότητες μεταξύ των μετάλλων και των μη μετάλλων). Η γκρι, μεταλλική μορφή του στοιχείου είναι η πιο σταθερή υπό κανονικές συνθήκες. Αυτή η μορφή έχει την ασυνήθιστη ιδιότητα της πολύ αυξανόμενης ηλεκτρικής αγωγιμότητας όταν εκτίθεται στο φως. Οι ενώσεις σεληνίου είναι τοξικές για τα ζώα. Τα φυτά που αναπτύσσονται σε χωράφια μπορεί να συμπυκνώσουν το στοιχείο και να γίνουν δηλητηριώδη.
Στοιχείο ομάδας οξυγόνου: Φυσική εμφάνιση και χρήσεις
Το στοιχείο σελήνιο (σύμβολο Se) είναι πολύ πιο σπάνιο από το οξυγόνο ή το θείο, που περιλαμβάνει περίπου 90 μέρη ανά δισεκατομμύριο του φλοιού του
.Ιδιότητες στοιχείου
| ατομικός αριθμός | 34 |
|---|---|
| ατομικό βάρος | 78.96 |
| μάζες σταθερών ισοτόπων | 74, 76, 77, 78, 80, 82 |
| σημείο τήξης | |
| άμορφος | 50 ° C (122 ° F) |
| γκρί | 217 ° C (423 ° F) |
| σημείο βρασμού | 685 ° C (1.265 ° F) |
| πυκνότητα | |
| άμορφος | 4,28 γραμμάρια / εκ. 3 |
| γκρί | 4,79 γραμμάρια / εκ. 3 |
| καταστάσεις οξείδωσης | −2, +4, +6 |
| διαμόρφωση ηλεκτρονίων | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 |
Ιστορία
Το 1817 ο Σουηδός χημικός Jöns Jacob Berzelius σημείωσε μια κόκκινη ουσία που προέρχεται από μεταλλεύματα σουλφιδίου από τα ορυχεία του Φάλουν της Σουηδίας. Όταν αυτό το κόκκινο υλικό ερευνήθηκε τον επόμενο χρόνο, αποδείχθηκε ότι ήταν ένα στοιχείο και πήρε το όνομά του από τη Σελήνη ή τη θεά της Σελήνης Selene. Ένα μετάλλευμα ασυνήθιστα υψηλού περιεχομένου σεληνίου ανακαλύφθηκε από τον Μπερζέλιους λίγες μόνο ημέρες προτού υποβάλει την έκθεσή του στις επιστημονικές κοινωνίες του κόσμου για το σελήνιο. Η αίσθηση του χιούμορ του είναι εμφανής στο όνομα που έδωσε το μετάλλευμα, ευκαρυρίτης, που σημαίνει "ακριβώς στο χρόνο."
Εμφάνιση και χρήσεις
Το ποσοστό σεληνίου στον φλοιό της Γης είναι περίπου 10 −5 έως 10 −6 τοις εκατό. Ελήφθη κυρίως από τα άλατα ανόδου (εναποθέσεις και υπολείμματα υλικών από την άνοδο) σε ηλεκτρολυτική διύλιση χαλκού και νικελίου. Άλλες πηγές είναι οι καυσαέρια σε παραγωγή χαλκού και μολύβδου και τα αέρια που σχηματίζονται σε ψήσιμο πυριτών. Το σελήνιο συνοδεύει τον χαλκό στη διύλιση αυτού του μετάλλου: περίπου το 40 τοις εκατό του σεληνίου που υπάρχει στο αρχικό μετάλλευμα μπορεί να συγκεντρωθεί σε χαλκό που εναποτίθεται σε ηλεκτρολυτικές διεργασίες. Περίπου 1,5 κιλά σεληνίου μπορούν να ληφθούν από έναν τόνο λιωμένου χαλκού.
Όταν ενσωματώνεται σε μικρές ποσότητες σε γυαλί, το σελήνιο χρησιμεύει ως αποχρωματιστής. σε μεγαλύτερες ποσότητες προσδίδει στο γυαλί ένα καθαρό κόκκινο χρώμα που είναι χρήσιμο στα φώτα σήματος. Το στοιχείο χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή κόκκινων σμάλτων για κεραμικά και ατσάλινα είδη, καθώς και για τον βουλκανισμό του καουτσούκ για την αύξηση της αντοχής στην τριβή.
Οι προσπάθειες βελτίωσης του σεληνίου είναι μεγαλύτερες στη Γερμανία, την Ιαπωνία, το Βέλγιο και τη Ρωσία.
Αλλοτροπία
Η αλλοτροπία του σεληνίου δεν είναι τόσο εκτεταμένη όσο εκείνη του θείου, και τα αλλοτρόπα δεν έχουν μελετηθεί τόσο καλά. Μόνο δύο κρυσταλλικές ποικιλίες σεληνίου αποτελούνται από κυκλικά μόρια Se 8: χαρακτηρισμένα α και β, και τα δύο υπάρχουν ως κόκκινοι μονοκλινικοί κρύσταλλοι. Ένα γκρίζο αλλότροπο που έχει μεταλλικές ιδιότητες σχηματίζεται διατηρώντας οποιαδήποτε από τις άλλες μορφές στους 200-220 ° C και είναι το πιο σταθερό υπό κανονικές συνθήκες.
Μια άμορφη (μη κρυσταλλική), κόκκινη, σκόνη μορφή σεληνίου προκύπτει όταν ένα διάλυμα από σελήνιο οξύ ή ένα από τα άλατά του υποβάλλεται σε επεξεργασία με διοξείδιο του θείου. Εάν τα διαλύματα είναι πολύ αραιά, εξαιρετικά λεπτά σωματίδια αυτής της ποικιλίας δίνουν ένα διαφανές κόκκινο κολλοειδές εναιώρημα. Το διαυγές κόκκινο γυαλί προκύπτει από μια παρόμοια διαδικασία που συμβαίνει όταν το λιωμένο γυαλί που περιέχει σεληνίτες επεξεργάζεται με άνθρακα. Μια υαλώδης, σχεδόν μαύρη ποικιλία σεληνίου σχηματίζεται με ταχεία ψύξη άλλων τροποποιήσεων από θερμοκρασίες άνω των 200 ° C. Η μετατροπή αυτής της υαλώδους μορφής σε ερυθρές, κρυσταλλικές αλλοτρόπες λαμβάνει χώρα όταν θερμαίνεται πάνω από 90 ° C ή όταν διατηρείται σε επαφή με οργανικούς διαλύτες, όπως χλωροφόρμιο, αιθανόλη ή βενζόλιο.
Παρασκευή
Το καθαρό σελήνιο λαμβάνεται από τα λάσπη και τις λάσπες που σχηματίζονται για την παραγωγή θειικού οξέος. Το ακάθαρτο κόκκινο σελήνιο διαλύεται σε θειικό οξύ παρουσία ενός οξειδωτικού παράγοντα, όπως νιτρικό κάλιο ή ορισμένες ενώσεις μαγγανίου. Τόσο σεληνιώδες οξύ, H 2 SEO 3, και SELENIC οξύ, H 2 SEO 4, σχηματίζονται και μπορούν να εκπλυθούν από το απομένον αδιάλυτο υλικό. Άλλες μέθοδοι χρησιμοποιούν οξείδωση από τον αέρα (ψήσιμο) και θέρμανση με ανθρακικό νάτριο για να δώσει διαλυτό σεληνικό νάτριο, Na 2 SEO 3 · 5Η 2 O, και σεληνικό νάτριο, Na 2 SEO 4. Το χλώριο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν: τη δράση της κατά μέταλλο σεληνίδια παράγει πτητικές ενώσεις συμπεριλαμβανομένων διχλωρίδιο σεληνίου, SeCl 2 ? τετραχλωριούχο σελήνιο, SeCl 4 ? diselenium διχλωρίδιο, Se 2 Cl 2 ? και οξυχλωριούχο σελήνιο, SeOCl 2. Σε μία διαδικασία, αυτές οι ενώσεις σεληνίου μετατρέπονται με νερό σε σεληνιακό οξύ. Το σελήνιο ανακτάται τελικά με επεξεργασία του επιλεκτικού οξέος με διοξείδιο του θείου.
Το σελήνιο είναι ένα κοινό συστατικό των μεταλλευμάτων που εκτιμώνται για την περιεκτικότητά τους σε ασήμι ή χαλκό. συγκεντρώνεται στα λάσπη που εναποτίθενται κατά τον ηλεκτρολυτικό καθαρισμό των μετάλλων. Έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι για το διαχωρισμό του σεληνίου από αυτά τα slimes, τα οποία περιέχουν επίσης λίγο ασήμι και χαλκό. Η τήξη της λάσπης σχηματίζει σελήνιο αργύρου, Ag 2 Se και σεληνίδη χαλκού (I), Cu 2 Se. Η επεξεργασία αυτών των σεληνιδίων με υποχλωριούχο οξύ, HOCl, δίνει διαλυτούς σεληνίτες και σεληνικά άλατα, τα οποία μπορούν να αναχθούν με διοξείδιο του θείου. Ο τελικός καθαρισμός του σεληνίου επιτυγχάνεται με επαναλαμβανόμενη απόσταξη.
Φυσικές-ηλεκτρικές ιδιότητες
Η πιο σημαντική φυσική ιδιότητα του κρυσταλλικού σεληνίου είναι η φωτοαγωγιμότητα του: κατά τον φωτισμό, η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυξάνεται περισσότερο από 1.000 φορές. Αυτό το φαινόμενο προκύπτει από την προαγωγή ή διέγερση σχετικά χαλαρά συγκρατημένων ηλεκτρονίων από το φως σε υψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις (που ονομάζονται επίπεδα αγωγιμότητας), επιτρέποντας τη μετανάστευση ηλεκτρονίων και, επομένως, την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε αντίθεση, τα ηλεκτρόνια των τυπικών μετάλλων βρίσκονται ήδη σε επίπεδα αγωγιμότητας ή ζώνες, ικανά να ρέουν υπό την επίδραση μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης.
Η ηλεκτρική αντίσταση του σεληνίου ποικίλλει σε ένα τεράστιο εύρος, ανάλογα με τέτοιες μεταβλητές όπως η φύση του αλλοτροπίου, οι ακαθαρσίες, η μέθοδος καθαρισμού, η θερμοκρασία και η πίεση. Τα περισσότερα μέταλλα είναι αδιάλυτα στο σελήνιο και οι μη μεταλλικές ακαθαρσίες αυξάνουν την αντίσταση.
Ο φωτισμός του κρυσταλλικού σεληνίου για 0,001 δευτερόλεπτα αυξάνει την αγωγιμότητά του κατά 10 έως 15 φορές. Το κόκκινο φως είναι πιο αποτελεσματικό από το φως με μικρότερο μήκος κύματος.
Πλεονέκτημα αυτών των ιδιοτήτων φωτοηλεκτρικής και φωτοευαισθησίας του σεληνίου στην κατασκευή μιας ποικιλίας συσκευών που μπορούν να μεταφράσουν μεταβολές στην ένταση του φωτός σε ηλεκτρικό ρεύμα και από εκεί σε οπτικά, μαγνητικά ή μηχανικά εφέ. Οι συσκευές συναγερμού, οι μηχανικές συσκευές ανοίγματος και κλεισίματος, τα συστήματα ασφαλείας, η τηλεόραση, οι ταινίες ήχου και η ξερογραφία εξαρτώνται από την ημιαγωγική ιδιότητα και τη φωτοευαισθησία του σεληνίου. Η διόρθωση του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος (μετατροπή σε συνεχές ρεύμα) έχει επιτευχθεί εδώ και χρόνια από συσκευές που ελέγχονται από σελήνιο. Πολλές εφαρμογές φωτοκυττάρων που χρησιμοποιούν σελήνιο έχουν αντικατασταθεί από άλλες συσκευές που χρησιμοποιούν υλικά πιο ευαίσθητα, πιο εύκολα διαθέσιμα και πιο εύκολα κατασκευασμένα από το σελήνιο.
