Селен - описание, свойства металла и характеристики

Селен является тем особым химическим элементом, который оказывает влияние не только на повседневную жизнь людей, но и на их здоровье.

Простое вещество, неметалл принято обозначать, как Se. Для понимания особенностей важно изучить такие моменты, как свойства, характеристики и сферы применения.

• История элемента
• Интересные факты
• Нахождение в природе и получение
• Особенности селена
• Опасность селена
• Физические свойства
• Химические свойства
• Сферы применения
• Полезные свойства селена

История элемента

Открыт этот элемент был в начале XIX века – в 1817 году. Работу провел химик из Швеции Й. Я. Берцелиус. Он исследовал разнообразные способы получения серной кислоты. В ходе экспериментов он увидел, что образуется осадок красно-коричневого цвета. Первоначально считалось, что в нем имеется теллур. На его наличие указывал специфический запах редьки. После детального изучения удалось установить, что этот элемент отсутствовал в осадке. Так химик понял, что работает с новым веществом. Он решил дать ему название селен – «луна». Работы проводились вместе с Я. Г. Ганом.

В 1873 году работы были продолжены уже Уиллоуби Смитом. Он доказал, что электрическое сопротивление элемента зависит от показателей освещенности. Затем были разработаны первые продукты в виде ячеек на основе селена, которые использовали в фотофоне, созданном А. Г. Беллом. С помощью химического элемента можно было изменять электропроводимость световых лучей, которые отражались от зеркала под влиянием звука. Полезное свойство селена позволило использовать его в разных измерителях освещённости.

Когда начали происходить массовые отравления работников на селеновых заводах и животных, поедавших траву около этих предприятий, люди поняли, что химический элемент токсичен. В середине прошлого века учёные раскрыли биологическое значение вещества для живых организмов.

Интересные факты

Селен содержится исключительно в земной коре. В воде его очень мало. Известно, что 37 минералов содержат в своем составе этот компонент. Среди них такие:

• Ашавалит
• Гуанахуатит
• Клаусталит
• Платинит
• Тиманнит
• Хастит

Незначительная часть может находиться в самородных кристаллах. Основные месторождения селена на земле связаны с месторождениями серы и сульфидов. Также элемент содержится в растениях, почве. Присутствует он и в организме животных и человека. Получить селен можно из отходов медно-электролитических производств. Еще используются компоненты, остающиеся после производства серной кислоты.

Нахождение в природе и получение

500 мг/т селена содержится в земной коре. Его минералы можно найти чаще. Основная добыча ведется из сульфидов. В этих соединениях объем элемента варьируется в пределах 7−100 г/т. В морской воде концентрация составляет 0,4 мкг/л. Основным источником выступают шламы свинцовых камер и пыль, образующаяся в результате обжига сульфидов. Сырье обрабатывается концентрированной серной кислотой с нитратом натрия. В результате реакции образуется селенистая кислота. Также появляется селеновая кислота.

Затем селенистую кислоту необходимо обработать сернистым газом. В результате получается элементарный селен. Дополнительно присутствует серная кислота. На следующем этапе осуществляется очистка осадка. Для этого его  сжигают в кислороде насыщенном парами азотной кислоты. В результате получается чистый диоксид селена. В его раствор  вводится соляная кислота. После этого полученный состав пропускается через сернистый газ. В результате реакции селен осаждается. Далее его переплавляют, фильтруют через стеклоткань или активированный уголь. В завершении очистки элемента проводится дистилляция в вакууме.

Особенности селена

Селен относится к неметаллам. Входит в группу халькогенов. Также элемент имеет несколько различных модификаций:

• Кристаллический селен серого цвета.
•  Красный кристаллический селен— красно-оранжевого цвета, темно-красного и красного.
• Аморфный селен. Он бывает только красного цвета.
• Стекловидный селен. Он будет черного цвета.

Интересно то, что одна форма может переходить в другую. Так пары́ любого селена при резком охлаждении с 220 градусов конденсируются. В результате происходит преобразование в черный стекловидный селен.

Также нужно отметить, что по химическим свойствам селен будет похож на серу. Отличия в том, что он менее активен. Соединения же, содержащие рассматриваемый компонент, наоборот, демонстрируют повышенную активность. Особенности:

• Способен к горению только при сильном предварительном нагреве. Сера же загорается в нормальных условиях.
• Со щелочными металлами вступает в реакцию только в расплавленном состоянии.
• Селеновая кислота (H2SeO4) является более сильной, чем серная (H2SO4).
• Реагент не окисляется на воздухе.
• Не вступает в обычных условиях в реакции с кислородом.
• Не реагирует водой.
• Нет взаимодействия с соляной и разбавленной серной кислотами.
• Растворяется в концентрированной азотной кислоте.
• Растворяется в концентрированной и серной кислоте, а также в Царской водке.
• В щелочной среде происходит очень медленное окисление.
• Образует селениды в реакции с металлами.
• Реагирует с галогенами.

Важно запомнить, что селен и различные его соединения – сильно ядовитые вещества. Опыты и реакции с ними проводятся исключительно в вытяжном шкафу. Помещение должно иметь качественную систему вентиляции. Человек обязан использовать средства защиты – специальную одежду, респиратор и очки.

Опасность селена 

Подробнее следует рассмотреть, что будет с человеком при проглатывании или вдыхании паров селена или его соединений. Подобный контакт вызывает острое отравление. Симптоматика будет следующей:

• Тошнота
• Рвота
• Отек (иногда разрыв легких)
• Лихорадка
• Нарушение работы печени
• Повреждение функций почек
• Сбои в работе сердца
• Боли в животе
• Диарея
• Онемение

Может произойти сердечный приступ. На кожном покрове могут возникнуть ожоги или аллергическая реакция. Проявляется она в виде дерматита при контакте с солями селена. Соединения могут сильно раздражать слизистые оболочки. Появляется покраснение. После попадания в глаза возникает режущая боль, слезотечение и конъюнктивит.

Хроническое отравление вызывает такие симптомы, как:

• Усталость
• Слабость
• Раздражительность
• Головные боли

Также может появиться облысение. Разрушаются зубы. Фиксируются кожные заболевания. Возникают болезни глаз и органов дыхания. 

Физические свойства

Селен относится к группе халькогенов. Вещество хрупкое и непрозрачное. Цвет черный. В неустойчивой форме появляется оттенок киноварь. Селен обладает выраженным металлическим блеском. Основные характеристики селена в гексагональной модификации:

• Твердость по шкале Мооса — 2
• Плотность — 4,8 г/см3
• Температура плавления — 217 градусов
• Температура кипения — 685−688 градусов
• Цвет черты — красный
• Обладает гибкостью
• Диамагнетик
• Высокий оптический рельеф
• Анизотропия
• Цвет в воздухе — белый

В иммерсии оттенок становится темнее. Он может быть серовато-коричневым. Элемент приобретает красную окраску только на просвет.

Химические свойства

Селен имеет 2 неспаренных электрона. В результате степень окисления будет +2. Одновременно с этим у вещества присутствуют вакантные орбитали. Располагаются они на четвертом уровне 4d-подуровня. Селен может находиться в возбужденном состоянии. В этом случае степень окисления меняется на +4.  Важно понимать, что в соединениях со степенью окисления -2 селен является  сильным восстановителем. Если же показатель будет +6, то будет являться уже окислителем.  

Окисление неметалла происходит при нагревании. Вещество горит на воздухе. При этом будет появляться пламя синего цвета. Со щелочными металлами вступает в бурную реакцию. Во взаимодействии с кислородом появляются оксиды. Диоксид селена (SeO2) - кристаллическое вещество. Растворяется в воде. Является устойчивым соединением.

Сферы применения

Селен, его сплавы и соединения используются в качестве полупроводников. Их применяют для выпрямителей переменного тока. Современные технологии применяют, что будут выбираться для этой цели селениды висмута, олова, свинца или же сурьмы. Также элемент применяется и в других областях:

• В процессе создания фототехники.
• Как источник излучения для дефектоскопии - радиоактивный изотоп селен-75.
• Как наполнитель в резиновой промышленности.
• В металлургии - для придания полученным сплавам мелкозернистой структуры.

• В стекольной промышленности. Селен используется для обесцвечивания или окрашивания прозрачного материала. Можно придать им в красные или розовые оттенки. Применяется металлическая форма элемента или сернистокислый натрий.

• В процессе производства керамических изделий. Можно получить красноватые оттенки.
• При окрашивании эмали.
• В медицинской промышленности.

Направления использования селена разнообразны. Нужно учитывать, что этот элемент относится к группе жизненно необходимых компонентов для живых организмов. В организме человека его содержится 10−14 мг. Основная часть накапливается в печени, почках, селезенке. Вещество взаимодействует с различными витаминами и ферментами.

Полезные свойства селена 

Компонент оказывает на организм человека положительное влияние:

• Восстанавливает работу нервной системы.
• Положительно влияет на работу эндокринной системы.
• Усиливает иммунитет.
• Улучшает состояние сосудов.
• Является антиоксидантом.
• Снижает возможность развития злокачественных опухолей.
• Улучшает работу половых желез.
• Стимулирует репродуктивную функцию.
• Нормализует обменные процессы.
• Защищает от токсического действия кадмия, ртути, свинца, серебра и таллия.

Также селен  уменьшает боли, появляющиеся при воспалительных процессах.