Selēns (Se), skābekļa grupas ķīmiskais elements (periodiskās tabulas 16. grupa [VIa]), kas ķīmiskās un fizikālās īpašībās ir cieši saistīti ar sēra un telūra elementiem. Selēns ir reti sastopams, sastāda apmēram 90 daļas uz miljardu Zemes garozas. Reizēm tas ir sastopams nesaistīts, pievienojot dabisko sēru, bet dažās minerālvielās tas biežāk atrodams kombinācijā ar smagajiem metāliem (varš, dzīvsudrabs, svins vai sudrabs). Galvenais selēna komerciālais avots ir vara rafinēšanas blakusprodukts; tā galvenie lietojumi ir elektronisko iekārtu ražošanā, pigmentu ražošanā un stikla ražošanā. Selēns ir metalloīds (starpposma elements starp metāliem un metāliem). Elementa pelēkā, metāliskā forma ir visstabilākā parastos apstākļos; šai formai ir neparasta īpašība - ievērojami palielināt elektrisko vadītspēju, ja tā tiek pakļauta gaismai. Selēna savienojumi ir toksiski dzīvniekiem; augi, kas audzēti selenifērās augsnēs, var koncentrēt elementu un kļūt indīgi.
skābekļa grupas elements: sastopamība dabā un lietojums
Elements selēns (simbols Se) ir daudz retāk nekā skābeklis vai sērs, un tas satur apmēram 90 daļas uz miljardu
.Elementa īpašības
| atomu skaitlis | 34 |
|---|---|
| atomsvars | 78.96 |
| stabilu izotopu masas | 74., 76., 77., 78., 80., 82. lpp |
| kušanas punkts | |
| amorfs | 50 ° C (122 ° F) |
| pelēks | 217 ° C (423 ° F) |
| vārīšanās punkts | 685 ° C (1 265 ° F) |
| blīvums | |
| amorfs | 4,28 grami / cm 3 |
| pelēks | 4,79 grami / cm 3 |
| oksidācijas stāvokļi | −2, +4, +6 |
| elektronu konfigurācija | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 |
Vēsture
1817. gadā zviedru ķīmiķis Jēns Jēkabs Bērzeliuss atzīmēja sarkano vielu, kas rodas sulfīda rūdu rezultātā no Zviedrijas Faluņ raktuvēm. Kad nākamajā gadā tika izpētīts šis sarkanais materiāls, tas izrādījās elements un tika nosaukts pēc Mēness vai Mēness dievietes Selēnas. Rūdu ar neparasti augstu selēna saturu Berzeliuss atklāja tikai dažas dienas pirms tam, kad viņš pasaules zinātniskajām sabiedrībām sniedza ziņojumu par selēnu. Viņa humora izjūta ir acīmredzama nosaukumā, ko viņš deva rūdai, eikairītam, kas nozīmē “tieši laikā”.
Rašanās un lietojums
Selēna īpatsvars Zemes garozā ir aptuveni 10–5 līdz 10–6 procenti. To galvenokārt iegūst no anoda sārmiem (nogulsnēm un anoda paliekām) vara un niķeļa elektrolītiskā attīrīšanā. Citi avoti ir dūmu putekļi vara un svina ražošanā un gāzes, kas veidojas pirītu apdedzināšanā. Selēns pavada varu, rafinējot šo metālu: apmēram 40 procenti oriģinālajā rūdas esošā selēna var koncentrēties varā, kas uzkrājas elektrolītiskos procesos. No tonnas kausēta vara var iegūt apmēram 1,5 kilogramus selēna.
Nelielos daudzumos iestrādāts stiklā selēns kalpo kā atkrāsotājs; lielākos daudzumos tas stiklam piešķir dzidru sarkanu krāsu, kas ir noderīga signālugunīs. Elements tiek izmantots arī sarkanu emalju izgatavošanā keramikai un tērauda izstrādājumiem, kā arī gumijas vulkanizēšanai, lai palielinātu nodilumizturību.
Selēna uzlabošanas centieni ir vislielākie Vācijā, Japānā, Beļģijā un Krievijā.
Allotropija
Selēna allotropija nav tik plaša kā sēra, un allotropi nav tik rūpīgi izpētīti. Tikai divas selēna kristāliskās šķirnes sastāv no cikliskām Se 8 molekulām: apzīmētas ar α un β, un tās abas pastāv kā sarkanie monokliniskie kristāli. Pelēks alotrops, kam ir metāla īpašības, veidojas, turot jebkuru no pārējām formām 200–220 ° C temperatūrā, un tas ir visstabilākais parastos apstākļos.
Amēnas (nekristāliskas), sarkanas, pulverveida selēna formas rezultāts ir, kad selenskābes vai kāda tās sāļa šķīdumu apstrādā ar sēra dioksīdu. Ja šķīdumi ir ļoti atšķaidīti, no šīs šķirnes īpaši smalkām daļiņām iegūst caurspīdīgu sarkano koloidālo suspensiju. Caurspīdīgs sarkans stikls rodas līdzīgā procesā, kas notiek, kad izkausētu stiklu, kas satur selenītus, apstrādā ar oglekli. Stiklveida, gandrīz melna selēna šķirne veidojas, ātri atdzesējot citas modifikācijas no temperatūras virs 200 ° C. Šīs stiklveida formas pārvēršana sarkanajos, kristāliskajos alotrobos notiek, sildot virs 90 ° C vai uzturot saskarē ar organiskiem šķīdinātājiem, piemēram, hloroformu, etanolu vai benzolu.
Sagatavošana
Tīru selēnu iegūst no sārmiem un dūņām, kas veidojas sērskābes ražošanā. Neattīrītu sarkano selēnu izšķīdina sērskābē oksidētāja, piemēram, kālija nitrāta vai noteiktu mangāna savienojumu klātbūtnē. Gan selenious acid, H 2 SEO 3, un selenic skābe, H 2 SEO 4, tiek veidotas un var izskaloties no atlikušā nešķīstošās materiāla. Citās metodēs izmanto oksidēšanu gaisā (apdedzināšanu) un karsēšanu ar nātrija karbonātu, lai iegūtu šķīstošu nātrija selenītu, Na 2 SeO 3 · 5H 2 O un nātrija selenātu, Na 2 SeO 4. Hlors var tikt izmantota arī: tā prasība pēc metāla selenides ražo gaistošus savienojumus, ieskaitot selēna dihlorīda, SeCl 2; selēns tetrahlorogleklis, SeCl 4; dislenija dihlorīds, Se 2 Cl 2; un selēna oksihlorīds, SeOCl 2. Vienā procesā šos selēna savienojumus ūdens pārvērš selenskābēs. Visbeidzot, selēns tiek reģenerēts, apstrādājot selenskābi ar sēra dioksīdu.
Selēns ir rūdu izplatīta sastāvdaļa, kuru vērtē pēc sudraba vai vara satura; tas koncentrējas sārņos, kas nogulsnējas metālu elektrolītiskās attīrīšanas laikā. Ir izstrādātas metodes selēna atdalīšanai no šiem sārmiem, kas satur arī nedaudz sudraba un vara. Izkausējot sārņus, veidojas sudraba selenīds, Ag 2 Se un vara (I) selenīds, Cu 2 Se. Šo selenīdu apstrāde ar hipohlorskābi (HOCl) dod šķīstošus selenītus un selenātus, kurus var reducēt ar sēra dioksīdu. Selēna galīgo attīrīšanu veic ar atkārtotu destilāciju.
Fizikāli elektriskās īpašības
Kristāliskā selēna visizcilākais fiziskais īpašums ir tā fotovadītspēja: apgaismojot, elektriskā vadītspēja palielinās vairāk nekā 1000 reizes. Šī parādība rodas no nosacīti brīvi turētu elektronu veicināšanas vai ierosmes ar gaismu līdz augstākas enerģijas stāvokļiem (sauktiem par vadītspējas līmeņiem), kas ļauj elektronu migrāciju un tādējādi elektrisko vadītspēju. Turpretī tipisko metālu elektroni jau ir vadītspējas līmeņos vai joslās, kas spēj plūst elektromotora spēka ietekmē.
Selēna elektriskā pretestība mainās milzīgā diapazonā atkarībā no mainīgajiem lielumiem, piemēram, alotropa veida, piemaisījumiem, attīrīšanas metodes, temperatūras un spiediena. Lielākā daļa metālu nešķīst selēnā, un nemetāliskie piemaisījumi palielina pretestību.
Kristāliskā selēna apgaismojums 0,001 sekundes palielina tā vadītspēju no 10 līdz 15 reizēm. Sarkanā gaisma ir efektīvāka nekā īsāka viļņa garuma gaisma.
Šīs selēna fotoelektriskās un fotojutīgās īpašības tiek izmantotas, ražojot dažādas ierīces, kas gaismas intensitātes izmaiņas var pārveidot elektriskā strāvā un no turienes radīt vizuālus, magnētiskus vai mehāniskus efektus. Signalizācijas ierīces, mehāniskās atvēršanas un aizvēršanas ierīces, drošības sistēmas, televīzija, skaņas filmas un kserogrāfija ir atkarīgas no selēna pusvadīšanas īpašībām un gaismas jutības. Maiņstrāvas elektriskās strāvas izlīdzināšana (pārvēršana līdzstrāvā) gadiem ilgi ir veikta ar selēna vadāmām ierīcēm. Daudzas fotoelementu lietojumprogrammas, kurās izmanto selēnu, ir aizstātas ar citām ierīcēm, kurās izmantoti jutīgāki, vieglāk pieejami un vieglāk ražojami materiāli nekā selēns.
