Historique du sélénium, propriétés, structure, obtention, utilisations

Il sélénium Il s'agit d'un produit chimique non métallique qui appartient au groupe 16 du tableau périodique et représenté par le symbole est. Cet élément possède des propriétés intermédiaires entre le soufre et la télélurio, qui sont membres du même groupe.

Le sélénium a été découvert en 1817 par Jöhs J. Berzelius et John G. Gahn, qui a vaporisé la pyrite a observé un résidu rouge (image inférieure). Au début, ils l'ont confondu avec la Télurio, mais ont ensuite réalisé qu'ils faisaient face à un nouvel élément.

Une bouteille avec du sélénium rouge amorphe, le alotropique le plus connu pour cet élément. Source: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Berzelius a appelé le nouvel élément de sélénium, basé sur le nom de "Selene" qui signifie "déesse de la lune". Le sélénium est une trace essentielle pour les plantes et les animaux, bien qu'en fortes concentrations, c'est un élément toxique.

Le sélénium a trois principales formes allotropes: rouge, noir et gris. Ce dernier a la propriété de modifier sa conductance électrique en fonction de l'intensité de la lumière qui le rayonne (photoconducteur), il a donc eu de nombreuses applications.

Le sélénium est largement distribué dans la croûte terrestre, mais les minéraux qui le contiennent ne sont pas abondants, il n'y a donc pas d'exploitation minière de sélénium.

Il est principalement obtenu comme produit secondaire du processus de raffinage par électrolyse en cuivre. Le sélénium s'accumule dans la boue qui est à l'anode des cellules d'électrolyse.

Les êtres humains ont environ 25 séléenoprotéines, dont certaines remplissent une action antioxydante et contrôlent la génération de radicaux libres. Il existe également des acides aminés de sélénium, tels que sélénommentine et sélénocystéine.

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Histoire

Première observation

L'alchimiste Arnold de Villanova peut avoir observé le sélénium en 1230. Cela a été formé en médecine dans la Sorbonne de Paris, et était même le docteur du pape Clemente V.

Villanova dans son livre Rosarium philosophorum Décrire un soufre rouge ou un "reboule de soufre" qui était resté dans un four après avoir vaporisé le soufre. Ce soufre rouge aurait pu être un alotrope du sélénium.

Découverte

En 1817, Jöhs Jakob Berzelius et John Gottlieb Gahn ont découvert le sélénium dans une plante chimique pour la production d'acide sulfurique, près de Gripsholm, en Suède. La matière première pour l'élaboration de l'acide était la pyrite, qui extrait d'une mine Falun.

Berzelius a été frappé par l'existence d'un résidu rouge qui est resté dans le récipient de plomb après que le soufre ait brûlé.

De plus, Berzelius et Gahn ont observé que le résidu rouge avait une forte odeur de radis épicé, similaire à celle présentée par la Télurio. Raison pour laquelle, il a écrit à son ami Marect qu'ils pensaient que le dépôt observé était un composé de télélurio.

Cependant, Blelius a continué à analyser le matériau déposé en incinérant la pyrite et a reconsidéré que la télélurio n'avait pas été trouvée dans le Falun. A conclu en février 1818 qu'il avait découvert un nouvel élément.

Origine de votre nom

Berzelius a souligné que le nouvel élément était une combinaison de soufre et de télurio, et que la similitude de la télélurio avec le nouvel élément lui avait donné l'occasion de nommer la nouvelle substance de sélénium.

Berzelius a expliqué que "Tellus" signifie déesse de la terre. Martin Klaport en 1799 a placé ce nom à Telurio et a écrit: «Aucun élément n'est appelé seulement de cette façon. Il devait être fait!".

En raison de la similitude de la télélurio avec la nouvelle substance, Berzelius l'a appelé avec le mot sélénium, dérivé du mot grec "selene" qui signifie "déesse de la lune".

Développement de vos applications

En 1873, Willoughby Smith a découvert que la conductivité électrique présentée par le sélénium dépendait de la lumière qui la rayonnait. Cette propriété a permis au sélénium d'avoir de nombreuses applications.

Alexander Graham Bell en 1979 a utilisé le sélénium dans son fotophone. Le sélénium produit un courant électrique proportionnel à l'intensité de la lumière qui l'illumine, en utilisant dans des compteurs légers, des mécanismes de sécurité pour l'ouverture et la fermeture des portes, etc.

L'utilisation de redresseurs de sélénium en électronique a commencé à partir des années 1930, avec de nombreuses applications commerciales. Dans les années 1970, il a été supplanté dans les redresseurs pour le silicium.

En 1957, il a été découvert que le sélénium était un élément essentiel pour la vie des mammifères, car il était présent dans les enzymes qui protègent contre l'oxygène réactif et les radicaux libres. De plus, l'existence d'acides aminés tels que la sélénométionine a été découverte.

Proprietes physiques et chimiques

Apparence

Il y a plusieurs alotropes pour le sélénium, leur apparence physique varie. Il est généralement présenté comme un solide rougeâtre sous forme de poussière.

Poids atomique standard

78 971 U

Numéro atomique (z)

3. 4

Point de fusion

221 ºC

Point d'ébullition

685 ºC

Densité

La densité de sélénium varie en fonction de l'alotrope ou du polymorphe. Certaines de ses densités déterminées à température ambiante sont:

Gris: 4 819 g / cm³

Alfa: 4,39 g / cm³

Vitreux: 4,28 g / cm³

État liquide (point de fusion): 3,99 g / cm³

Chaleur de fusion

Gris: 6,69 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

95,48 kJ / mol

Capacité calorique molaire

25 363 J / (mol · k)

Nombres d'oxydation

Le sélénium peut être lié dans ses composés manifestant les nombres suivants ou les états d'oxydation: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Parmi eux, les plus importants sont -2 (^2-), +4 (je sais⁴⁺) et +6 (je sais⁶⁺).

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Par exemple, en référencement₂ Le sélénium a un numéro d'oxydation +4; c'est-à-dire que l'existence du cation est supposée⁴⁺ (IL⁴⁺SOIT₂^2-). Similaire au référencement₃ Le sélénium a +6 numéro d'oxydation (i⁶⁺SOIT₃^2-).

Dans l'hydrogène séléniuro, h₂SE, le sélénium a un nombre d'oxydation de -2; c'est-à-dire encore une fois l'existence de l'ion ou de l'anion^2- (H₂⁺IL^2-). En effet, le sélénium est plus électronégatif que l'hydrogène.

Électronégativité

2,55 sur l'échelle Pauling.

Énergie d'ionisation

-Premièrement: 941 kJ / mol.

-Deuxième: 2.045 kJ / mol.

-Troisième: 2.973,7 kJ / mol.

Ordre magnétique

Diamagnétique.

Dureté

2.0 sur l'échelle Mohs.

Isotopes

Il existe cinq isotopes naturels et stables de sélénium, qui sont illustrés ci-dessous avec leurs abondances respectives:

-⁷⁴SE (0,86%)

-⁷⁶SE (9,23%)

-⁷⁷SE (7,6%)

-⁷⁸SE (23,69%)

-⁸⁰SE (49,8%)

Allotropie

Bouteille noire recouverte d'un film mince de gris sélénium. Source: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le sélénium préparé dans les réactions chimiques est une poudre amorphe rouge brique, qui lorsque la forme noire vitrée est fondée, similaire aux comptes Rosario (image supérieure). Le sélénium noir est un solide fragile et brillant.

De plus, le sélénium noir est légèrement soluble dans le sulfure de carbone. Lorsque cette solution est chauffée à 180 ºC, le sélénium gris précipite, son alotrope le plus stable et le plus dense.

Le sélénium gris résiste à l'oxydation et est inerte à l'action des acides non oxydants. La principale propriété de ce sélénium est sa photoconductivité. Être illuminé augmente sa conductivité électrique d'un facteur 10 à 15 fois.

Réactivité

Le sélénium dans ses composés existe dans les états d'oxydation -2, +4 et +6. Manifeste une tendance claire à former des acides dans des états d'oxydation plus élevés. Les composés qui ont le sélénium avec l'état d'oxydation -2 sont appelés séléniuros (^2-).

Réaction d'hydrogène

Le sélénium réagit avec l'hydrogène pour former l'hydrogène séléniuro (h₂Se), un gaz incolore, inflammable et malodorant.

Réaction d'oxygène

Le sélénium brûle en émettant une flamme bleue et en formant du dioxyde de sélénium:

IL₈ (s) + 8 o₂ => 8 SEO₂ (S)

L'oxyde de sélénium est un polymère, blanc et solide. Son hydratation produit de l'acide séléreux (h₂Référencement₃). Le sélénium forme également le trioxyde de sélénium (SEO₃), Analogue au soufre (donc₃).

Réaction avec les halogènes

Le sélénium réagit avec le fluorure pour former le sélénium hexafluoruro:

IL₈ (s) +24 f₂ (g) => 8 SEF₆ (L)

Le sélénium réagit avec le chlore et le brome pour former respectivement le dichlorure et le dysilénium:

IL₈ (S) +4 CL₂  => 4 SE₂CL₂

IL₈ (S) +4 BR₂  => 4 SE₂BR₂

Le sélénium peut également former SEF₄ et secl₄.

D'un autre côté, le sélénium forme des composés dans lesquels un atome de sélénium rejoint un halogène et un autre d'oxygène. Un exemple important est l'oxychlorure de sélénium (SEO₂CL₂), Avec du sélénium en oxydation +6, un solvant extrêmement puissant.

Réaction avec les métaux

Le sélénium réagit avec les métaux pour former l'aluminium, le cadmium et le sodium séléniuros. Le produit chimique ci-dessous correspond à la formation du séléniuro en aluminium:

3 SE₈  +  16 al => 8 à₂IL₃

Sélénitas

Le sélénium forme des sels appelés sélénitas; Par exemple: Silver Selenite (AG₂Référencement₃) et la sélénite de sodium (Na₂Référencement₃). Ce nom a été utilisé, dans un contexte littéraire, pour se référer aux habitants de la lune: les sélénitas.

Acides

L'acide de sélénium le plus important est l'acide scelle (h₂Référencement₄). Il est aussi fort que l'acide sulfurique et est plus facilement réduit.

Structure et configuration électroniques

- Le sélénium et ses liens

Le sélénium possède six électrons de Valence, c'est pourquoi il est situé dans le groupe 16, comme l'oxygène et le soufre. Ces six électrons se trouvent dans les orbitales 4S et 4P, selon leur configuration électronique:

[Ar] 3d^dix 4s² 4p⁴

Par conséquent, comme le soufre, forment deux liaisons covalentes pour compléter son octet de Valence; Bien qu'il ait la disponibilité de ses orbitales 4D pour relier plus de deux atomes. Ainsi, trois atomes de sélénium s'approchent et forment deux liaisons covalentes: se-se-se.

Le sélénium avec sa plus grande masse atomique a une tendance naturelle à former des structures régies par des liaisons covalentes; au lieu d'être disposés sous forme de molécules diatomiques₂, Se = se, analogue à o₂, O = O.

- Bagues ou chaînes

Parmi les structures moléculaires adoptées par les atomes de sélénium, deux peuvent être mentionnés en termes généraux: anneaux ou chaînes. Notez que dans le cas hypothétique du SE₃, Les atomes sont toujours nécessaires par les extrémités; Par conséquent, ils doivent être liés à d'autres atomes, successivement, jusqu'à ce que la chaîne puisse être fermée dans un anneau.

Les anneaux les plus courants sont ceux de huit membres ou atomes de sélénium:₈ (Une couronne de sélénite). Pourquoi huit? Parce que plus l'anneau est petit, plus la tension souffrira; C'est-à-dire que les angles de leurs liens s'écartent des valeurs naturelles fixées par leurs hybridations SP³ (similaire à celle des cycloalcanos).

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Il y a huit atomes, la séparation entre les SE-atomes suffit pour que leurs liens soient "détendus" et non "pliés"; Bien que l'angle de ses liens soit de 105,7 et non 109.5. D'un autre côté, il peut y avoir des anneaux plus petits: je₆ et se₇.

Sélénium Analneres Unités représentées avec un modèle de sphères et de barres. Source: Benjah-Bmm27 [domaine public].

Dans l'image supérieure, les unités analléres sont affichées₈. Notez la ressemblance qu'ils ont avec les couronnes de soufre; Seulement ils sont plus grands et lourds.

En plus des anneaux, les atomes de sélénium peuvent également être disposés en chaînes hélicoïdales (pensez aux escaliers d'escargot):

Chaînes hélicoïdales en sélénium. Source: MaterialScientist chez English Wikipedia [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

À ses extrémités, il peut y avoir des liens à double terminal (-se = se), ou les anneaux sont₈.

- Alotropes

Compte tenu du fait qu'il peut y avoir des anneaux ou des chaînes hélicoïdales de sélénium, et que leurs dimensions peuvent également varier en fonction du nombre d'atomes qu'ils contiennent, alors il est évident qu'il y a plus d'un alotrope pour cet élément; Ce sont des solides de sélénium pur mais avec différentes structures moléculaires.

Sélénium rouge

Parmi les alotropes les plus importants de sélénium, nous avons du rouge, qui peut être présenté comme une poussière amorphe, ou comme des cristaux monocliniques et polymorphes (voir l'image des anneaux sont₈).

Dans le sélénium rouge amorphe, les structures sont désordonnées, sans schémas apparents; Dans l'objectif, les anneaux établissent une structure monoclinique. Le sélénium rouge cristallin est polymorphe, ayant trois phases: α, β et γ, qui diffèrent dans leurs densités.

Sélénium noir

La structure du sélénium noir se compose également d'anneaux; Mais pas huit membres, mais bien d'autres, il y a jusqu'à des anneaux de mille atomes (₁₀₀₀). On dit ensuite que sa structure est complexe et se compose de bagues polymères; certains grands ou petits que d'autres.

Lorsqu'il y a des anneaux polymères de différentes tailles, il est difficile d'attendre un ordre structurel pour établir; Le sélénium noir est donc également amorphe, mais contrairement à la poussière rougeâtre mentionnée ci-dessus, il a des contextures vitreuses, bien qu'elle soit fragile.

Sélénium gris

Et enfin, des alotropes les plus simples du sélénium est gris, qui se démarque au-dessus des autres en étant le plus stable dans des conditions normales, et aussi en apparence métallique.

Leurs cristaux peuvent être hexagonaux ou trigonaux, établis par les forces de dispersion de Londres entre leurs chaînes hélicoïdales polymères (image supérieure). L'angle de ses liaisons est de 130,1 º, ce qui indique une déviation positive des environnements tétraédriques (avec des angles de 109,5 °).

C'est pourquoi les chaînes hélicoïdales du sélénium donnent l'impression d'être "ouverte". À titre d'écubration, dans cette structure, les atomes sont confrontés, donc en théorie, il doit y avoir un plus grand chevauchement de leurs orbitales pour créer des bandes de conduite.

La chaleur avec l'augmentation des vibrations moléculaires nuit à ces bandes lorsque les chaînes sont désordonnées; Alors que l'énergie d'un photon affecte directement les électrons, les excitant et la promotion de leurs transactions. De cette vision, il est "facile" d'imaginer la photoconductivité pour Selenium Gray.

Où est et la production

Bien qu'il soit largement distribué, le sélénium est un élément rare. Il est à l'état indigène associé au soufre et aux minéraux tels que l'Eucairita (Cuagse), la clousttalita (PBSE), la naumanite (Ag Ag₂Se), et Crookesite [(cutiag)₂IL].

Le sélénium se trouve comme une impureté qui remplace le soufre dans une petite partie des minéraux sulfureux métalliques; comme le cuivre, le plomb, l'argent, etc.

Il y a des sols dans lesquels le sélénium existe sous la forme soluble de sélénate. Ceux-ci sont transportés par les eaux des pluies aux rivières et à partir de là, vers l'océan.

Certaines plantes sont capables d'absorber et de concentrer le sélénium. Par exemple, une tasse de noix au Brésil contient 544 µg de sélénium, une quantité équivalente à 777% de la quantité de sélénium recommandé quotidiennement.

Chez les êtres vivants, le sélénium se trouve dans certains acides aminés, tels que: sélénométionine, sélénocystéine et méthylsélénocystéine. La sélénocystéine et la sélénite sont réduites à l'hydrogène séléniuro.

Électrolyse en cuivre

Il n'y a pas d'exploitation minière de sélénium. La plupart est obtenu comme produit secondaire du processus de raffinage par l'électrolyse en cuivre, étant dans le limon qui s'accumule dans l'anode.

La première étape se compose d'une production de dioxyde de sélénium. Pour cela, l'anodique mince avec du carbonate de sodium est traité pour produire son oxydation. Ensuite, l'oxyde de sélénium est ajouté de l'eau et il est acidifié pour former l'acide sélénique.

Enfin, il s'agit de l'acide séléreux avec du dioxyde de soufre pour produire sa réduction et obtenir le sélénium élémentaire.

Dans une autre méthode dans le mélange de limon et de boue formé dans la production d'acide sulfurique, un sélénium rouge impur est obtenu qui se dissout dans l'acide sulfurique.

L'acide sélénaire et l'acide sellénique sont ensuite formés. Cet acide sélénieux reçoit le même traitement que la méthode précédente.

Le chlore peut également être utilisé, qui agit sur des séléniuros métalliques pour produire des composés chlorés de sélénium volatile; comme: je sais₂CL₂, Secl₄, Secl₂ et seocl₂.

Peut vous servir: niveau chimique

Ces composés, dans un processus effectué dans l'eau, deviennent de l'acide séléreux, qui est traité avec du dioxyde de soufre pour libérer du sélénium.

Papier biologique

Carence

Le sélénium est une trace essentielle pour les plantes et les animaux, dont la carence chez l'homme a provoqué de graves troubles tels que la maladie de Keshan; Une maladie caractérisée par des dommages myocardiques.

De plus, la carence en sélénium est associée à l'infertilité masculine et peut jouer un rôle dans la maladie de Kashin-Beck, un type d'arthrose. De même, une carence en sélénium a été observée dans la polyarthrite rhumatoïde.

Cofacteur enzymatique

Le sélénium est une composante des enzymes à action antioxydante, telles que la glutea peroxydase et la tioresodoxine réductase qui agissent dans l'élimination des substances avec de l'oxygène réactif.

De plus, le sélénium est un cofacteur des hormones thyroïdiennes desiodinases. Ces enzymes sont importantes pour réguler le fonctionnement des hormones thyroïdiennes.

L'utilisation du sélénium a été indiquée dans le traitement de la maladie de Hasimoto, une maladie auto-immune avec la formation d'anticorps contre les cellules thyroïdiennes.

Le sélénium a également été utilisé pour réduire les effets toxiques du mercure, car certaines de ses actions sont exercées sur les enzymes antioxydantes dépendantes du sélénium.

Protéines et acides aminés

L'homme a environ 25 séléenoprotéines qui exercent une action antioxydante pour la protection contre le stress oxydatif, initiée par un excès d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et d'espèces d'azote réactives (NI).

La présence d'acides aminés sélénométhyhéocine et de sélénocystéine chez l'homme a été détecté. Sélénommentine est utilisé comme complément alimentaire dans le traitement des états de carence en sélénium.

Des risques

Une concentration élevée du corps du sélénium peut avoir de nombreux effets nocifs sur la santé, en commençant par des cheveux cassants et des ongles cassants, aux éruptions cutanées, à la chaleur, à l'œdème de la peau et à la douleur intense.

Lorsqu'ils traitent avec le sélénium en contact avec les yeux, les gens peuvent exprimer une ardeur, une irritation et une larme. Pendant ce temps, une exposition prolongée à une fumée à forte teneur en sélénium peut provoquer un œdème pulmonaire, une souffle à l'ail et une bronchite.

De plus, la personne peut ressentir une pneumonite, des nausées, des frissons, de la fièvre, des douleurs à la gorge, une diarrhée et une hépatomégalie.

Le sélénium peut interagir avec d'autres médicaments et compléments alimentaires, tels que les antiacides, les médicaments antinéoplasiques, les corticostéroïdes, la niacine et les pilules pour le contrôle des naissances.

Le sélénium a été associé à un risque accru de contracter un cancer de la peau. Dans une étude du National Cancer Institute, il a été souligné que les hommes à forte concentration corporelle de sélénium avaient deux fois plus probable de souffrir d'un cancer de la prostate agressif.

Une étude indique que l'apport quotidien de 200 µg de sélénium augmente de 50% la possibilité de développer un diabète de type II.

Applications

Produits de beauté

Le sulfure de sélénium est utilisé dans le traitement de la séborrhée, ainsi que des graisses ou des pellicules.

Médecins

Il est utilisé comme médecine alternative dans le traitement de la maladie de Hasimoto, une maladie thyroïdienne auto-immune.

Le sélénium réduit la toxicité du mercure, dont l'une de ses activités toxiques est exercée sur les enzymes désoxydantes, qui utilisent le sélénium comme cofacteur.

Électrolyse du manganèse

L'utilisation de l'oxyde de sélénium dans l'électrolyse du manganèse réduit considérablement les coûts de la technique, car la consommation électrique diminue.

Pigment

Le sélénium est utilisé comme pigment dans les peintures, les plastiques, la céramique et le verre. Selon le sélénium utilisé, la couleur du verre varie d'un rouge foncé à une orange clair.

Photoconducteur

En raison de la propriété du sélénium gris de la modification de sa conductivité électrique en fonction de l'intensité de la lumière qui le rayonne, le sélénium a été utilisé dans les photocopiers, les photociples, les photomètres et les cellules solaires.

L'utilisation du sélénium dans les photocopiers a été l'une des principales applications de sélénium; Mais l'apparition de photoconducteurs organiques a diminué son utilisation.

Cristaux

Le sélénium est utilisé pour la décoloration du verre, à la suite de la présence de fer qui produit une coloration verte ou jaune. De plus, il permet une coloration rouge du verre, selon l'utilisation que vous souhaitez lui donner.

Vulcanisation

Diredenio diéténium est utilisé comme agent vulcanisant des produits en caoutchouc.

Alliages

Le sélénium est utilisé en combinaison avec le bismuth en laiton, afin de remplacer le plomb; Élément très toxique qui a diminué son utilisation en raison des recommandations des agences de santé.

Le sélénium est ajouté à de faibles concentrations aux alliages en acier et en cuivre pour améliorer la facilité d'utilisation de ces métaux.

Redresseurs

Les redresseurs de sélénium ont commencé à être utilisés en 1933 jusqu'aux années 1970, date à laquelle ils ont été remplacés par le silicium par un faible coût et une qualité supérieure.

Les références

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