Кръстен на Луната (Селена). Проводимостта му се променя със светлината — основата на ранните копирни машини и слънчеви клетки.
Селен (Se) — химичен елемент №34
Има елементи, кръстени на планети и митологични богове, но селен носи името на Луната — Selene на старогръцки. Това не е случайно: открит като „сестра" на телура, той дълго е оставал в сянката на по-известните си съседи в периодичната таблица. Но именно тази сянка се е оказала неговата стихия — защото проводимостта на селена се мени драматично в зависимост от светлината, и точно тази странност е променила историята на копирната машина, фотографията и слънчевата енергетика.
| Свойство | Стойност |
|---|---|
| Атомен номер | 34 |
| Атомна маса | 78.971 u |
| Категория | Реактивен неметал |
| Период / Група | 4 / 16 (халкогени) |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴ |
| Електроотрицателност (Полинг) | 2.55 |
| Плътност | 4.809 g/cm³ |
| Точка на топене | 494 K (221 °C) |
| Точка на кипене | 958 K (685 °C) |
| Откривател | Йонс Якоб Берцелиус |
| Година на откриване | 1817 г. |
История на откриването
В началото на XIX век шведският химик Йонс Якоб Берцелиус управлява заедно с колегата си Йохан Готлиб Ган сярнокиселинен завод в Грипсхолм. През 1817 г. те забелязват странна кафяво-червена утайка, която се утаява на дъното на камерите за производство на сярна киселина. Първоначално Берцелиус решава, че е открил телур — елемент, идентифициран няколко десетилетия по-рано. Но след по-внимателен анализ той установява, че веществото се държи по твърде различен начин. Горейки, то отделя миризма, напомняща на хрян, а не на характерния чеснов аромат на телура. Пред него е нещо непознато.
Берцелиус решава да кръсти новия елемент selenium — по името на Селена, гръцката богиня на Луната. Изборът е изящен: телурът носи името на Земята (Tellus), а новооткритият му „партньор" заслужава небесно тяло. Двата елемента са геохимични близнаци — срещат се заедно в природата, имат сходни химични свойства и почти неразличима кристална структура. Берцелиус публикува откритието си на следващата година и то бързо е прието от химическата общност — отчасти защото репутацията му по онова време вече е неоспорима.
В продължение на следващите десетилетия селен химичен елемент остава предимно лабораторна рядкост. Истинският му потенциал се разкрива едва през 1873 г., когато английският инженер Уилоуби Смит установява, че електрическото съпротивление на селена спада рязко при осветяване. Това откритие поставя основите на фотоелектричеството и отваря вратата към технологии, за чието съществуване никой тогава не подозира.
Физични свойства
Селен се среща в няколко алотропни форми — и тъкмо тук се крие едно от най-интригуващите му качества. Аморфният селен е червеникавокафяв прах или стъкловидна маса без кристална наредба; той е крехък, лесно се троши и провежда електричество слабо. Монокристалният, тъй нареченият сив или метален селен, е съвсем различно вещество — блестящ, синкавосив, с метален отблясък и значително по-висока електропроводимост. Тъкмо тази форма е технологично ценната.
Сивият селен кристализира в спирални вериги от атоми, опаковани в шестоъгълна структура. Плътността му е 4.809 g/cm³ — по-тежък е от алуминия, но значително по-лек от железните метали. Топи се при 221 °C и кипи при 685 °C, което го прави сравнително лесен за обработка при умерени температури. Характерна особеност е фотопроводимостта: при облъчване с видима светлина проводимостта на сивия селен нараства с порядъци. Тъмно — изолатор. Светло — полупроводник. Тази двойственост е всичко.
Химични свойства
Като член на 16-та група — халкогените — селен химичен елемент е химически роднина на кислорода, сярата, телура и полония. Електронната му конфигурация [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴ означава, че в 4p-орбиталата му има два несдвоени електрона, готови да участват в ковалентни връзки. Електроотрицателността от 2.55 по скалата на Полинг го поставя между сярата (2.58) и арсена (2.18) — достатъчно електроотрицателен, за да приема електрони, но не толкова, колкото кислорода или флуора.
Селенът проявява окислителни степени −2, +2, +4 и +6. В съединенията с метали доминира степен −2, при която образува селениди — например натриев селенид (Na₂Se) или цинков селенид (ZnSe). При реакция с кислород се получава серен двуокис (SeO₂) при степен +4, а в силно окислителна среда — серен триокис (SeO₃) при степен +6. Селенистата киселина (H₂SeO₃) и селеновата киселина (H₂SeO₄) са съответните им хидратирани форми — последната е изключително силна киселина, сравнима по агресивност с концентрирана сярна киселина.
С органичните молекули селенът образува органоселенови съединения — клас, който е намерил приложение в органичния синтез като редокс-реагент и катализатор. Диметилселенид, например, е летливо органично съединение с остра миризма, отговорно за характерната воня при разграждането на биомаса, богата на селен. Реактивността на селена нараства с температурата: в разтопено състояние той взаимодейства директно с халогени, сяра, повечето метали и много неметали.
Къде го срещаме
В земната кора селен химичен елемент е рядкост — средното му съдържание е около 0.05 mg/kg, сравнимо с това на среброто. Той не образува самостоятелни минерали в промишлено значими количества; вместо това се крие в сулфидните руди на медта, оловото и цинка. Основният му промишлен източник е анодната утайка от електролитното рафиниране на мед — там селенът се концентрира и след това се извлича.
Но откъде го срещаме в живота? Едно от най-известните исторически приложения е ксерографията — технологията зад лазерните принтери и копирните машини. В ранните xerox апарати барабанът е покрит именно с аморфен селен. При осветяване от лазерен лъч или оптична система зарядът върху барабана се разпределя избирателно — там, където е имало светлина, проводимостта е скочила и зарядът е изтекъл. Така се формира невидимото електростатично „изображение", върху което после се залепва тонера. Днес барабаните използват органични фотопроводници, но именно Se елемент е проправил пътя.
В стъкларската промишленост селенът служи за обезцветяване на стъклото (неутрализира зеления оттенък от железни примеси) и за производство на рубиненочервено стъкло. В металургията микродобавките на селен подобряват механичните свойства на стоманата. Цинковият селенид (ZnSe) е ключов материал в инфрачервената оптика — от него се правят лещи и прозорци за термовизионни камери и лазери. А соларните клетки на база CIGS (мед-индий-галий-селенид) са сред ефективните тънкослойни фотоволтаични технологии.
Интересно е да се проследи как Se елемент се движи през хранителната верига. Почвите в различните региони на света съдържат силно различаващи се количества селен — от почти нищо (части от Китай и Финландия) до токсични концентрации (части от Вайоминг, САЩ). Растенията го поглъщат от почвата, животните — от растенията. Тъй като не се добавя изкуствено в повечето почви, съдържанието му в зърнените храни и зеленчуците варира драматично в зависимост от географията.
Биологична роля
Селен е есенциален микроелемент за хората и повечето бозайници — но с изключително тясна граница между необходимото и токсичното количество. Препоръчителният дневен прием за възрастен човек е около 55 микрограма; при прием над 400 микрограма дневно започват симптомите на селеноза: чупливи нокти, косопад, неврологични смущения и характерна чеснова миризма на дъха.
В организма селенът влиза в структурата на специфична аминокиселина — селеноцистеин, смятана за „21-вата аминокиселина". Тя е активният център на важни ензими, наречени селенопротеини. Сред тях са глутатион пероксидазите — ключов елемент на антиоксидантната защита на клетките, неутрализиращ вредните пероксиди. Тиоредоксин редуктазите участват в регулацията на редокс-баланса и репарацията на ДНК. Йодотиронин дейодиназите, от своя страна, са абсолютно необходими за активирането на тиреоидните хормони — без селен щитовидната жлеза буквално не може да произвежда активен Т3 хормон.
Дефицитът на селен е свързан с болестта на Кешан — тежко заболяване на сърдечния мускул, открито при деца и млади жени в Китай, живеещи в зони с изключително бедни на селен почви. Програмата за добавяне на Se към храните в засегнатите региони елиминира болестта практически изцяло. Изследванията върху ролята на селена в имунитета и онкологичната профилактика продължават активно — засега резултатите са обещаващи, но не категорични.
Любопитни факти
- Лунното кръщение не е съвпадение. Берцелиус не е избрал луната произволно — той е искал да подчертае геохимичната близост между селена и телура (Земята), назовавайки ги като две небесни тела в близка орбита. Двойната метафора е рядко срещана в историята на химията. Всички елементи от периодичната таблица имат история на именуване, но малко от тях са толкова поетични.
- Миризмата издава отравянето. При излагане на токсични дози селенови съединения тял
Тест за елементаКолко знаеш за Селен?
5 въпроса — по 20 точки всеки. Максимален резултат: 100.
📬 Безплатно свалянеПостер на периодичната таблица + 5 работни листаФормат A3 за принт • Работни листа за 7–12 клас
Изпращаме на имейла ти веднага.
Мнения