Selen (Se), ein chemisches Element in der Sauerstoffgruppe (Gruppe 16 [VIa] des Periodensystems), das in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften eng mit den Elementen Schwefel und Tellur verbunden ist. Selen ist selten und macht ungefähr 90 Teile pro Milliarde der Erdkruste aus. Es wird gelegentlich unkombiniert gefunden, begleitet von nativem Schwefel, wird jedoch häufiger in Kombination mit Schwermetallen (Kupfer, Quecksilber, Blei oder Silber) in einigen Mineralien gefunden. Die hauptsächliche kommerzielle Quelle für Selen ist ein Nebenprodukt der Kupferraffination; Seine Hauptanwendungen liegen in der Herstellung elektronischer Geräte, in Pigmenten und bei der Herstellung von Glas. Selen ist ein Metalloid (ein Element, dessen Eigenschaften zwischen den Metallen und den Nichtmetallen liegen). Die graue metallische Form des Elements ist unter normalen Bedingungen am stabilsten; Diese Form hat die ungewöhnliche Eigenschaft, die elektrische Leitfähigkeit bei Lichteinwirkung stark zu erhöhen. Selenverbindungen sind für Tiere giftig; Pflanzen, die in selenhaltigen Böden wachsen, können das Element konzentrieren und giftig werden.
Sauerstoffgruppenelement: Natürliches Vorkommen und Verwendung
Das Element Selen (Symbol Se) ist viel seltener als Sauerstoff oder Schwefel und umfasst ungefähr 90 Teile pro Milliarde der Kruste des
.Elementeigenschaften
| Ordnungszahl | 34 |
|---|---|
| atomares Gewicht | 78,96 |
| Massen stabiler Isotope | 74, 76, 77, 78, 80, 82 |
| Schmelzpunkt | |
| amorph | 50 ° C (122 ° F) |
| grau | 217 ° C (423 ° F) |
| Siedepunkt | 685 ° C (1.265 ° F) |
| Dichte | |
| amorph | 4,28 g / cm 3 |
| grau | 4,79 g / cm 3 |
| Oxidationsstufen | −2, +4, +6 |
| Elektronenkonfiguration | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 |
Geschichte
1817 stellte der schwedische Chemiker Jöns Jacob Berzelius eine rote Substanz fest, die aus Sulfiderzen aus Minen in Falun, Schweden, stammt. Als dieses rote Material im folgenden Jahr untersucht wurde, erwies es sich als Element und wurde nach dem Mond oder der Mondgöttin Selene benannt. Berzelius entdeckte nur wenige Tage vor seinem Bericht an die wissenschaftlichen Gesellschaften der Welt über Selen ein Erz mit ungewöhnlich hohem Selengehalt. Sein Sinn für Humor zeigt sich in dem Namen, den er dem Erz Eucairit gab, was „just in time“ bedeutet.
Vorkommen und Verwendung
Der Selenanteil in der Erdkruste beträgt etwa 10 - 5 bis 10 - 6 Prozent. Es wurde hauptsächlich aus den Anodenschlämmen (Ablagerungen und Restmaterialien der Anode) bei der elektrolytischen Raffination von Kupfer und Nickel gewonnen. Andere Quellen sind die Rauchstäube bei der Kupfer- und Bleiproduktion und die bei Röstpyriten gebildeten Gase. Selen begleitet Kupfer bei der Raffination dieses Metalls: Etwa 40 Prozent des im ursprünglichen Erz vorhandenen Selens können sich in Kupfer konzentrieren, das bei elektrolytischen Prozessen abgeschieden wird. Aus einer Tonne geschmolzenen Kupfers können etwa 1,5 kg Selen gewonnen werden.
Wenn Selen in kleinen Mengen in Glas eingearbeitet wird, dient es als Entfärber. in größeren Mengen verleiht es dem Glas eine klare rote Farbe, die bei Signalleuchten nützlich ist. Das Element wird auch zur Herstellung von roten Emails für Keramik und Stahlwaren sowie zur Vulkanisation von Gummi verwendet, um die Abriebfestigkeit zu erhöhen.
Die Bemühungen zur Selenveredelung sind in Deutschland, Japan, Belgien und Russland am größten.
Allotropie
Die Allotropie von Selen ist nicht so umfangreich wie die von Schwefel, und die Allotrope wurden nicht so gründlich untersucht. Nur zwei kristalline Selensorten bestehen aus cyclischen Se 8 -Molekülen: α und β genannt, beide existieren als rote monokline Kristalle. Ein graues Allotrop mit metallischen Eigenschaften wird gebildet, indem eine der anderen Formen bei 200–220 ° C gehalten wird, und ist unter normalen Bedingungen am stabilsten.
Eine amorphe (nicht kristalline), rote, pulverförmige Form von Selen entsteht, wenn eine Lösung von Selensäure oder eines ihrer Salze mit Schwefeldioxid behandelt wird. Wenn die Lösungen sehr verdünnt sind, ergeben extrem feine Partikel dieser Sorte eine transparente rote kolloidale Suspension. Klares rotes Glas resultiert aus einem ähnlichen Prozess, der auftritt, wenn geschmolzenes Glas, das Selenite enthält, mit Kohlenstoff behandelt wird. Eine glasartige, fast schwarze Selensorte wird durch schnelles Abkühlen anderer Modifikationen von Temperaturen über 200 ° C gebildet. Die Umwandlung dieser Glasform in die roten, kristallinen Allotrope erfolgt beim Erhitzen auf über 90 ° C oder beim Kontakt mit organischen Lösungsmitteln wie Chloroform, Ethanol oder Benzol.
Vorbereitung
Reines Selen wird aus den bei der Herstellung von Schwefelsäure gebildeten Schleimen und Schlämmen erhalten. Das unreine rote Selen wird in Gegenwart eines Oxidationsmittels wie Kaliumnitrat oder bestimmter Manganverbindungen in Schwefelsäure gelöst. Sowohl Selensäure H 2 SeO 3 als auch Selensäure H 2 SeO 4 werden gebildet und können aus unlöslichem Restmaterial ausgelaugt werden. Andere Verfahren verwenden Oxidation durch Luft (Rösten) und Erhitzen mit Natriumcarbonat, um lösliches Natriumselenit, Na 2 SeO 3 · 5H 2 O, und Natriumselenat, Na 2 SeO 4, zu ergeben. Chlor kann auch verwendet werden: seine Wirkung auf Metallselenide erzeugt flüchtige Verbindungen, einschließlich Selendichlorid, SeCl 2; Selentetrachlorid, SeCl 4; Diseleniumdichlorid, Se 2 Cl 2; und Selenoxychlorid, SeOCl 2. In einem Verfahren werden diese Selenverbindungen durch Wasser in Selensäure umgewandelt. Das Selen wird schließlich durch Behandeln der Selensäure mit Schwefeldioxid gewonnen.
Selen ist ein häufiger Bestandteil von Erzen, die aufgrund ihres Silber- oder Kupfergehalts bewertet werden. es konzentriert sich in den Schleimen, die sich während der elektrolytischen Reinigung der Metalle ablagern. Es wurden Methoden entwickelt, um Selen von diesen Schleimen zu trennen, die auch etwas Silber und Kupfer enthalten. Beim Schmelzen des Schleims entstehen Silberselenid, Ag 2 Se, und Kupfer (I) -selenid, Cu 2 Se. Die Behandlung dieser Selenide mit Hypochlorsäure, HOCl, ergibt lösliche Selenite und Selenate, die mit Schwefeldioxid reduziert werden können. Die endgültige Reinigung von Selen erfolgt durch wiederholte Destillation.
Physikalisch-elektrische Eigenschaften
Die herausragendste physikalische Eigenschaft von kristallinem Selen ist seine Photoleitfähigkeit: Bei Beleuchtung steigt die elektrische Leitfähigkeit um mehr als das 1000-fache. Dieses Phänomen resultiert aus der Förderung oder Anregung relativ locker gehaltener Elektronen durch Licht in Zustände höherer Energie (als Leitungsniveaus bezeichnet), die eine Elektronenmigration und damit eine elektrische Leitfähigkeit ermöglichen. Im Gegensatz dazu befinden sich die Elektronen typischer Metalle bereits in Leitungsniveaus oder Bändern, die unter dem Einfluss einer elektromotorischen Kraft fließen können.
Der spezifische elektrische Widerstand von Selen variiert über einen enormen Bereich, abhängig von Variablen wie der Art des Allotrops, Verunreinigungen, der Raffinationsmethode, der Temperatur und dem Druck. Die meisten Metalle sind in Selen unlöslich und nichtmetallische Verunreinigungen erhöhen den spezifischen Widerstand.
Die Beleuchtung von kristallinem Selen für 0,001 Sekunden erhöht seine Leitfähigkeit um den Faktor 10 bis 15. Rotes Licht ist effektiver als Licht mit kürzerer Wellenlänge.
Diese photoelektrischen und lichtempfindlichen Eigenschaften von Selen werden beim Aufbau einer Vielzahl von Vorrichtungen ausgenutzt, die Schwankungen der Lichtintensität in elektrischen Strom umwandeln und von dort visuelle, magnetische oder mechanische Effekte hervorrufen können. Alarmvorrichtungen, mechanische Öffnungs- und Schließvorrichtungen, Sicherheitssysteme, Fernseher, Tonfilme und Xerographie hängen von den Halbleitereigenschaften und der Lichtempfindlichkeit von Selen ab. Die Gleichrichtung von elektrischem Wechselstrom (Umwandlung in Gleichstrom) wird seit Jahren durch selengesteuerte Geräte erreicht. Viele Fotozellenanwendungen unter Verwendung von Selen wurden durch andere Vorrichtungen ersetzt, bei denen Materialien verwendet wurden, die empfindlicher, leichter verfügbar und leichter herzustellen sind als Selen.
