Селен (Se)
НеметаллТвёрдое тело
Стандартная относительная атомная масса
78,971 uЭлектронная конфигурация
[Ar] 4s2 3d10 4p4Температура плавления
220,5 °CТемпература кипения
684,85 °CПлотность
4809 kg/m³Степени окисления
−2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6Электроотрицательность (по Полингу)
2,55Энергия ионизации (1-я)
9,752368 eVГод открытия
1817Атомный радиус
115 pmПодробные сведения
Селен — это халькоген между серой и теллуром, химия которого часто имеет параллели с обоими. Он является микроэлементом, необходимым многим организмам, поскольку входит в состав селенопротеинов, однако граница между потребностью в питании и токсичностью узка. В промышленности селен ценится за полупроводниковые и фотопроводящие свойства, за красный цвет в стекле, а также за роль в металлургии и производстве специальных химических веществ.
Селен существует в нескольких аллотропных формах, хотя обычно признают три из них. Селен может быть получен либо в аморфной, либо в кристаллической структуре. Цвет аморфного селена либо красный (в порошкообразной форме), либо чёрный (в стекловидной форме). Кристаллический моноклинный селен — тёмно-красный; кристаллический гексагональный селен, наиболее стабильная разновидность, — металлически серый.
Селен проявляет как фотовольтаическое действие, при котором свет непосредственно преобразуется в электричество, так и фотопроводимость, при которой электрическое сопротивление уменьшается с увеличением освещённости. Эти свойства делают селен полезным при производстве фотоэлементов и экспонометров для фотографического использования, а также солнечных элементов. Селен также способен преобразовывать переменный ток в постоянный и широко используется в выпрямителях. Ниже точки плавления селен является p-типом полупроводника и имеет множество применений в электронике и твердотельных устройствах.
Говорят, что элементарный селен практически нетоксичен и считается необходимым микроэлементом; однако селеноводород и другие соединения селена чрезвычайно токсичны и по своим физиологическим реакциям напоминают мышьяк.
Название происходит от греческой Селены, которая была греческой богиней Луны, поскольку этот элемент химически связан с теллуром (Теллус была римской богиней Земли). Селен был открыт шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1817 году, когда он пытался выделить теллур из нечистого образца.
Селен был открыт Йёнсом Якобом Берцелиусом, шведским химиком, в 1817 году после анализа примеси, загрязнявшей серную кислоту (H2SO4), производившуюся на одном из заводов в Швеции. Сначала полагая, что это вещество является теллуром, Берцелиус в конце концов понял, что это на самом деле ранее неизвестный элемент. Селен встречается в таких минералах, как эвкаирит (CuAgSe), крукэсит (CuThSe) и клаусталит (PbSe), но эти минералы слишком редки, чтобы использовать их как основной источник селена. Сегодня большую часть селена получают как побочный продукт рафинирования меди.
От греческого слова Selene, луна. Открыт Берцелиусом в 1817 году, который обнаружил его в сочетании с теллуром (названным в честь Земли).
Элементарный селен существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее знакомые макроскопические формы — красный аморфный селен и серый тригональный селен, хрупкое твёрдое вещество с металлическим видом, являющееся наиболее стабильной формой при обычных условиях. Чёрный стекловидный селен может образовываться при быстром охлаждении расплава.
Селен использовался в фотоэлементах, экспонометрах, выпрямителях и фотоприемниках для ксерографии, хотя многие из этих применений были вытеснены кремнием и органическими фотопроводниками. Он по-прежнему используется для обесцвечивания или окрашивания стекла, придавая рубиново-красные оттенки и нейтрализуя зеленоватую окраску, обусловленную железом. Небольшие добавки улучшают обрабатываемость некоторых медных и стальных сплавов. Соединения селена используются в пигментах, химии вулканизации резины, противогрибковых шампунях и в качестве реагентов в органическом синтезе.
Сопротивление селена прохождению электричества сильно зависит от количества света, падающего на него. Чем ярче свет, тем лучше селен проводит электричество. Это свойство сделало селен полезным в устройствах, реагирующих на интенсивность света, таких как электрические глаза, фотоэлементы, экспонометры для камер и копировальных аппаратов. Селен также может непосредственно получать электричество из солнечного света и используется в солнечных элементах. Селен является также полупроводником и используется в некоторых типах твердотельной электроники, а также в выпрямителях — устройствах, преобразующих переменный электрический ток в постоянный. Помимо применения в электрических устройствах, селен также используется для получения рубиново-красной окраски в стеклах и эмалях, как фотографический тонер и как добавка к нержавеющей стали.
Селен образует мало неорганических соединений, ни одно из которых не имеет коммерческого значения. К ним относятся селенистая кислота (H2SeO3), дихлорид селена (SeCl2) и оксихлорид селена (SeOCl2).
Селен используется в ксерографии для воспроизведения и копирования документов, писем и т. д. Его используют в стекольной промышленности для обесцвечивания стекла и для изготовления стекол и эмалей рубинового цвета. Его также используют как фотографический тонер и как добавку к нержавеющей стали.
Изотопы в науках о Земле/планетах
Молекулы, атомы и ионы стабильных изотопов селена обладают несколько различными физическими и химическими свойствами и обычно фракционируются в ходе физических, химических и биологических процессов, что приводит к изменениям изотопных содержаний и атомных масс. В природных земных материалах наблюдаются измеримые вариации изотопного содержания селена (рис. IUPAC.34.1).
Изотопы в промышленности
75Se (с периодом полураспада 120 дней) используется для рентгенографического контроля сварных швов, чтобы визуализировать швы и убедиться, что каждый шов соответствует своему назначению [274] P. Hayward, D. Currie. “Radiography of welds using seleniuim 75, Ir 192 and x-rays”, in Asia-Pacific Conference on NDT, Auckland, New Zealand (2006)..
Изотопы в медицине
75Se-селенометионин (органическое соединение, которое входит в состав белков, содержится в бразильских орехах и сое) использовался для изучения образования пищеварительных ферментов (биологических катализаторов, ускоряющих химические реакции) [275] A. C. Colella, F. Pigorini. Br. J. Radiol.40, 662 (1967).. Стабильные изотопы селена используются в метаболических исследованиях для контроля поступления и выведения селена [276] C. A. Swanson, D. C. Reamer, C. Veillon, J. C. King, O. A. Levander. Am. J. Clin. Nutr.38, 169 (1983)., [277] Public Health Service Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Toxicological Profile for Selenium, U.S. Department of Health and Human Services (2014), Feb. 26; http://www.atsdr.cdc.gov/ToxProfiles/tp92.pdf..
Изотопы, используемые как источник радиоактивного изотопа(ов)
77Se и 78Se используются для получения терапевтического радиоизотопа 77Br посредством реакций 77Se (n, p) 77Br и 78Se (n, 2p) 77Br соответственно. 80Se используется для получения 80mBr посредством реакции 80Se (n, p) 80mBr. m в верхнем индексе 80mBr указывает на метастабильное состояние изотопа.
Селен проявляет степени окисления от −2 до +6, при этом особенно важны −2, +4 и +6. Селеноводород, H₂Se, — высокотоксичный газ и аналог сероводорода по селеноэлементу. Диоксид селена, SeO₂, является полезным окислительным реагентом и в воде образует селенистую кислоту, H₂SeO₃. Селенаты, такие как селенат натрия, Na₂SeO₄, химически подобны сульфатам, но биологически более активны. Селенидами металлов являются важные полупроводники, включая селенид кадмия, CdSe, и селенид меди-индия-галлия, используемый в тонкопленочной фотовольтаике.
See more information at the Selenium compound page.
Селен необходим в следовых количествах, но избыток поступления может вызвать селеноз, сопровождающийся желудочно-кишечными эффектами, изменениями волос и ногтей и чесночным запахом изо рта из-за летучих метаболитов. Элементарный селен менее опасен при остром воздействии, чем многие растворимые селенитные и селенатные соли, однако воздействие пыли следует контролировать. Селеноводород, H₂Se, чрезвычайно ядовит, а промышленные пары или аэрозоли селена требуют строгой вентиляции и мониторинга.
Селеноводород в концентрации 1.5 ppm непереносим для человека. Селен встречается в некоторых твердых веществах в количествах, достаточных для вызова серьезных эффектов у животных, поедающих растения, такие как locoweed, выращенные на таких почвах. Воздействие соединений селена (как Se) в воздухе не должно превышать 0.2 mg/m3 (средневзвешенное за 8 часов — 40-часовая неделя).
Селен широко рассеян в сульфидных рудах, осадочных породах, почвах и водах, обычно в низких концентрациях. Выветривание и орошение могут мобилизовать селенат и селенит, которые поглощаются растениями и могут биоаккумулироваться в пищевых цепях. Некоторые растения переносят селен и концентрируют его, тогда как у многих других токсичность проявляется лишь там, где почвы или дренажные воды богаты селеном. Микроорганизмы могут восстанавливать растворимые формы селена до менее подвижного элементного селена или летучих метилированных форм.
Селен обычно не добывают как основной продукт. Основная часть коммерческого предложения извлекается как побочный продукт из анодных шламов, образующихся при электролитическом рафинировании меди, с меньшей связью с переработкой других цветных металлов. Спрос распределен по производству стекла, металлургии, химической промышленности, электронике и тонкопленочным фотоэлектрическим материалам, поэтому предложение в значительной степени зависит от рафинирования меди, а не от непосредственной доступности селеновых руд. Замещение сократило некоторые более старые электротехнические применения, но извлечение остается экономически полезным, поскольку селен концентрируется в остатках рафинирования. Рециклинг осуществляется главным образом через промышленный лом и технологические остатки, а не через потребительские продукты.
Получают из свинца, меди и никеля при их рафинировании. Проводит электричество при освещении.
Селен — относительно редкий космический элемент по сравнению с более легкими халькогенами. Его стабильные изотопы образуются главным образом в результате процессов захвата нейтронов в эволюционировавших звездах и средах, связанных со сверхновыми, с вкладом как медленного, так и быстрого захвата нейтронов. В планетном веществе он частично ведет себя как халькофильный элемент, стремясь ассоциироваться с сульфидами, а не с силикатными минералами.
- Серый селен лучше проводит электрический ток при освещении.
- Селен может заменять серу в некоторых аминокислотах, образуя селеноцистеин и селенометионин.
- Запах, связанный с воздействием селена, часто обусловлен летучими метилированными соединениями селена.
- Селен был идентифицирован в остатках производства серной кислоты.
- Некоторые растения, богатые селеном, могут отравлять пасущихся животных на естественно селенистых почвах.
- Квантовые точки селенидa кадмия могут испускать видимый свет с настраиваемой длиной волны.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 115 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 120 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 190 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Металлический радиус
- 117 pm Сравнить Металлический радиус у всех элементов →
- Плотность
- 4809 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0165 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 220,5 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 684,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Теплопроводность
- 0,52 Вт/(м·К) Сравнить Теплопроводность у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,321 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 25,363 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 2,55 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Электроотрицательность (по Аллену)
- 2,424
- Сродство к электрону
- 2,0206 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 9,752368 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 21,196073 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 31,697109 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 42,947148 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 68,300235 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 6 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Аллотропные модификации
- ["gray", "vitreous"]
- Электронная конфигурация
- [Ar] 4s2 3d10 4p4
Термодинамические свойства
- Критическая точка (температура)
- 1493 °C
- Теплота плавления
- 0,0693372 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 0,27258123 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 2,352697 eV
- Теплота атомизации
- 2,352697 eV
- Энтальпия атомизации
- 2,35477 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 34 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 46 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 33 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 4 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Se-80
- Год открытия
- 1817
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 0,05 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 2 × 10−4 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 436 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 6 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7782-49-2 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 3P2
- InChI
- InChI=1S/Se
- Ключ InChI
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Se: 3d¹⁰ 4s² 4p⁴[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 76 Стабильный | 75,919213704 ± 0,000000017 | 9,3700% | Стабильный |
| 77 Стабильный | 76,919914154 ± 0,000000067 | 7,6300% | Стабильный |
| 78 Стабильный | 77,91730928 ± 0,0000002 | 23,7700% | Стабильный |
| 80 Стабильный | 79,9165218 ± 0,0000013 | 49,6100% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 195,5 °C ниже температуры плавления (220,5 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Расширенные данные
Атомные спектры
Показано 10 из 34. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Se I | 0 | 138 | 0 | 0 |
| Se II | +1 | 39 | 0 | 0 |
| Se III | +2 | 39 | 0 | 0 |
| Se IV | +3 | 22 | 0 | 0 |
| Se V | +4 | 17 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Se I | 0 | 173 |
| Se II | +1 | 78 |
| Se III | +2 | 53 |
| Se IV | +3 | 29 |
| Se V | +4 | 15 |
| Se VI | +5 | 7 |
| Se VII | +6 | 45 |
| Se VIII | +7 | 37 |
| Se IX | +8 | 2 |
| Se X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| -2 | 6 | Нет данных | 198 пм |
| +4 | 6 | Нет данных | 50 пм |
| +6 | 4 | Нет данных | 28.000000000000004 пм |
| +6 | 6 | Нет данных | 42 пм |
Соединения
Изотопы (4)
Naturally selenium contains six stable isotopes. Fifteen other isotopes have been characterized. The element is a member of the sulfur family and resembles sulfur both in its various forms and in its compounds.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 76 Стабильный | 75,919213704 ± 0,000000017 | 9,3700% ± 0,2900% | Стабильный | stable | |
| 77 Стабильный | 76,919914154 ± 0,000000067 | 7,6300% ± 0,1600% | Стабильный | stable | |
| 78 Стабильный | 77,91730928 ± 0,0000002 | 23,7700% ± 0,2800% | Стабильный | stable | |
| 80 Стабильный | 79,9165218 ± 0,0000013 | 49,6100% ± 0,4100% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 116 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 107 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 107 pm
- Ковалентный радиус (по Брэггу)
- 117 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Bondi
- 190 pm
- Batsanov
- 190 pm
- Alvarez
- 182 pm
- UFF
- 420,5 pm
- MM3
- 229 pm
- Dreiding
- 403 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 224 pm
- Металлический радиус (КЧ 12)
- 140 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 101
- Pettifor
- 93
- Glawe
- 95
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Gunnarsson–Lundqvist
- 6
- Robles–Bartolotti
- 5
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 28,9 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 1 a.u.
- C₆
- 210 Ha·Bohr6
- C₆ (Gould–Bučko)
- 233 Ha·Bohr6
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 35
- Относительный риск поставок
- 7
- Распределение запасов
- 22
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 77
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 18
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура перехода | 453,15 K |
| Температура кипения | 958,15 K |
| Критическая точка (температура) | 1766,15 K |
| Температура плавления | 493,95 K |
| Температура кипения | 958,15 K |
| Критическая точка (температура) | 1766,15 K |
| Критическая точка (давление) | 27,2 MPa |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (8)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 0,7378 |
| 2 | p | 3,9348 |
| 2 | s | 9,1116 |
| 3 | d | 15,523 |
| 3 | p | 15,295 |
| 3 | s | 14,5966 |
| 4 | p | 25,7128 |
| 4 | s | 24,2424 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (4)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| -2 | VI | 184 | Pauling's (1960) crystal radius, | |
| 4 | VI | 64 | Ahrens (1952) ionic radius, | |
| 6 | IV | 42 | ||
| 6 | VI | 56 | calculated, |
Типы распада изотопов (52)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 63 | B+ | 100% |
| 63 | B+p | 89% |
| 63 | 2p | 0,5% |
| 64 | B+ | — |
| 64 | B+p | — |
| 65 | B+ | 100% |
| 65 | B+p | 87% |
| 66 | B+ | 100% |
| 66 | B+p | — |
| 67 | B+ | 100% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (506)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 5,20241 |
| 10,1617 | — | 5,36005 |
| 10,3261 | — | 5,52247 |
| 10,4931 | — | 5,63017 |
| 10,6628 | — | 5,66221 |
| 10,8353 | — | 5,69443 |
| 11,0106 | — | 5,71762 |
| 11,1886 | — | 5,72709 |
| 11,3696 | — | 5,73659 |
| 11,5535 | — | 5,7461 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
5×10-2 milligrams per kilogram
Источники (1)
- [5] Selenium https://education.jlab.org/itselemental/ele034.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
2×10-4 milligrams per liter
Источники (1)
- [5] Selenium https://education.jlab.org/itselemental/ele034.html
Получение
Production of this element (from raw materials or other compounds containing the element).
Selenium is found in a few rare minerals such as crooksite and clausthalite. In years past it has been obtained from flue dusts remaining from processing copper sulfide ores, but the anode metal from electrolytic copper refineries now provide the source of most of the world's selenium. Selenium is recovered by roasting the mud with soda or sulfuric acid, or by smelting them with soda and niter.
Источники (1)
- [6] Selenium https://periodic.lanl.gov/34.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Selenium.
The element property data was retrieved from publications.