Selenium (Se), een chemisch element in de zuurstofgroep (Groep 16 [VIa] van het periodiek systeem), nauw verbonden in chemische en fysische eigenschappen met de elementen zwavel en telluur. Selenium is zeldzaam en bevat ongeveer 90 delen per miljard van de aardkorst. Het wordt af en toe niet-gecombineerd gevonden, vergezeld van natuurlijke zwavel, maar wordt vaker aangetroffen in combinatie met zware metalen (koper, kwik, lood of zilver) in een paar mineralen. De belangrijkste commerciële bron van selenium is als bijproduct van koperraffinage; de belangrijkste toepassingen zijn bij de vervaardiging van elektronische apparatuur, in pigmenten en bij het maken van glas. Selenium is een metalloïde (een tussenproduct in eigenschappen tussen de metalen en de niet-metalen). De grijze, metalen vorm van het element is onder normale omstandigheden het meest stabiel; deze vorm heeft de ongebruikelijke eigenschap dat de elektrische geleidbaarheid bij blootstelling aan licht sterk toeneemt. Seleniumverbindingen zijn giftig voor dieren; planten gekweekt in seleniferous bodems kunnen het element concentreren en giftig worden.
zuurstofgroepselement: natuurlijk voorkomen en gebruik
Het element selenium (symbool Se) is veel zeldzamer dan zuurstof of zwavel en omvat ongeveer 90 delen per miljard van de korst van de
.Elementeigenschappen
| atoomnummer | 34 |
|---|---|
| atoomgewicht | 78,96 |
| massa's stabiele isotopen | 74, 76, 77, 78, 80, 82 |
| smeltpunt | |
| amorf | 50 ° C (122 ° F) |
| grijs | 217 ° C (423 ° F) |
| kookpunt | 685 ° C (1265 ° F) |
| dichtheid | |
| amorf | 4,28 gram / cm 3 |
| grijs | 4,79 gram / cm 3 |
| oxidatietoestanden | -2, +4, +6 |
| elektronen configuratie | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 |
Geschiedenis
In 1817 merkte de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius een rode stof op die het gevolg was van sulfide-ertsen uit mijnen in Falun, Zweden. Toen dit rode materiaal het volgende jaar werd onderzocht, bleek het een element te zijn en werd het genoemd naar de maan of de maangodin Selene. Een erts met een ongewoon hoog seleniumgehalte werd slechts enkele dagen voordat Berzelius zijn rapport over selenium aan de wetenschappelijke verenigingen van de wereld publiceerde ontdekt. Zijn gevoel voor humor komt duidelijk naar voren in de naam die hij het erts gaf, eucairiet, wat 'net op tijd' betekent.
Voorkomen en gebruik
Het aandeel selenium in de aardkorst is ongeveer 10 −5 tot 10 −6 procent. Het is voornamelijk verkregen uit de anodeslibs (afzettingen en restmaterialen van de anode) bij elektrolytische raffinage van koper en nikkel. Andere bronnen zijn de rookgassen bij de productie van koper en lood en de gassen die ontstaan bij het roosteren van pyriet. Selenium vergezelt koper bij de raffinage van dat metaal: ongeveer 40 procent van het selenium dat in het oorspronkelijke erts aanwezig is, kan zich concentreren in koper dat is afgezet in elektrolytische processen. Uit een ton gesmolten koper kan ongeveer 1,5 kg seleen worden gewonnen.
Wanneer het in kleine hoeveelheden in glas wordt verwerkt, dient selenium als ontkleuringsmiddel; in grotere hoeveelheden geeft het glas een heldere rode kleur die nuttig is bij signaallampen. Het element wordt ook gebruikt bij het maken van rode email voor keramiek en staalwaren, evenals voor het vulkaniseren van rubber om de slijtvastheid te vergroten.
Seleniumverfijningsinspanningen zijn het grootst in Duitsland, Japan, België en Rusland.
Allotropie
De allotropie van selenium is niet zo uitgebreid als die van zwavel en de allotropen zijn niet zo grondig bestudeerd. Slechts twee kristallijne variëteiten van selenium zijn samengesteld uit cyclische Se 8- moleculen: aangeduid als α en β, beide bestaan als rode monokliene kristallen. Een grijze allotroop met metallische eigenschappen wordt gevormd door een van de andere vormen op 200-220 ° C te houden en is onder normale omstandigheden het meest stabiel.
Een amorfe (niet-kristallijne), rode, poederachtige vorm van selenium ontstaat wanneer een oplossing van selenious zuur of een van de zouten ervan wordt behandeld met zwaveldioxide. Als de oplossingen zeer verdund zijn, geven extreem fijne deeltjes van deze soort een transparante rode colloïdale suspensie. Helder rood glas is het resultaat van een soortgelijk proces dat optreedt wanneer gesmolten glas dat selenieten bevat, wordt behandeld met koolstof. Een glasachtige, bijna zwarte variëteit van selenium wordt gevormd door snelle afkoeling van andere modificaties vanaf temperaturen boven 200 ° C. Omzetting van deze glasachtige vorm in de rode, kristallijne allotropen vindt plaats bij verhitting boven 90 ° C of bij contact met organische oplosmiddelen, zoals chloroform, ethanol of benzeen.
Voorbereiding
Zuiver selenium wordt verkregen uit de slijm en slib gevormd bij de productie van zwavelzuur. Het onzuivere rode selenium wordt opgelost in zwavelzuur in aanwezigheid van een oxidatiemiddel, zoals kaliumnitraat of bepaalde mangaanverbindingen. Beide seleenzuur, H 2 SeO 3 en seleenzuur, H 2 SeO 4, worden gevormd en kunnen worden uitgeloogd uit de overblijvende onoplosbare materiaal. Andere methoden maken gebruik van oxidatie door lucht (roosteren) en verwarmen met natriumcarbonaat om oplosbaar natriumseleniet, Na 2 SeO 3 · 5H 2 O en natriumselenaat, Na 2 SeO 4 te geven. Chloor kunnen eveneens worden toegepast: de werking op metaalseleniden produceert vluchtige verbindingen zoals selenium dichloride, SECL 2; seleentetrachloride, SECL 4; diselenium dichloride, Se 2 Cl 2; en seleniumoxychloride, SeOCl 2. In één proces worden deze seleniumverbindingen door water omgezet in seleenzuur. Het seleen wordt uiteindelijk teruggewonnen door het seleenzuur te behandelen met zwaveldioxide.
Selenium is een veelvoorkomend bestanddeel van ertsen gewaardeerd om hun gehalte aan zilver of koper; het wordt geconcentreerd in het slijm dat wordt afgezet tijdens de elektrolytische zuivering van de metalen. Er zijn methoden ontwikkeld om selenium te scheiden van deze slijmen, die ook wat zilver en koper bevatten. Het smelten van het slijm vormt zilverselenide, Ag 2 Se en koper (I) selenide, Cu 2 Se. Behandeling van deze seleniden met hypochloorzuur, HOCl, geeft oplosbare selenieten en selenaten, die met zwaveldioxide kunnen worden verminderd. De uiteindelijke zuivering van selenium wordt bereikt door herhaalde destillatie.
Fysisch-elektrische eigenschappen
De meest opvallende fysische eigenschap van kristallijn selenium is de fotogeleidbaarheid: bij belichting neemt de elektrische geleidbaarheid meer dan 1000 keer toe. Dit fenomeen is het gevolg van de bevordering of excitatie van relatief losjes vastgehouden elektronen door licht naar hogere energietoestanden (de geleidingsniveaus genoemd), waardoor elektronenmigratie en dus elektrische geleiding mogelijk wordt. Daarentegen bevinden de elektronen van typische metalen zich al in geleidingsniveaus of banden, die kunnen stromen onder invloed van een elektromotorische kracht.
De elektrische soortelijke weerstand van selenium varieert over een enorm bereik, afhankelijk van variabelen zoals de aard van de allotroop, onzuiverheden, de verfijningsmethode, temperatuur en druk. De meeste metalen zijn onoplosbaar in selenium en niet-metalen onzuiverheden verhogen de soortelijke weerstand.
De verlichting van kristallijn selenium gedurende 0,001 seconde verhoogt de geleidbaarheid met een factor 10 tot 15 keer. Rood licht is effectiever dan licht met een kortere golflengte.
Deze foto-elektrische en lichtgevoeligheidseigenschappen van selenium worden benut bij de constructie van een verscheidenheid aan apparaten die variaties in lichtintensiteit kunnen vertalen in elektrische stroom en vandaar in visuele, magnetische of mechanische effecten. Alarmsystemen, mechanische openings- en sluitingsapparatuur, veiligheidssystemen, televisie, geluidsfilms en xerografie zijn afhankelijk van de halfgeleidende eigenschap en lichtgevoeligheid van selenium. Rectificatie van wisselstroom (omzetting in gelijkstroom) wordt al jaren bewerkstelligd door seleniumgestuurde apparaten. Veel fotoceltoepassingen die selenium gebruiken, zijn vervangen door andere apparaten met materialen die gevoeliger, gemakkelijker verkrijgbaar en gemakkelijker te vervaardigen zijn dan selenium.
