Seleni

element químic amb nombre atòmic 34
Per a altres significats, vegeu «Se (kana)».
Aquest article tracta sobre l'element químic. Si cerqueu el mineral natiu, vegeu «Seleni natiu».

El seleni és l'element químic de símbol Se i nombre atòmic 34. Es tracta d'un no-metall (rarament considerat un metal·loide) amb propietats intermèdies entre les del sofre i les del tel·luri, els seus veïns en el grup 16 de la taula periòdica. Així mateix, presenta semblances amb l'arsènic. S'empra en cel·les fotovoltaiques de pel·lícula prima flexibles, el la fabricació de vidre vermell, etc.

Seleni
34Se
arsènicselenibrom
S

Se

Te
Aspecte
Al·lòtrops negres i vermells



Línies espectrals del seleni
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Seleni, Se, 34
Categoria d'elements No metalls
Grup, període, bloc 164, p
Pes atòmic estàndard 78,96
Configuració electrònica [Ar] 3d10 4s2 4p4
2, 8, 18, 6
Configuració electrònica de Seleni
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
(gris) 4,81 g·cm−3
Densitat
(prop de la t. a.)
(alfa) 4,39 g·cm−3
Densitat
(prop de la t. a.)
(vidriós) 4,28 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
3,99 g·cm−3
Punt de fusió 494 K, 221 °C
Punt d'ebullició 958 K, 685 °C
Punt crític 1.766 K, 27,2 MPa
Entalpia de fusió (gris) 6,69 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 95,48 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 25,363 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 500 552 617 704 813 958
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 6, 4, 2, 1,[1] -2
(òxid àcid fort)
Electronegativitat 2,55 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 941,0 kJ·mol−1
2a: 2.045 kJ·mol−1
3a: 2.973,7 kJ·mol−1
Radi atòmic 120 pm
Radi covalent 120±4 pm
Radi de Van der Waals 190 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Seleni té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Diamagnètic[2]
Conductivitat tèrmica (amorf) 0,519 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) (amorf) 37 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 3.350 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 10 GPa
Mòdul de cisallament 3,7 GPa
Mòdul de compressibilitat 8,3 GPa
Coeficient de Poisson 0,33
Duresa de Mohs 2,0
Duresa de Brinell 736 MPa
Nombre CAS 7782-49-2
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del seleni
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
72Se sin 8,4 d ε - 72As
γ 0,046 -
74Se 0,87% 74Se és estable amb 40 neutrons
75Se sin 119,779 d ε - 75As
γ 0,264
0,136,
0,279
-
76Se 9,36% 76Se és estable amb 42 neutrons
77Se 7,63% 77Se és estable amb 43 neutrons
78Se 23,78% 78Se és estable amb 44 neutrons
79Se traça 3,27×105 a β 0,151 79Br
80Se 49,61% 80Se és estable amb 46 neutrons
82Se 8,73% 1,08×1020 a ββ 2,995 82Kr

Història Modifica

 
Gran muntanya de coure de Falun.
 
Jöns Jacob Berzelius.

El seleni fou descobert el 1817 pels químics suecs Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) i Johan Gottlieb Gahn (1745-1818). Tots dos químics posseïen una planta química prop de Gripsholm, Suècia, que produïa àcid sulfúric pel procés de les cambres de plom a partir de diòxid de sofre  . La pirita   de la mina de Falun, emprada per obtenir el diòxid de sofre, produïa un precipitat vermell dins les cambres de plom que es pensava que era un compost d'arsènic, de manera que es paralitzà l'ús de la pirita per fer àcid sulfúric. Berzelius i Gahn analitzaren la pirita i detectaren que el precipitat vermell produïa una olor de rave picant quan es cremava. Aquesta olor no era característica de l'arsènic, però es coneixia una olor comparable dels composts de tel·luri. Berzelius escriví una carta a Alexander John Gaspard Marcet (1770-1822), un metge nascut a Ginebra i convertit en ciutadà britànic el 1800, on deia que es tractava d'un compost de tel·luri. No obstant això, l'absència de composts de tel·luri als minerals de la mina Falun portà finalment a Berzelius a reanalitzar el precipitat vermell, i el 1818 envià una segona carta a Marcet descrivint un element recentment trobat similar al sofre i al tel·luri. A causa de la similitud amb el tel·luri, anomenat així per la Terra, Berzelius anomenà el nou element selenium, seleni, del grec σελήνη selḗnē ‘Lluna’ i el llatí científic. –ium ‘–i’.[3]

Abundància i obtenció Modifica

 
Ferroselita  .
 
Downeyita  .

El seleni es troba àmpliament distribuït en l'escorça terrestre en la majoria de les roques i sòls es troba en concentracions d'entre 0,1 i 2,0 ppm. Rarament es troba en estat natiu. S'han descrit 127 minerals que contenen seleni. Els que el contenen amb més d'un 70 %, a part del seleni nadiu, són: dzharkenita  (73,87 %), ferroselita  (73,87 %), kullerudita   (72,91 %), hastita   (72,82 %), trogtalita   (72,82 %), penroseïta   (72,72 %), krut'aïta   (71,31 %) i downeyita   (71,16 %).[4]

El 2022 es produïren 3 200 t de seleni al món, essent els principals producvtors la Xina amb 1 300 t, seguida del Japó amb 730 t, Rússia amb 350 t, Alemanya amb 300 t i Bèlgica amb 200 t. Les reserves calculades són de 81 t.[5]

S'obté principalment com a subproducte en el refinament del coure, car apareix en els fangs d'electròlisi junt amb el tel·luri (5-25 % Se, 2-10 % Te). La producció comercial es duu a terme per torrada amb cendres de sosa o àcid sulfúric dels fangs.[6]

Primerament, s'afegeix un aglomerant de cendres de sosa i aigua als fangs per a formar una pasta dura que s'extrusiona o talla en pastilles per a procedir al seu assecatge. La pasta es torra a 530-650 °C i se submergeix en aigua resultant seleni hexavalent que es dissol com selenat de sodi  . Aquest es redueix a selenur de sodi escalfant-lo de forma controlada obtenint una solució d'un viu color roig. Injectant aire en la solució el selenur s'oxida ràpidament obtenint-se el seleni. La reducció del seleni hexavalent també pot fer-se emprant àcid clorhídric concentrat, o sals ferroses i ions clorur com a catalitzadors.[6]

El segon mètode consisteix a mesclar els fangs de coure amb àcid sulfúric torrant la pasta resultant a 500-600 °C per a obtenir diòxid de seleni que ràpidament es volatilitza a la temperatura del procés. Aquest es redueix a seleni elemental durant el procés de rentat amb diòxid de sofre i aigua, podent refinar-se posteriorment fins a aconseguir pureses de 99,5-99,7% de seleni.[6]

Propietats Modifica

Propietats físiques Modifica

El seleni es pot trobar en diverses formes al·lotròpiques. El seleni amorf existeix en dues formes, la vítria, negra, obtinguda en refredar ràpidament el seleni líquid, es fon a 180 °C i té una densitat de 4,28 g/cm³; la roja, col·loidal, s'obté en reaccions de reducció; el seleni gris cristal·lí d'estructura hexagonal, la forma més comuna, es fon a 220,5 °C i té una densitat de 4,81 g/cm³; i la forma roja, d'estructura monoclínica, es fon a 221 °C i té una densitat de 4,39 g/cm³.[7]

És insoluble en aigua i alcohol, lleugerament soluble en disulfur de carboni i soluble en èter.[7]

Exhibeix l'efecte fotoelèctric, és a dir, converteix la llum en electricitat, i, a més, la seva conductivitat elèctrica augmenta en exposar-lo a la llum. Per davall del seu punt de fusió és un material semiconductor de tipus p.[7]

Propietats químiques Modifica

 
Diòxid de seleni  .

El seleni no reacciona amb l'aigua i crema a l'aire per formar el diòxid de seleni, que és sòlid, segons l'equació:[8]

 

El seleni reacciona amb el fluor per formar l'hexafluorur de seleni, un líquid de color taronja:[8]

 
 
Estructura de la molècula d'hexafluorur de seleni  .

El seleni (preferiblement suspès en disulfur de carboni) reacciona amb el clor i el brom per formar diclorur de diseleni i dibromur de diseleni, ambdós líquids i de color taronja:[8]

 
 

Fet amb cura, el seleni reacciona amb el fluor a 0 °C per formar el tetrafluorur de seleni, i també, sota condicions controlades, ho fan els altres halògens. Les reaccions són:[8]

 
 
 
 

El seleni no reacciona amb àcids no oxidants diluïts.[8]

Isòtops Modifica

Del seleni s'han identificat trenta-dos isòtops que van del nombre màssic 64 al 95, i tres isòmers nuclears. A la natura hom en troba sis, tots estables, que tenen nombres màssics i abundàncies: 74 (0,89 %), 76 (9,37 %), 77 (7,63 %), 78 (23,77 %), 80 (49,61 %) i 82 (8,73 %). Del 80 al 91 apareixen com a productes de la reacció de fissió nuclear de l'urani 235. Fins al seleni 75 els modes de desintegració majoritaris són l'emissió β+ o la captura electrònica. A partir del seleni 79 es desintegren per emissió d'una partícula β. El radioisòtop amb un període de semidesintegració més llarg (t½ = 3,26 × 105 anys) és el seleni 79.[9]

Aplicacions Modifica

 
Vas de vidre vermell.

Les aplicacions més importants del seleni són en electrònica, per a la fabricació de cel·les fotoelèctriques i rectificadors de corrent; en la indústria del vidre, per a donar color de robí; i en metal·lúrgia, com a additiu de l'acer per a millorar les seves propietats mecàniques.[10]

Indústria del vidre i la ceràmica Modifica

El seleni és usat en la producció de vidre, perquè decolora el color verd produït per les impureses de ferro que aquest conté. Afegit al vidre que s'empra en construcció, redueix la transmissió de la calor solar. També proporciona un color vermellós al vidre i a la ceràmica.[11]

Indústria metal·lúrgica Modifica

En revestiments de materials, el seleni millora l'aspecte i la durabilitat. També s'utilitza en la producció electrolítica de manganès perquè en millora la producció i el rendiment.[11]

Generació d'energia Modifica

 
Cel·la fotovoltaica flexible de CIGS.

El diselenur de coure, gal·li i indi (CIGS) és un semiconductor utilitzat en la fabricació de la capa fina conductora de les cèl·lules solars de pel·lícula prima, que són flexibles i, per tant, resulten una alternativa eficaç a les de silici cristal·lí.[11]

Alimentació Modifica

El seleni s'usa com a suplement dietètic per a les persones i els animals, ja que és un element essencial, tot i que en excés és tòxic.[12]

Altres camps Modifica

S'utilitza com a additiu al cautxú perquè en millora la resistència a l'abrasió. El sulfur de seleni és un ingredient bàsic en els xampús anticaspa, així ajuda al despreniment de la pell seca. Les fotocopiadores i impressores làser tenen un cilindre cobert de seleni que és un element clau en el procés d'impressió.[11] En fotografia s'empra per a intensificar i incrementar el rang de tons de les fotografies en blanc i negre i la durabilitat de les imatges.

 
Oxidació de Riley. El diòxid de seleni oxida una cetona a àcid carboxílic.

El selenat de sodi és un insecticida que s'utilitza en horticultura per al control d'àcars, pugons i pseudocòccids. També s'utilitza com a fungicida.[13] En medicina es fa servir per al control de malalties animals.[14] També s'empra com a additiu per a sòls pobres en seleni.[12]

El diòxid de seleni és un catalitzador adequat per a l'oxidació, hidrogenació i deshidrogenació de compostos orgànics.[15] El seleni 75 s'empra en radiodiagnosi com a traçador en la visualització de tumors malignes.[16]

Rol biològic Modifica

El seleni és un micronutrient que es troba en el pa, els cereals, el peix, la carn i els ous. És antioxidant, ajuda a neutralitzar els radicals lliures, indueix l'apoptosi, estimula el sistema immunitari i intervé en el funcionament de la glàndula tiroide. Està present en l'aminoàcid selenocisteïna. Les investigacions han mostrat l'existència d'una correlació entre el consum de suplements de seleni i la prevenció del càncer en humans (a causa del seu caràcter antioxidant i protector del DNA).[17]

La deficiència de seleni és relativament rara, però pot donar-se en pacients amb disfuncions intestinals severes o amb nutrició exclusivament parenteral, així com en poblacions que depenguen d'aliments cultivats en sòls pobres en seleni. La ingesta diària recomanada per a adults és de 55-70 µg; més de 400 µg pot provocar efectes tòxics (selenosi: pèrdua dels cabells, alteracions unguials, sabor metàl·lic, sudoració, trastorns gastrointestinals i depressió del sistema nerviós central).[17][18]

Precaucions Modifica

El seleni és considerat un element perillós per al medi ambient, per la qual cosa els seus compostos han d'emmagatzemar-se en àrees seques evitant filtracions que contaminen les aigües. Els residus de seleni es tracten en solució àcida amb sulfit de sodi, escalfant-lo després per a obtenir el seleni elemental, que presenta una menor biodisponibilitat.[19]

Referències Modifica

  1. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A.. Chemistry of the Elements. 2a edició. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997, p. . ISBN 0-7506-3365-4. 
  2. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (en anglès). 86a edició. CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
  3. Kloprogge, J. Theo. The periodic table: nature's building blocks : an introduction to the naturally occurring elements, their origins and their uses. Amsterdam: Elsevier, 2021. ISBN 978-0-12-821538-8. 
  4. Barthelmy, David. «Mineral Species sorted by the element Se Selenium». Mineralogy Database, 1997-2014. [Consulta: 5 abril 2023].
  5. «Selenium and Tellurium Statistics and Information» (en anglès). U.S. Geological Survey, Gener 2023. [Consulta: 18 abril 2023].
  6. 6,0 6,1 6,2 Hyvärinen, Olli; Lindroos, Leo; Yllö, Erkki «Recovering selenium from copper refinery slimes» (en anglès). JOM, 41, 7, 01-07-1989, pàg. 42–43. DOI: 10.1007/BF03220271. ISSN: 1543-1851.
  7. 7,0 7,1 7,2 Greenwood, N. N.. Chemistry of the elements. 2a edició, 1997. ISBN 0-585-37339-6. 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Winter, Mark. «Selenium. Reactions of elements». WebElements. The University of Sheffield and WebElements Ltd. [Consulta: 4 abril 2023].
  9. «Z = 34». NuDat 3. National Nuclear Data Center (NNDC) at Brookhaven National Laboratory. [Consulta: 4 abril 2023].
  10. «Seleni». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 Sanz Balagué, Joaquim; Tomasa Guix, Oriol. Elements i recursos minerals aplicacions i reciclatge. 3ª ed., rev. i act. [Manresa]: Zenobita Edicions, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 
  12. 12,0 12,1 Subirana Manzanares, Maria Àngels. Selenium biofortification of wheat: Distribution and spatially resolved selenium speciation by synchrotron-based techniques, 2019. ISBN 978-84-490-8604-5. 
  13. Clarkson, Thomas W. CHAPTER 61 - Inorganic and Organometal Pesticides (en anglès). San Diego: Academic Press, 2001-01-01, p. 1.357-1.428. DOI 10.1016/b978-012426260-7.50064-1. ISBN 978-0-12-426260-7. 
  14. Ayres, D. C.. Dictionary of environmentally important chemicals. 1st ed. Londres: Blackie Academic & Professional, 1998. ISBN 0-7514-0256-7. 
  15. Kalsi, P. S.. Organic reactions stereochemistry and mechanism : through solved problems. 4th ed. New Delhi: New Age International (P) Limited, Publishers, 2006. ISBN 81-224-1766-3. 
  16. Geistler, Alexander. Bordautonome Ortung von Schienenfahrzeugen mit Wirbelstrom-Sensoren. [Place of publication not identified]: KIT Scientific Publishing, 2007. ISBN 978-3-86644-123-1. 
  17. 17,0 17,1 Rayman, Margaret P. «The importance of selenium to human health» (en anglès). The Lancet, 356, 9225, 15-07-2000, pàg. 233–241. DOI: 10.1016/S0140-6736(00)02490-9. ISSN: 0140-6736. PMID: 10963212.
  18. Thomson, C. D. «Assessment of requirements for selenium and adequacy of selenium status: a review» (en anglès). European Journal of Clinical Nutrition, 58, 3, 2004-03, pàg. 391–402. DOI: 10.1038/sj.ejcn.1601800. ISSN: 1476-5640.
  19. Hasanuzzaman, Mirza; Bhuyan, M. H. M. Borhannuddin; Raza, Ali; Hawrylak-Nowak, Barbara; Matraszek-Gawron, Renata «Selenium Toxicity in Plants and Environment: Biogeochemistry and Remediation Possibilities» (en anglès). Plants, 9, 12, 2020-12, pàg. 1711. DOI: 10.3390/plants9121711. ISSN: 2223-7747. PMC: PMC7762096. PMID: 33291816.

Enllaços externs Modifica