Селен (Selenium), Se
Химические элементы / Селен (Selenium), Se

Селен - химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 34, атомная масса 78, 96; преимущественно неметалл. Природный С. представляет собой смесь шести устойчивых изотопов (%) - 74Se (0,87), 76Se (9,02), 77Se (7,58), 78Se (23,52), 80Se (49,82), 82Se (9,19). Из 16 радиоактивных изотопов наибольшее значение имеет 75Se с периодом полураспада 121 сут. Элемент открыт в 1817 И. Берцелиусом (название дано от греч. selene - Луна).

Распространение в природе. С. - очень редкий и рассеянный элемент, его содержание в земной коре (кларк) 5×10-6% по массе. История С. в земной коре тесно связана с историей серы. С. обладает способностью к концентрации и, несмотря на низкий кларк, образует 38 самостоятельных минералов - селенидов природных, селенитов, селенатов и др. Характерны изоморфные примеси С. в сульфидах и самородной сере.

В биосфере С. энергично мигрирует. Источником для накопления С. в живых организмах служат изверженные горные породы, вулканические дымы, вулканические термальные воды. Поэтому в районах современного и древнего вулканизма почвы и осадочные породы нередко обогащены С. (в среднем в глинах и сланцах - 6×10-5%).

Физические и химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Se 4s24p4; у двух р-электронов спины спарены, а у остальных двух - не спарены, поэтому атомы С. способны образовывать молекулы Se2 или цепочки атомов Sen. Цепи атомов С. могут замыкаться в кольцевые молекулы Se8. Разнообразие молекулярного строения обусловливает существование С. в различных аллотропических модификациях: аморфной (порошкообразный, коллоидный, стекловидный) и кристаллический (моноклинный a-и b-формы и гексагональный g-формы). Аморфный (красный) порошкообразный и коллоидный С. (плотность 4,25 г/см3 при 25 °C) получают при восстановлении из раствора селенистой кислоты H2SeO3, быстрым охлаждением паров С. и др. способами. Стекловидный (чёрный) С. (плотность 4,28 г/см3 при 25 °C) получают при нагревании любой модификации С. выше 220 °C с последующим быстрым охлаждением. Стекловидный С. обладает стеклянным блеском, хрупок. Термодинамически наиболее устойчив гексагональный (серый) С. Он получается из других форм С. нагреванием до плавления с медленным охлаждением до 180-210 °C и выдержкой при этой температуре. Решётка его построена из расположенных параллельно спиральных цепочек атомов. Атомы внутри цепей связаны ковалентно. Постоянные решётки а = 4,36 Å, с = 4,95 Å, атомный радиус 1,6 Å, ионные радиусы Se2-1,98 Å и Se4+0,69 Å, плотность 4,807 г/см3 при 20 °C, tпл 217 °C, tkип 685 °C. Пары С. желтоватого цвета. В парах в равновесии находятся четыре полимерные формы Se8 Û Se6 Û Se4 Û Se2. Выше 900 °C доминирует Se2. Удельная теплоёмкость гексагонального С. 0,19-0,32 кдж/(кг×К), [0,0463-0,0767 кал/(г×°C)] при -198 - +25 °C и 0,34 кдж/(кг×К) [0,81 кал/(г×°C)] при 217 °C; коэффициент теплопроводности 2,344 вт/(м×К) [0,0056 кал/(см×сек×°C)], температурный коэффициент линейного расширения при 20 °C: гексагонального монокристаллического С. вдоль с-оси 17,88×10-6, перпендикулярно с-оси 74,09×10-6, поликристаллического 49,27×10-6; изотермическая сжимаемость b0=11,3× 10-3 кбар-1, коэффициент электрического сопротивления в темноте при 20 °C 102-1012 ом см. Все модификации С. обладают фотоэлектрическими свойствами. Гексагональный С. вплоть до температуры плавления - примесный полупроводник с дырочной проводимостью. С. - диамагнетик (пары его парамагнитны). На воздухе С. устойчив; кислород, вода, соляная и разбавленная серная кислоты на него не действуют, хорошо растворим в концентрированной азотной кислоте и царской водке, в щелочах растворяется с окислением. С. в соединениях имеет степени окисления -2, +2, +4, +6. Энергия ионизации Se0?Se1+?Se2+?S3+ соответственно 0,75; 21,5; 32 эв.

С кислородом С. образует ряд окислов: SeO, Se2O5, SeO2, SeO3. Два последних являются ангидридами селенистой H2SeO3 и селеновой H2SeO4 к-т (соли - селениты и селенаты). Наиболее устойчив SeO2. С галогенами С. даёт соединения SeF6, SeF4, SeCl4, SeBr4, Se2Cl2 и др. Сера и теллур образуют непрерывный ряд твёрдых растворов с С. С азотом С. даёт Se4N4, с углеродом - CSe2. Известны соединения с фосфором P2Se3, P4Se3, P2Se5. Водород взаимодействует с С. при t ³ 200°C, образуя H2Se; раствор H2Se в воде называется селеноводородной кислотой. При взаимодействии с металлами С. образует селениды. Получены многочисленные комплексные соединения С. Все соединения С. ядовиты.

Получение и применение. С. получают из отходов сернокислотного, целлюлозно-бумажного производства и анодных шламов электролитического рафинирования меди. В шламах С. присутствует вместе с серой, теллуром, тяжёлыми и благородными металлами. Для извлечения С. шламы фильтруют и подвергают либо окислительному обжигу (около 700 °C), либо нагреванию с концентрированной серной кислотой. Образующийся летучий SeO2 улавливают в скрубберах и электрофильтрах. Из растворов технический С. осаждают сернистым газом. Применяют также спекание шлама с содой с последующим выщелачиванием селената натрия водой и выделением из раствора С. Для получения С. высокой чистоты, используемого в качестве полупроводникового материала, черновой С. рафинируют методами перегонки в вакууме, перекристаллизации и др.

Благодаря дешевизне и надёжности С. используется в преобразовательной технике в выпрямительных полупроводниковых диодах, а также для фотоэлектрических приборов (гексагональный), электрофотографических копировальных устройств (аморфный С.), синтеза различных селенидов, в качестве люминофоров в телевидении, оптических и сигнальных приборах, терморезисторах и т. п. С. широко применяется для обесцвечивания зелёного стекла и получения рубиновых стекол; в металлургии - для придания литой стали мелкозернистой структуры, улучшения механических свойств нержавеющих сталей; в химической промышленности - в качестве катализатора; используется С. также в фармацевтической промышленности и других отраслях.
 

      Смотрите также

      Стекла. Сведение о керамических флюсах. Стеклообразующие системы на основе Bi203
      ...

      Химические способы нанесения металлических покрытий
      Металлические слои можно получать на очень большом числе самых разнообразных материалов, таких, как стекло, кварц, фарфор, слюда, целлулоид, а также текстиль. Насколько многочисленны примен ...

      Лантаноиды
      ...