SELENIO: STORIA, PROPRIETÀ, STRUTTURA, OTTENIMENTO, USI - CHIMICA - 2026

Il selenio è un elemento chimico non metallico appartenente al gruppo 16 della tavola periodica e che è rappresentato dal simbolo is. Questo elemento ha proprietà intermedie tra lo zolfo e il tellurio, che fanno parte dello stesso gruppo.

Il selenio fu scoperto nel 1817 da Jöhs J. Berzelius e John G. Gahn, che vaporizzando la pirite osservarono un residuo rosso (immagine in basso). All'inizio l'hanno confuso con il tellurio, ma in seguito si sono resi conto che avevano a che fare con un nuovo elemento.

Una fiala di selenio rosso amorfo, l'allotropo più noto per questo elemento. Fonte: W. Oelen

Berzelius chiamò il nuovo elemento selenio, in base al nome "selene" che significa "dea della luna". Il selenio è un oligoelemento essenziale per piante e animali, sebbene in alte concentrazioni sia un elemento tossico.

Il selenio ha tre principali forme allotropiche: rosso, nero e grigio. Quest'ultimo ha la proprietà di modificare la sua conduttanza elettrica a seconda dell'intensità della luce che lo irradia (fotoconduttore), per la quale ha avuto molte applicazioni.

Il selenio è ampiamente distribuito nella crosta terrestre, tuttavia i minerali che lo contengono non sono abbondanti, quindi non c'è estrazione di selenio.

È ottenuto principalmente come sottoprodotto del processo di raffinazione per elettrolisi del rame. Il selenio si accumula nel limo trovato all'anodo delle celle di elettrolisi.

Gli esseri umani possiedono circa 25 selenoproteine, alcune delle quali hanno un'azione antiossidante e controllano la generazione di radicali liberi. Inoltre, ci sono aminoacidi del selenio, come la selenometionina e la selenocisteina.

Storia

Prima osservazione

L'alchimista Arnold de Villanova potrebbe aver osservato il selenio nel 1230. Si formò in medicina alla Sorbona di Parigi, ed era anche il medico di papa Clemente V.

Villanova nel suo libro Rosarium Philosophorum descrive uno zolfo rosso o "zolfo rebeum" che era stato lasciato in una fornace dopo aver vaporizzato lo zolfo. Questo zolfo rosso potrebbe essere stato un allotropo del selenio.

Scoperta

Nel 1817, Jöhs Jakob Berzelius e John Gottlieb Gahn scoprirono il selenio in uno stabilimento chimico per la produzione di acido solforico, vicino a Gripsholm, in Svezia. La materia prima per produrre l'acido era la pirite, estratta da una miniera del Falun.

Berzelius fu colpito dall'esistenza di un residuo rosso che era rimasto nel contenitore di piombo dopo che lo zolfo era bruciato.

Inoltre, Berzelius e Gahn hanno osservato che il residuo rosso aveva un forte odore di rafano, simile a quello del tellurio. Ecco perché scrisse al suo amico Marect che credevano che il deposito osservato fosse un composto di tellurio.

Tuttavia, Berselius ha continuato ad analizzare il materiale depositato quando la pirite è stata incenerita e ha riconsiderato che il tellurio non era stato trovato nella miniera del Falun. Nel febbraio 1818 concluse di aver scoperto un nuovo elemento.

Origine del suo nome

Berzelius ha sottolineato che il nuovo elemento era una combinazione di zolfo e tellurio, e che la somiglianza del tellurio al nuovo elemento gli aveva dato l'opportunità di nominare la nuova sostanza selenio.

Berzelius ha spiegato che "tellus" significa dea della terra. Martin Klaport nel 1799 diede questo nome al tellurio e scrisse: “Nessun singolo elemento è chiamato così. Doveva essere fatto! "

A causa della somiglianza del tellurio con la nuova sostanza, Berzelius lo chiamò con la parola selenio, derivata dalla parola greca "selene" che significa "dea della luna".

Sviluppo delle tue applicazioni

Nel 1873 Willoughby Smith scoprì che la conduttività elettrica del selenio dipendeva dalla luce che lo irradiava. Questa proprietà ha permesso al selenio di avere numerose applicazioni.

Alexander Graham Bell nel 1979 ha usato il selenio nel suo fotofono. Il selenio produce una corrente elettrica proporzionale all'intensità della luce che lo illumina, essendo utilizzato in esposimetri, meccanismi di sicurezza per apertura e chiusura porte, ecc.

L'uso dei raddrizzatori al selenio nell'elettronica iniziò negli anni '30, con numerose applicazioni commerciali. Negli anni '70 è stato soppiantato nei raddrizzatori dal silicio.

Nel 1957 si scoprì che il selenio era un elemento essenziale per la vita dei mammiferi, poiché era presente negli enzimi che proteggono dall'ossigeno reattivo e dai radicali liberi. Inoltre, è stata scoperta l'esistenza di amminoacidi come la selenometionina.

Proprietà fisiche e chimiche

Aspetto

Poiché esistono diversi allotropi per il selenio, il suo aspetto fisico varia. Di solito appare come un solido rossastro sotto forma di polvere.

Peso atomico standard

78.971 u

Numero atomico (Z)

3. 4

Punto di fusione

221 ºC

Punto di ebollizione

685 ºC

Densità

La densità del selenio varia a seconda di quale allotropo o polimorfo viene considerato. Alcune delle sue densità determinate a temperatura ambiente sono:

Grigio: 4,819 g / cm ³

Alfa: 4,39 g / cm ³

Vitreo: 4,28 g / cm ³

Stato liquido (punto di fusione): 3,99 g / cm ³

Calore di fusione

Grigio: 6,69 kJ / mol

Calore di vaporizzazione

95,48 kJ / mol

Capacità calorica molare

25,363 J / (mol K)

Numeri di ossidazione

Il selenio può legarsi nei suoi composti manifestando i seguenti numeri o stati di ossidazione: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Tra tutti, i più importanti sono -2 (Se ^2- ), +4 (Se ⁴⁺ ) e +6 (Se ⁶⁺ ).

Ad esempio, in SeO ₂ , il selenio ha un numero di ossidazione di +4; cioè, l'esistenza del Se ⁴⁺ catione (Se ⁴⁺ O ₂ ^2- ) è assunto . Allo stesso modo con SeO ₃ , il selenio ha un numero di ossidazione di +6 (Se ⁶⁺ O ₃ ^2- ).

Nel seleniuro di idrogeno, H ₂ Se, il selenio ha un numero di ossidazione di -2; cioè, di nuovo, si assume l'esistenza dello ione o anione Se ^2- (H ₂ ⁺ Se ^2- ). Questo perché il selenio è più elettronegativo dell'idrogeno.

elettronegatività

2,55 della scala Pauling.

Energia ionizzata

-Primo: 941 kJ / mol.

-Secondo: 2.045 kJ / mol.

-Terzo: 2.973,7 kJ / mol.

Ordine magnetico

Diamagnetico.

Durezza

2.0 sulla scala di Mohs.

Isotopi

Esistono cinque isotopi naturali e stabili del selenio, che vengono mostrati di seguito con le rispettive abbondanze:

- ⁷⁴ Se (0,86%)

- ⁷⁶ Se (9,23%)

- ⁷⁷ Se (7,6%)

- ⁷⁸ Se (23,69%)

- ⁸⁰ Se (49,8%)

Allotropia

Bottiglia con selenio nero rivestito da una sottile pellicola di selenio grigio. Fonte: W. Oelen

Il selenio preparato nelle reazioni chimiche è una polvere rosso mattone amorfa, che una volta sciolta rapidamente dà origine alla forma nera vetrosa, simile ai grani del rosario (immagine in alto). Il selenio nero è un solido fragile e brillante.

Inoltre, il selenio nero è leggermente solubile in solfuro di carbonio. Quando questa soluzione viene riscaldata a 180 ºC, il selenio grigio, il suo allotropo più stabile e denso, precipita.

Il selenio grigio è resistente all'ossidazione ed è inerte all'azione degli acidi non ossidanti. La proprietà principale di questo selenio è la sua fotoconduttività. Quando è illuminato, la sua conduttività elettrica aumenta di un fattore da 10 a 15 volte.

Reattività

Il selenio nei suoi composti esiste negli stati di ossidazione -2, +4 e +6. Mostra una chiara tendenza a formare acidi negli stati di ossidazione più elevati. I composti che hanno selenio con stato di ossidazione -2, sono chiamati seleniuri (Se ^2- ).

Reazione con l'idrogeno

Il selenio reagisce con l'idrogeno per formare il seleniuro di idrogeno (H ₂ Se), un gas incolore, infiammabile e maleodorante.

Reazione con l'ossigeno

Il selenio brucia emettendo una fiamma blu e formando biossido di selenio:

Se ₈ (s) + 8 O ₂ => 8 SeO ₂ (s)

L'ossido di selenio è una sostanza polimerica solida, bianca. La sua idratazione produce acido selenio (H ₂ SeO ₃ ). Il selenio forma anche triossido di selenio (SeO ₃ ), analogo allo zolfo (SO ₃ ).

Reazione con alogeni

Il selenio reagisce con il fluoro per formare esafluoruro di selenio:

Se ₈ (s) + 24 Fa ₂ (g) => 8 SeF ₆ (l)

Il selenio reagisce con cloro e bromo per formare dicloruro di disilenio e dibromuro, rispettivamente:

Se ₈ (s) + 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Segue ₈ (s) + 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

Il selenio può anche formare SeF ₄ e SeCl ₄ .

D'altra parte, il selenio forma composti in cui un atomo di selenio si unisce con uno di alogeno e un altro di ossigeno. Un esempio importante è l'ossicloruro di selenio (SeO ₂ Cl ₂ ), con selenio allo stato di ossidazione +6, un solvente estremamente potente.

Reazione con i metalli

Il selenio reagisce con i metalli per formare seleniuri di alluminio, cadmio e sodio. L'equazione chimica seguente corrisponde a quella della formazione del seleniuro di alluminio:

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

Seleniti

Il selenio forma sali noti come seleniti; ad esempio: selenite d'argento (Ag ₂ SeO ₃ ) e selenito di sodio (Na ₂ SeO ₃ ). Questo nome è stato usato, in un contesto letterario, per riferirsi agli abitanti della Luna: i Seleniti.

Acidi

L'acido più importante nel selenio è l' acido selenico (H ₂ SeO ₄ ). È forte come l'acido solforico e si riduce più facilmente.

Struttura e configurazione elettronica

- Selenio e suoi legami

Il selenio ha sei elettroni di valenza, motivo per cui si trova nel gruppo 16, lo stesso dell'ossigeno e dello zolfo. Questi sei elettroni si trovano negli orbitali 4s e 4p, in base alla loro configurazione elettronica:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

Ha quindi bisogno, come lo zolfo, di formare due legami covalenti per completare il suo ottetto di valenza; sebbene abbia la disponibilità dei suoi orbitali 4d per legarsi con più di due atomi. Pertanto, tre atomi di selenio si uniscono e formano due legami covalenti: Se-Se-Se.

Il selenio con la sua massa atomica più elevata ha una naturale tendenza a formare strutture governate da legami covalenti; invece di essere disposte come molecole biatomiche Se ₂ , Se = Se, analoghe a O ₂ , O = O.

- Anelli o catene

Tra le strutture molecolari che adottano gli atomi di selenio, se ne possono citare in termini generali due: anelli o catene. Si noti che nel caso ipotetico Se ₃ , gli atomi estremi di Se richiedono ancora elettroni; quindi, devono essere legati ad altri atomi, in successione, fino a quando la catena può essere chiusa in un anello.

Gli anelli più comuni sono gli otto membri o atomi di selenio: Se ₈ (una corona di selenite). Perché otto? Perché più piccolo è l'anello, maggiore sarà lo stress che subirà; cioè, gli angoli dei loro legami deviano dai valori naturali fissati dalle loro ibridazioni sp ³ (simile a quanto accade con i cicloalcani).

Poiché ci sono otto atomi, la separazione tra gli atomi di Se-Se è sufficiente in modo che i loro legami siano "rilassati" e non "piegati"; sebbene l'angolo dei suoi collegamenti sia 105,7º e non 109,5º. D'altra parte, potrebbero esserci anelli più piccoli: Se ₆ e Se ₇ .

Unità ad anello di selenio rappresentate da un modello di sfere e barre. Fonte: Benjah-bmm27.

Le unità dell'anello Se ₈ sono mostrate nell'immagine sopra . Notare la somiglianza che hanno con le corone di zolfo; solo che sono più grandi e più pesanti.

Oltre agli anelli, gli atomi di selenio possono anche essere disposti in catene elicoidali (si pensi alle scale a chiocciola):

Catene elicoidali di selenio. Fonte: Materialscientist su Wikipedia in inglese

Alle sue estremità possono esserci doppi legami terminali (-Se = Se), o anelli Se ₈ .

- Allotropi

Tenendo conto che possono esserci anelli elicoidali o catene di selenio, e che le loro dimensioni possono variare anche a seconda del numero di atomi che contengono, allora è evidente che c'è più di un allotropo per questo elemento; cioè, solidi di selenio puro ma con strutture molecolari differenti.

Selenio rosso

Tra gli allotropi più importanti del selenio abbiamo il rosso, che può apparire come una polvere amorfa, o come cristalli monoclinici e polimorfici (vedi immagine degli anelli Se ₈ ).

Nel selenio rosso amorfo le strutture sono disordinate, senza schemi apparenti; mentre nella lente gli anelli stabiliscono una struttura monoclina. Il selenio cristallino rosso è polimorfico, avendo tre fasi: α, β e γ, che differiscono per la loro densità.

Selenio nero

Anche la struttura del selenio nero è costituita da anelli; ma non con otto membri, ma con molti di più, raggiungendo anelli di mille atomi (Se ₁₀₀₀ ). Si dice quindi che la sua struttura sia complessa e costituita da anelli polimerici; alcuni più grandi o più piccoli di altri.

Poiché esistono anelli polimerici di dimensioni diverse, è difficile aspettarsi che stabiliscano un ordine strutturale; quindi anche il selenio nero è amorfo, ma in contrasto con la polvere rossastra menzionata sopra, ha una consistenza vetrosa, sebbene sia fragile.

Selenio grigio

E infine, degli allotropi più semplici del selenio è il grigio, che spicca sugli altri in quanto è il più stabile in condizioni normali, e ha anche un aspetto metallico.

I suoi cristalli possono essere esagonali o trigonali, stabiliti dalle forze di dispersione di Londra tra le sue catene elicoidali polimeriche (immagine in alto). L'angolo dei loro legami è 130,1º, che indica una deviazione positiva dall'ambiente tetraedrico (con angoli di 109,5º).

Ecco perché le catene elicoidali di selenio danno l'impressione di essere "aperte". A titolo di delucubrazione, in questa struttura gli atomi di Se sono uno di fronte all'altro, quindi in teoria deve esserci una maggiore sovrapposizione dei loro orbitali per creare bande di conduzione.

Il calore con l'aumento delle vibrazioni molecolari danneggia queste bande quando le catene si disordinano; mentre l'energia di un fotone influenza direttamente gli elettroni, eccitandoli e promuovendone le transazioni. Da questo punto di vista, è "facile" immaginare la fotoconduttività del selenio grigio.

Dove trovare e produzione

Sebbene sia ampiamente distribuito, il selenio è un elemento raro. Si trova nel suo stato nativo associato a zolfo e minerali come eucairite (CuAgSe), claustalite (PbSe), naumanite (Ag ₂ Se) e crookesite.

Il selenio si trova come un'impurità che sostituisce lo zolfo in una piccola porzione dei minerali solforosi dei metalli; come rame, piombo, argento, ecc.

Ci sono terreni in cui esiste il selenio nella forma solubile di selenati. Questi vengono trasportati dall'acqua piovana ai fiumi e da lì all'oceano.

Alcune piante sono in grado di assorbire e concentrare il selenio. Ad esempio, una tazza di noci del Brasile contiene 544 µg di selenio, una quantità che equivale al 777% della quantità giornaliera raccomandata di selenio.

Negli esseri viventi, il selenio si trova in alcuni amminoacidi, quali: selenometionina, selenocisteina e metilselenocisteina. La selenocisteina e la selenite sono ridotte a seleniuro di idrogeno.

Elettrolisi del rame

Non esiste estrazione del selenio. La maggior parte è ottenuta come sottoprodotto del processo di raffinazione per elettrolisi del rame, che si trova nel limo che si accumula all'anodo.

Il primo passo è la produzione di biossido di selenio. Per questo, il limo anodico viene trattato con carbonato di sodio per produrre la sua ossidazione. Quindi l'acqua viene aggiunta all'ossido di selenio e acidificata per formare acido di selenio.

Infine, l'acido selenio viene trattato con anidride solforosa per ridurlo e ottenere selenio elementare.

In un altro metodo nella miscela del limo e dei fanghi formati nella produzione di acido solforico, si ottiene un selenio rosso impuro che si dissolve in acido solforico.

Si formano quindi acido selenio e acido selenico. Questo acido selenio riceve lo stesso trattamento del metodo precedente.

Può essere utilizzato anche il cloro, che agisce sui seleniuri metallici per produrre composti volatili di selenio clorurato; come: Se ₂ Cl ₂ , SeCl ₄ , SeCl ₂ e SeOCl ₂ .

Questi composti, in un processo effettuato in acqua, vengono convertiti in acido selenico, che viene trattato con anidride solforosa per rilasciare il selenio.

Ruolo biologico

carenza

Il selenio è un oligoelemento essenziale per piante e animali, la cui carenza nell'uomo ha causato gravi disturbi come il morbo di Keshan; una malattia caratterizzata da un danno al miocardio.

Inoltre, la carenza di selenio è associata alla sterilità maschile e può svolgere un ruolo nella malattia di Kashin-Beck, un tipo di artrosi. Inoltre, è stata osservata una carenza di selenio nell'artrite reumatoide.

Cofattore enzimatico

Il selenio è un componente di enzimi ad azione antiossidante, come il glutatione perossidasi e la tioredossina reduttasi che agiscono nell'eliminazione di sostanze con ossigeno reattivo.

Inoltre, il selenio è un cofattore delle deiodinasi dell'ormone tiroideo. Questi enzimi sono importanti per regolare il funzionamento degli ormoni tiroidei.

L'uso del selenio è stato segnalato nel trattamento della malattia di Hasimoto, una malattia autoimmune con formazione di anticorpi contro le cellule tiroidee.

Il selenio è stato anche utilizzato per ridurre gli effetti tossici del mercurio, poiché alcune delle sue azioni sono esercitate su enzimi antiossidanti dipendenti dal selenio.

Proteine ​​e amminoacidi

L'uomo ha circa 25 selenoproteine ​​che esercitano un'azione antiossidante per proteggere dallo stress ossidativo, avviato da un eccesso di specie reattive dell'ossigeno (ROS) e specie reattive dell'azoto (NOS).

Gli amminoacidi selenometiocina e selenocisteina sono stati rilevati nell'uomo. La selenometionina è utilizzata come integratore alimentare nel trattamento degli stati di carenza di selenio.

rischi

Un'elevata concentrazione corporea di selenio può avere numerosi effetti dannosi sulla salute, a partire da capelli fragili e unghie fragili, a eruzioni cutanee, calore, edema della pelle e dolore intenso.

Durante il trattamento del selenio a contatto con gli occhi, le persone possono avvertire bruciore, irritazione e lacrimazione. Nel frattempo, l'esposizione prolungata al fumo ad alto contenuto di selenio può causare edema polmonare, alito d'aglio e bronchite.

Inoltre, la persona può manifestare polmonite, nausea, brividi, febbre, mal di gola, diarrea ed epatomegalia.

Il selenio può interagire con altri medicinali e integratori alimentari, come antiacidi, farmaci antineoplastici, corticosteroidi, niacina e pillole anticoncezionali.

Il selenio è stato associato ad un aumentato rischio di sviluppare il cancro della pelle. Uno studio del National Cancer Institute ha rilevato che gli uomini con un livello corporeo elevato di selenio avevano il doppio delle probabilità di avere un cancro alla prostata aggressivo.

Uno studio indica che l'assunzione giornaliera di 200 µg di selenio aumenta del 50% la possibilità di sviluppare il diabete di tipo II.

applicazioni

Cosmetici

Il solfuro di selenio è utilizzato nel trattamento della seborrea, così come dei capelli grassi o con forfora.

Medici

È usato come medicina alternativa nel trattamento della malattia di Hasimoto, una malattia autoimmune della tiroide.

Il selenio riduce la tossicità del mercurio, una delle sue attività tossiche è esercitata sugli enzimi disossidanti, che utilizzano il selenio come cofattore.

Elettrolisi del manganese

L'uso dell'ossido di selenio nell'elettrolisi del manganese riduce notevolmente i costi della tecnica, poiché riduce il consumo di elettricità.

Pigmento

Il selenio è usato come pigmento in vernici, plastica, ceramica e vetro. A seconda del selenio utilizzato, il colore del vetro varia dal rosso intenso all'arancio chiaro.

Fotoconduttivo

A causa della proprietà del selenio grigio di modificare la propria conducibilità elettrica in funzione dell'intensità della luce che lo irradia, il selenio è stato utilizzato in fotocopiatrici, fotocellule, fotometri e celle solari.

L'uso del selenio nelle fotocopiatrici è stata una delle principali applicazioni del selenio; ma la comparsa di fotoconduttori organici ha diminuito il loro utilizzo.

Cristalli

Il selenio viene utilizzato per lo scolorimento dei vetri, a causa della presenza di ferro che produce un colore verde o giallo. Inoltre permette una colorazione rossa del vetro, a seconda dell'uso che si vuole dargli.

Vulcanizzazione

Il selenio dietilditiocarbonato è usato come agente vulcanizzante per prodotti in gomma.

leghe

Il selenio viene utilizzato in combinazione con il bismuto in ottone, per sostituire il piombo; Elemento molto tossico che ha diminuito il suo utilizzo a causa delle raccomandazioni delle organizzazioni sanitarie.

Il selenio viene aggiunto in basse concentrazioni all'acciaio e alle leghe di rame per migliorare l'usabilità di questi metalli.

Raddrizzatori

I raddrizzatori al selenio iniziarono ad essere utilizzati nel 1933 fino agli anni '70, quando furono sostituiti dal silicio per il suo basso costo e la qualità superiore.

Riferimenti

1. Royal Australian Chemical Institute. (2011). Selenio. . Estratto da: raci.org.au
2. Wikipedia. (2019). Selenio. Estratto da: en.wikipedia.org
3. Sato Kentaro. (Sf). Nuovi allotropi degli elementi del gruppo principale. . Estratto da: tcichemicals.com
4. Dottor Dough Stewart. (2019). Fatti dell'elemento selenio. Chemicool. Estratto da: chemicool.com
5. Robert C. Brasted. (28 agosto 2019). Selenio. Encyclopædia Britannica. Estratto da: britannica.com
6. Marques Miguel. (Sf). Selenio. Estratto da: nautilus.fis.uc.pt
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 luglio 2019). Fatti sul selenio. Estratto da: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Tavola periodica: selenio. Estratto da: lenntech.com
9. Tinggi U. (2008). Selenio: il suo ruolo come antiossidante nella salute umana. Salute ambientale e medicina preventiva, 13 (2), 102-108. doi: 10.1007 / s12199-007-0019-4
10. Ufficio degli integratori alimentari. (9 luglio 2019). Selenio: scheda informativa per professionisti della salute. Istituto Superiore di Sanità. Estratto da: ods.od.nih.gov