硒：历史，性质，结构，获得，用途 - 化学 - 2025

的硒是属于周期表的第16族和其被表示由符号是一个非金属的化学元素。该元素在硫和碲之间具有中间性质，它们是同一族的成员。

硒是由JöhsJ. Berzelius和John G. Gahn在1817年发现的，他们在蒸发黄铁矿时观察到红色残留物（下图）。最初，他们将其与碲混淆，但是后来，他们意识到他们正在处理一种新元素。

一瓶无定形红色硒，该元素是最著名的同素异形体。资料来源：W. Oelen

Berzelius基于“ selene”（意为“月亮女神”）的名称命名了新元素硒。硒是植物和动物必不可少的微量元素，尽管高浓度时它是一种有毒元素。

硒具有三种主要的同素异形体形式：红色，黑色和灰色。后者具有根据其辐射的光（光电导体）的强度来改变其电导率的特性，对此它具有许多应用。

硒广泛分布在地壳中，但是其中所含的矿物质并不丰富，因此不会开采硒。

它主要是作为铜电解精炼过程的副产品获得的。硒积聚在电解池阳极处的淤泥中。

人类拥有约25种硒蛋白，其中一些具有抗氧化作用并控制自由基的产生。另外，还有硒的氨基酸，例如硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸。

历史

初次观察

炼金术士阿诺德·德·比利亚诺瓦（Arnold de Villanova）可能在1230年观察到硒。他在巴黎的索邦大学接受医学训练，甚至是教皇克莱门特五世的医师。

Villanova在他的《 Rosarium Philosophorum》一书中描述了一种红色的硫，即在蒸发掉硫之后留在熔炉中的“硫余烬”。这种红色的硫可能是硒的同素异形体。

发现

1817年，JöhsJakob Berzelius和John Gottlieb Gahn在瑞典Gripsholm附近的一家化工厂生产硫酸的过程中发现了硒。制备酸的原料是黄铁矿，黄铁矿是从法轮矿中提取的。

硫磺燃烧后，残留在铅容器中的红色残留物使Berzelius震惊。

另外，Berzelius和Gahn观察到红色残留物具有强烈的辣根味，类似于碲。这就是为什么他给他的朋友Marect写信的原因，他们认为观察到的沉积物是碲化合物。

但是，贝塞留斯继续分析焚烧黄铁矿时沉积的材料，并重新考虑在法轮矿中未发现碲。他在1818年2月得出结论说，他发现了一个新元素。

名字的由来

Berzelius指出，新元素是硫和碲的组合，碲与新元素的相似性使他有机会命名新物质硒。

Berzelius解释说“ tellus”是指地球上的女神。1799年，马丁·克拉波特（Martin Klaport）将此名称命名为碲，并写道：“没有一个元素被称为那个。这必须要完成！ ”

由于碲与新物质的相似性，Berzelius用硒这个词来命名，硒这个词源于希腊语“ selene”，意思是“月球女神”。

开发应用程序

1873年，威洛比·史密斯（Willoughby Smith）发现硒的电导率取决于辐射它的光。该特性使硒具有许多应用。

1979年，亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）在他的照相手机中使用了硒。硒产生的电流与照亮硒的光的强度成正比，用于测光表，用于打开和关闭门的安全装置等。

硒整流器在电子产品中的使用始于1930年代，具有许多商业应用。在1970年代，它被硅代替在整流器中。

1957年，人们发现硒是哺乳动物生命中必不可少的元素，因为硒存在于防止活性氧和自由基的酶中。此外，发现了诸如硒代蛋氨酸的氨基酸的存在。

物理和化学特性

出现

由于硒存在多种同素异形体，因此其物理外观会有所不同。它通常以粉末形式显示为微红色固体。

标准原子量

78.971你

原子序数（Z）

3. 4

熔点

221摄氏度

沸点

685度

密度

硒的密度随所考虑的同素异形体或多晶型物而异。在室温下确定的一些密度是：

灰色：4.819克/厘米³

阿尔法：4.39 g / cm ³

玻璃体：4.28 g / cm ³

液态（熔点）：3.99 g / cm ³

熔化热

灰色：6.69 kJ / mol

汽化热

95.48 kJ /摩尔

摩尔热容量

25.363 J /（摩尔K）

氧化数

硒可以其化合物结合，表现出以下数字或氧化态：-2，-1，+ 1，+ 2，+ 3，+ 4，+ 5，+ 6。其中最重要的是-2（Se ^2-），+ 4（Se ⁴⁺）和+6（Se ⁶⁺）。

例如，在SeO _2中，硒的氧化值为+4；硒的氧化值为+4。即，假设存在Se ⁴⁺阳离子（Se ⁴⁺ O ₂ ^2-）。与SeO ₃相似，硒的氧化数为+6（Se ⁶⁺ O ₃ ^2-）。

在硒化氢H ₂ Se中，硒的氧化值为-2；即，再次假设存在离子或阴离子Se ^2-（H ₂ ⁺ Se ^2-）。之所以如此，是因为硒比氢更具负电性。

电负性

鲍林标度为2.55。

电离能

-第一：941 kJ / mol。

-第二：2,045 kJ / mol。

-第三：2,973.7 kJ / mol。

磁阶

抗磁性。

硬度

莫氏刻度为2.0。

同位素

硒有五种自然且稳定的同位素，其丰度如下所示：

- ⁷⁴硒（0.86％）

- ⁷⁶硒（9.23％）

- ⁷⁷硒（7.6％）

- ⁷⁸硒（23.69％）

- ⁸⁰硒（49.8％）

同素异形体

黑色硒瓶上涂有灰色硒薄膜。资料来源：W. Oelen

在化学反应中制备的硒是砖红色的无定形粉末，当快速熔化时会生成玻璃状黑色形式，类似于念珠（上图）。黑色硒是一种脆而有光泽的固体。

而且，黑色硒微溶于硫化碳。当该溶液加热到180ºC时，会沉淀出最稳定，密度最高的同素异形体灰色硒。

灰硒具有抗氧化性，并且对非氧化性酸呈惰性。这种硒的主要特性是其光电导性。照亮时，其电导率增加10到15倍。

反应性

硒化合物中的氧化态为-2，+ 4和+6。它显示出明显的趋势，即在较高的氧化态下会形成酸。硒具有氧化态-2的化合物称为硒化物（Se ^2-）。

与氢反应

硒与氢反应形成硒化氢（H ₂ Se），这是一种无色，易燃，恶臭的气体。

与氧气反应

硒燃烧产生蓝焰并形成二氧化硒：

Se ₈（s）+ 8 O ₂ => 8 SeO ₂（s）

氧化硒是一种固态的白色聚合物。其水合产生亚硒酸（H ₂的SeO ₃）。硒还形成三氧化硒（SeO ₃），类似于硫（SO ₃）。

与卤素反应

硒与氟反应形成六氟化硒：

Se ₈（s）+ 24 F ₂（g）=> 8 SeF ₆（l）

硒与氯和溴反应，分别形成二氯化二ileium和二溴化diensenium：

Se ₈（s）+ 4 Cl ₂ => 4 Se ₂ Cl ₂

Se ₈（s）+ 4 Br ₂ => 4 Se ₂ Br ₂

硒还可以形成海基会₄和SECL ₄。

另一方面，硒形成其中硒原子与卤素之一和氧另一个结合的化合物。一个重要的例子是氯氧化硒（SeO ₂ Cl ₂），硒的+6氧化态是一种非常强大的溶剂。

与金属反应

硒与金属反应形成铝，镉和钠的硒化物。以下化学方程式对应于硒化铝的化学方程式：

3 Se ₈ + 16 Al => 8 Al ₂ Se ₃

亚硒酸盐

硒形成盐，称为亚硒酸盐；例如：亚硒酸银（AG ₂的SeO ₃）和硒钠（Na ₂的SeO ₃）。在文学上，这个名字曾被用来指代月球上的居民：亚硒酸钠。

酸类

硒中最重要的酸是硒酸（H ₂ SeO ₄）。它与硫酸一样强，更容易还原。

结构和电子配置

-硒及其链接

硒具有六个价电子，这就是为什么它与氧和硫一样位于第16组的原因。根据它们的电子结构，这六个电子位于4s和4p轨道中：

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

因此，它需要像硫一样，形成两个共价键以完成其八位价键。尽管它具有4d轨道可与两个以上原子键合的功能。因此，三个硒原子聚集在一起并形成两个共价键：Se-Se-Se。

原子质量最高的硒具有形成共价键的自然趋势。而不是排列成双原子分子Se ₂，Se = Se，类似于O ₂，O =O。

-戒指或链子

在硒原子采用的分子结构中，通常可以提及两个：环或链。请注意，在假设的Se ₃情况下，极端的Se原子仍需要电子。因此，它们必须连续键合到其他原子上，直到链可以闭合成环为止。

最常见的环是八元环或硒原子：Se ₈（亚硒酸盐冠）。为什么是八个？因为环越小，承受的压力就越大；也就是说，它们的键角偏离了其sp ³杂交所设定的自然值（类似于环烷所发生的情况）。

由于有八个原子，Se-Se原子之间的间隔足够大，因此它们的键“松弛”而不是“弯曲”；尽管其链接的角度是105.7º，而不是109.5º。另一方面，可能有较小的环：Se ₆和Se ₇。

硒的环单位由球形和条形模型表示。资料来源：Benjah-bmm27。

上图显示了Se ₈环单元。注意它们与硫磺冠的相似之处；只有它们更大，更重。

除环外，硒原子还可以按螺旋链排列（请考虑螺旋楼梯）：

螺旋硒链。资料来源：英语维基百科的材料科学家

在其末端可能有末端双键（-Se = Se）或Se ₈环。

-同素异形体

考虑到可能存在硒的螺旋环或链，并且硒的尺寸也可以根据其所包含的原子数而变化，因此很明显该元素有不止一种同素异形体。即纯硒固体，但分子结构不同。

红硒

在硒最显着的同素异形体中，我们有红色，它可能以无定形粉末或单斜晶和多晶形晶体的形式出现（参见Se ₈环的图像）。

在无定形红色硒中，结构无序，没有明显的模式。而在晶状体中，环形成单斜结构。红色结晶硒是多晶型的，具有三个相：α，β和γ，它们的密度不同。

黑硒

黑色硒的结构也由环组成；但没有八个成员，但有更多成员，可以达到一千个原子的环（Se ₁₀₀₀）。据说它的结构很复杂，由聚合物环组成。一些比其他更大或更小。

由于存在不同尺寸的聚合物环，因此很难期望它们能建立结构顺序。因此，黑色硒也是无定形的，但与上述微红色粉末相比，它虽然具有脆性，但具有玻璃质感。

灰硒

最后，硒的最简单的同素异形体是灰色的，它在其他条件下最突出，因为它在正常条件下是最稳定的，并且还具有金属外观。

它的晶体可以是六边形或三角形的，这是由其聚合物螺旋链之间的伦敦色散力确定的（上图）。它们的结合角为130.1º，表明与四面体周围环境成正偏差（角度为109.5º）。

这就是为什么硒螺旋链给人以“开放”的印象的原因。通过阐明，在该结构中，Se原子彼此面对，因此，从理论上讲，它们的轨道必须有更大的重叠，才能产生导带。

当链变得无序时，随着分子振动增加的热量会破坏这些带。而光子的能量直接影响电子，激发电子并促进其交易。从这个角度出发，可以很容易地想象出灰色硒的光电导性。

在哪里找到和生产

尽管硒分布广泛，但它是一种稀有元素。它以其天然状态与硫和矿物质（如辉绿岩（CuAgSe），方石英（PbSe），钠锰矿（Ag ₂ Se）和方铁矿）相关。

硒是一种杂质，可替代一小部分金属含硫矿物中的硫。例如铜，铅，银等

在土壤中硒以硒酸盐的可溶形式存在。这些被雨水带到河流，再从那里到海洋。

一些植物能够吸收和浓缩硒。例如，一杯巴西坚果中含有544 µg硒，该含量等于每日建议硒含量的777％。

在生物中，硒存在于一些氨基酸中，例如：硒代蛋氨酸，硒代半胱氨酸和甲基硒代半胱氨酸。硒代半胱氨酸和亚硒酸盐被还原为硒化氢。

电解铜

没有开采硒。它的大部分是作为铜电解提纯过程的副产品获得的，该副产品存在于堆积在阳极的淤泥中。

第一步是生产二氧化硒。为此，用碳酸钠处理阳极淤泥以产生其氧化。然后将水加到氧化硒中并酸化形成硒酸。

最后，用二氧化硫处理亚硒酸以还原它并获得元素硒。

在硫酸生产中形成的淤泥和淤泥的混合物的另一种方法中，获得了不纯的红色硒，其溶解在硫酸中。

然后形成亚硒酸和亚硒酸。该硒酸接受与先前方法相同的处理。

也可以使用氯，它作用于金属硒化物以产生挥发性的氯化硒化合物。例如：Se ₂ Cl ₂，SeCl ₄，SeCl ₂和SeOCl ₂。

这些化合物在水中进行的过程中被转化为硒酸，然后用二氧化硫处理以释放出硒。

生物作用

不足

硒是动植物必需的微量元素，人的缺乏导致了严重的疾病，如克山病。以心肌损害为特征的疾病。

另外，硒缺乏与男性不育有关，并且可能在骨关节炎的一种类型的Kashin-Beck疾病中起作用。另外，在类风湿性关节炎中已经观察到硒缺乏。

酶辅因子

硒是具有抗氧化作用的酶的一种成分，例如谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶，可通过活性氧消除物质。

另外，硒是甲状腺激素脱碘酶的辅因子。这些酶在调节甲状腺激素的功能中很重要。

据报道，硒的使用可治疗Hasimoto病，这是一种自身免疫性疾病，可形成针对甲状腺细胞的抗体。

硒还被用来减少汞的毒性作用，因为它的某些作用作用于硒依赖性抗氧化剂。

蛋白质和氨基酸

人体内约有25种硒蛋白，它们通过过量的活性氧（ROS）和活性氮（NOS）发挥抗氧化作用，以抵抗氧化应激。

在人类中已经检测到硒代硫霉素和硒代半胱氨酸的氨基酸。硒蛋氨酸被用作饮食补充剂来治疗硒缺乏症。

风险性

体内高浓度的硒会对健康产生许多有害影响，从脆弱的头发和脆弱的指甲开始，会引起皮疹，发热，皮肤水肿和剧烈疼痛。

当接触眼睛接触硒时，人们可能会感到灼痛，刺激和流泪。同时，长时间暴露于含硒量高的烟雾中会导致肺水肿，大蒜呼吸和支气管炎。

此外，此人可能会发生肺炎，恶心，发冷，发烧，嗓子痛，腹泻和肝肿大。

硒可以与其他药物和膳食补充剂相互作用，例如抗酸剂，抗肿瘤药，皮质类固醇，烟酸和避孕药。

硒与患皮肤癌的风险增加有关。美国国家癌症研究所的一项研究发现，硒含量高的男性患前列腺癌的可能性是男性的两倍。

一项研究表明，每天摄入200 µg硒会使II型糖尿病患病的可能性增加50％。

应用领域

化妆品

硫化硒用于治疗皮脂溢以及油腻或头皮屑的头发。

医生

它被用作治疗Hasimoto病（一种甲状腺自身免疫性疾病）的替代药物。

硒可降低汞的毒性，其毒性活性之一是对脱氧酶的作用，脱氧酶使用硒作为辅助因子。

锰电解

在锰的电解中使用氧化硒大大降低了该技术的成本，因为它减少了电力消耗。

颜料

硒在油漆，塑料，陶瓷和玻璃中用作颜料。根据所使用的硒，玻璃的颜色从深红色到浅橙色不等。

光电导

由于灰色硒具有随其发出的光的强度而改变其电导率的特性，因此硒已用于复印机，光电池，光度计和太阳能电池。

硒在复印机中的使用是硒的主要应用之一。但是有机光电导体的出现一直在减少其使用。

水晶

由于存在绿色或黄色的铁，硒被用于使玻璃褪色。另外，根据您要使用的玻璃，它可以使玻璃呈现红色。

硫化

二乙基二硫代碳酸硒用作橡胶产品的硫化剂。

合金类

硒与黄铜中的铋结合使用，以代替铅。由于卫生组织的建议，剧毒元素正在减少使用。

硒以低浓度添加到钢和铜合金中，以提高这些金属的可用性。

整流器

硒整流器从1933年开始使用，直到1970年代，由于其低成本和高品质，被硅替代。

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