סלניום (Se), יסוד כימי בקבוצת החמצן (קבוצה 16 [VIa] של הטבלה המחזורית), בעל קשר הדוק בתכונות כימיות ופיזיקליות עם היסודות גופרית וטוריום. סלניום הוא נדיר ומרכיב כ- 90 חלקים למיליארד מקרום כדור הארץ. הוא נמצא לעיתים ללא גיבוי, מלווה בגופרית טבעית, אך נמצא לעתים קרובות יותר בשילוב מתכות כבדות (נחושת, כספית, עופרת או כסף) בכמה מינרלים. המקור המסחרי העיקרי לסלניום הוא כתוצר לוואי של זיקוק נחושת; השימושים העיקריים שלו הם בייצור ציוד אלקטרוני, בפיגמנטים ובייצור זכוכית. סלניום הוא מטאלואיד (אלמנט ביניים בתכונות בין המתכות ללא-מתכות). הצורה האפרורית והמתכתית של האלמנט היא היציבה ביותר בתנאים רגילים; יש לצורה זו תכונה יוצאת דופן של הגדלה משמעותית במוליכות החשמלית כאשר היא נחשפת לאור. תרכובות סלניום רעילות לבעלי חיים; צמחים הגדלים בקרקעות סלניום עשויים לרכז את היסוד ולהיות רעילים.
אלמנט קבוצת חמצן: התרחשות טבעית ושימושים
סלניום האלמנט (סמל Se) הוא נדיר בהרבה מחמצן או גופרית, וכולל כ -90 חלקים למיליארד מקרום הקרום של
.מאפייני אלמנט
| מספר אטומי | 34 |
|---|---|
| משקל אטומי | 78.96 |
| המוני איזוטופים יציבים | 74, 76, 77, 78, 80, 82 |
| נקודת המסה | |
| אמורפי | 50 מעלות צלזיוס |
| אפור | 217 מעלות צלזיוס |
| נקודת רתיחה | 685 מעלות צלזיוס |
| צפיפות | |
| אמורפי | 4.28 גרם / ס"מ 3 |
| אפור | 4.79 גרם / ס"מ 3 |
| מצבי חמצון | −2, +4, +6 |
| תצורת האלקטרון | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 |
היסטוריה
בשנת 1817 הכימאי השוודי ג'ונס ג'ייקוב ברזליוס ציין חומר אדום שמקורו בעפרות גופרתי ממוקשים של פאלון, שוודיה. כשנחקר החומר האדום הזה בשנה שלאחר מכן, הוא הוכיח את היותו גורם ונקרא על שם הירח או אלת הירח סלין. עפרות בעלות תכולת סלניום גבוהה במיוחד, התגלתה על ידי ברזליוס ימים ספורים לפני שהגיש את דיווחו לחברות המדעיות בעולם בנושא סלניום. חוש ההומור שלו ניכר בשמו שהעניק לעפרות, אקוקרייט, כלומר "בדיוק בזמן."
אירוע ושימושים
שיעור סלניום קרום כדור הארץ הוא כ 10 -5 עד 10 -6 אחוזים. זה הושג בעיקר מקווי האנודה (משקעים וחומרים שיוריים מהאנודה) בזיקוק אלקטרוליטי של נחושת וניקל. מקורות אחרים הם אבק הפליטה בייצור נחושת ועופרת והגזים הנוצרים בפיריטים צלויים. סלניום מלווה נחושת בזיקוק של אותה מתכת: כ- 40 אחוז מהסלניום שנמצא בעפרות המקוריות עשויים להתרכז בנחושת המופקדת בתהליכים אלקטרוליטיים. ניתן להשיג בערך 1.5 קילוגרם סלניום מטון נחושת מומסת.
כשהוא משולב בכמויות קטנות בכוס, סלניום משמש כמסיס צבע. בכמויות גדולות יותר הוא מקנה לזכוכית צבע אדום בהיר שימושי באורות האות. האלמנט משמש גם בייצור אמיילים אדומים לקרמיקה וכלי פלדה, כמו גם לוולקניזציה של גומי כדי להגביר את ההתנגדות לשחיקה.
מאמצי השכלול סלניום הם הגדולים ביותר בגרמניה, יפן, בלגיה ורוסיה.
אלוטרופיה
האלוטרופיה של סלניום אינה נרחבת כמו זו של גופרית, והאלוטרופיות לא נחקרו באופן יסודי. רק שני זנים קריסטליים של סלניום מורכבים ממולקולות Se 8 מחזוריות: ייעודיות α ו- β, שניהם קיימים כגבישים מונוקליניים אדומים. אלוטרופ אפור בעל תכונות מתכתיות נוצר על ידי שמירה על כל אחת מהצורות האחרות על 200-220 מעלות צלזיוס והיא היציבה ביותר בתנאים רגילים.
סוג של סלניום אמורפי (לא קריסטלי), אדום, אבקתי, נוצר כאשר פתרון של חומצה סלנית או אחת ממלחותיו מטופל עם דו תחמוצת הגופרית. אם התמיסות מדוללות מאוד, חלקיקים עדינים במיוחד מסוג זה מניבים השעיה קולואידלית אדומה ושקופה. זכוכית אדומה צלולה נובעת מתהליך דומה שמתרחש כאשר מטפלים בזכוכית מותכת המכילה סלניטים בפחמן. זן סלניום כמעט מזוגג וכמעט שחור נוצר על ידי קירור מהיר של שינויים אחרים מטמפרטורות מעל 200 מעלות צלזיוס. המרה של צורה זגוגית זו לאלוטרופים האדומים והגבישיים מתרחשת עם חימום אותה מעל 90 מעלות צלזיוס או על ידי שמירתו במגע עם ממסים אורגניים, כמו כלורופורם, אתנול או בנזן.
הכנה
סלניום טהור מתקבל מהרפש והבוצה הנוצרים בייצור חומצה גופרתית. הסלניום האדום הטמא מומס בחומצה גופרתית בנוכחות חומר חמצון, כגון אשלגן חנקתי או תרכובות מסוימות של מנגן. שניהם חומצה selenious, H 2 SEO 3, וחומצה סילינית, H 2 SEO 4, נוצרות וניתן שנדף מן החומר מסיס שיורית. שיטות אחרות מנצלות חמצון באוויר (צלייה) ומחמם עם נתרן קרבונט בכדי לתת סלניט נתרן מסיס, Na 2 SeO 3 · 5H 2 O, ונתרן סלנט, Na 2 SeO 4. ניתן להשתמש בכלור גם: פעולתו על סלנידים ממתכת מייצרת תרכובות נדיפות הכוללות סלניום דיכלוריד, SeCl 2; סלניום טטרכלוריד, SeCl 4; דיסלניום דיכלוריד, Se 2 Cl 2; וסילניום אוקסיכלוריד, SeOCl 2. בתהליך אחד, תרכובות סלניום אלו מומרות על ידי מים לחומצה סלנית. הסלניום מתאושש סופית על ידי טיפול בחומצה הסלנית עם דו תחמוצת הגופרית.
סלניום הוא מרכיב נפוץ בעפרות המוערכים כתכולתם בכסף או נחושת; היא מתרכזת בשפכים שהופקדו במהלך הטיהור האלקטרוליטי של המתכות. פותחו שיטות להפרדת סלניום מהרזים הללו, המכילים גם מעט כסף ונחושת. המסת הרפש יוצרת סלניום כסף, Ag 2 Se ונחושת (I) סלניד, Cu 2 Se. הטיפול בסלנידים אלה עם חומצה היפוכלורית, HOCl, מעניק סלניטים וסלינים מסיסים, אותם ניתן להפחית באמצעות דו תחמוצת הגופרית. טיהור סופי של סלניום מתבצע על ידי זיקוק חוזר ונשנה.
תכונות פיזיקליות-חשמליות
המאפיין הפיזי הבולט ביותר של סלניום גבישי הוא המוליכות הפוטו שלו: עם תאורה, המוליכות החשמלית עולה פי אלף. תופעה זו נובעת מקידום או עירור של אלקטרונים המוחזקים באופן רופף יחסית על ידי אור למצבי אנרגיה גבוהים יותר (המכונים רמות ההולכה), ומאפשרים נדידת אלקטרונים, וכך, מוליכות חשמלית. לעומת זאת האלקטרונים של מתכות טיפוסיות נמצאים כבר ברמות הולכה או פס, המסוגלים לזרום תחת השפעת כוח אלקטרומוטיבי.
ההתנגדות החשמלית של סלניום משתנה על פני טווח אדיר, תלוי במשתנים כמו אופי האלוטרופ, זיהומים, שיטת הזיקוק, הטמפרטורה והלחץ. מרבית המתכות אינן מסיסות בסלניום, וזיהומים לא מתכתיים מגבירים את ההתנגדות.
תאורה של סלניום גבישי למשך 0.001 שניה מגדילה את המוליכות שלו בגודל של 10 עד 15 פעמים. אור אדום יעיל יותר מאור באורך גל קצר יותר.
יתרון של תכונות פוטואלקטריות ורגישות לאור זו של סלניום בבניית מגוון מכשירים שיכולים לתרגם וריאציות בעוצמת האור לזרם חשמלי ומשם להשפעות חזותיות, מגנטיות או מכניות. התקני אזעקה, התקני פתיחה וסגירה מכניים, מערכות בטיחות, טלוויזיה, סרטי קול וסרוגרפיה תלויים במאפיין מוליכים למחצה ורגישות לאור של סלניום. תיקון זרם חשמלי מתחלף (המרה לזרם ישר) נעשה במשך שנים על ידי מכשירים מבוקרים סלניום. יישומים רבים לתא פוטו המשתמשים בסלניום הוחלפו על ידי מכשירים אחרים המשתמשים בחומרים רגישים יותר, זמינים יותר וייצור קל יותר מאשר סלניום.
