非金属稀有元素
(英文名:selenium)是一种化学元素,元素符号为Se,原子序数为34,位于第四周期第ⅥA族,属于p区元素,其电子排布为[Ar]3d¹º4s²4p⁴。硒是一种非金属元素。硒的存在形式为无定形或结晶的红色至灰色固体,其中最稳定的形式为灰硒。硒不溶于水和酒精,溶于二硫化碳(室温下的溶解度为2 mg/100 mL),溶于乙醚氰化钾水溶液亚硫酸钾溶液或稀苛性碱水溶液等。硒是p型导体,具有一定的光学性质。
硒在地表的地理分布极不均匀,同时很难独立成矿(在岩浆期后的热液活动阶段,且硫逸度低的条件下可以形成大量硒的独立矿物;也可以通过沉积形成),常以重金属硒化物形式的矿物作为伴生矿物存在。
硒的价电子排布为4s²4p⁴,常以+4、+6和-2价态出现在化合物中,其中最稳定的价态为+4。硒的化学性质活泼,硒不与非氧化性酸发生反应,但可与碱或氧化性酸在一定条件下发生氧化反应;硒可以与卤族元素发生卤化反应,同时,硒还可以与不饱和烃配位化合物中的M-M(M为金属)复键发生加成反应应。
硒在自然界中稳定存在的同位素有6个[1,9],分别为:⁷⁴Se、⁷⁶Se、⁷⁷Se、⁷⁸Se和⁸²Se,在自然界中的丰度分别为0.889%、9.336%、7.635%、23.772%、49.607%和8.731%。
硒主要以铜电解阳极泥和硫酸工业酸泥等为原料制备提取。
硒是人及其他哺乳动物生理密切相关的微量元素之一,在抗癌、抗衰老、解毒和对抗某些疾病等方面有着巨大作用。
硒的应用广泛,借助硒的许多特性可广泛用于医疗、合金、橡胶、电子、玻璃和颜料等产业中。
发现历史
1817年8月,瑞典化学家永斯·贝采利乌斯(Jöns Jacob Berzelius,1779-1848)和瑞典化学家约翰·戈特利布·加恩(Johan Gottlieb Gahn,1845-1818)在Gripsholm化工厂中研究硝酸硫酸的相关生产技术问题。工厂前主人发现了在使用黄铁矿三硫化二铁)制备硫酸时,底部铅室会出现红色污泥。当时,这种红色物质被认为是一种砷化物
在此之后贝采利乌斯和盖恩对该红色污泥进行了研究分析。二人通过焙烧大量的黄铁矿获得了微量的红色物质,之后对该物质进行分析时,发现该物质可能存在。但永斯·贝采利乌斯对该结果表示怀疑。
1818年初,贝采利乌斯在斯德哥尔摩实验室重复该实验,并得出污泥含有一种新的元素的结论。之后贝采利乌斯对该元素进行了实验分析,发现该元素与碲类似,最终以硒(希腊语意为月亮)命名该元素。
在此之后,贝采利乌斯通过实验确定了硒的许多性质,更加证实了硒为一种新元素。1818年,贝采利乌斯在他的化学教科书中给出了90种不同的硒化合物的组成和元素本身的原子量。
1873年,英国工程师威洛比·史密斯(Willoughby Smith)发现了硒的光电导效应,同时首先实现了硒的商业作用,硒是最早应用的元素半导体材料
1956年,在砂岩铀矿中发现了一种天然硒,这种天然硒呈毡状展布,紫灰色针状晶体形态。
1983年,发现自燃褐煤矿顶板含有天然硒。
分布情况
相关含量
硒矿物
硒在地表的地理分布极不均匀,同时很难独立成矿(在岩浆期后的热液活动阶段,且硫逸度低的条件下可以形成大量硒的独立矿物;也可以通过沉积形成),常以重金属硒化物形式的矿物作为伴生矿物存在。
对于独立硒矿床,主要有可分为两种,分别为热液型矿床和沉积型矿床。对于热液型矿床,存在的较大矿床在玻利维亚的帕卡哈卡矿床,其中硒矿体呈脉状产于破碎带内。对于沉积型矿床即位于湖北恩施的鱼塘坝硒矿床,该矿床赋存在由碳质硅盐、黑色页岩石煤组成的硅岩构造中。
硒可与16种元素生成天然化合物作为许多矿物的主要成分和某些矿物(如硫化矿)的次要成分。较为常见的硒矿物有硒铊银铜矿[(CuTlAg)₂Se]和硒铅矿(PbSe),同时在重金属矿中,硒常以Cu₂Se、Ag₂Se和HgSe等硒化物的形式出现。在黄铜矿、方铅矿和闪锌矿等矿物中,都含有一定程度的硒。
硒循环
土壤中的硒主要来自于成土母质。富硒土壤和煤层是高硒土壤的主要来源,页岩中的硒的含量通常较高;水体中的硒主要来来自于岩石中硒的萃取、对土壤的淋溶、大气降沉及工业排放;大气中的硒主要来自于火山喷发、人类燃煤燃油以及微生物的代谢。硒的地球化学循环主要受到地质构造、地貌景观和气候等因素影响控制。下图为硒的环境地球化学过程示意图。
生理作用
1973年,世界卫生组织(WHO)和国际营养组织确认硒是人及其他哺乳动物生理密切相关的微量元素之一。适量的硒对人体起到营养促进的作用(主要通过与酶蛋白结合发挥抗氧化作用),缺硒会影响身体健康(主要通过影响许多调节机体代谢酶的活性),同时体内硒过剩也会引起硒中毒。因此硒具备营养、毒性、解毒三种生物学功能,也被叫做“生命保护剂”。缺硒可造成一系列疾病,如缺硒可能会导致人体患克山病大骨节病
解毒作用
对免疫功能和衰老的影响
建议摄入标准及膳食来源
物质结构
理化性质
物理性质
硒的存在形式为无定形或结晶的红色至灰色固体,其中最稳定的形式为灰硒。硒的沸点为684.9 °C,熔点为220.8 ℃(灰硒)。α型硒的密度为4.39 g/cm³,灰硒的密度为4.809 g/cm³,玻璃态硒的密度为4.28g/cm³。硒不溶于水和酒精,溶于二硫化碳(室温下的溶解度为2 mg/100 mL),溶于乙醚氰化钾水溶液、亚硫酸钾溶液或稀苛性碱水溶液等。硒是p型导体具有一定的光学性质。
化学性质
氧化还原反应
卤化反应
加成反应
硒可以和不饱和烃配位化合物中的M-M(M为金属)复键发生加成反应。
插入反应
其他
同位素
化合物
硒在人体内的生物作用是依靠其氧化数变化和有机硒与无机硒的相互转化来实现的。
如二甲基硒(CH₃)₂Se,硒醚R₂Se,硒代半胱氨酸Se-Cys等。
制备方法
以铜电解阳极泥为原料
硫酸焙烧法
向含硒、碲等其他元素的、铅或阳极泥中倒入一定比重的硫酸,在反应室内一定温度的温度焙烧一定时间后,大部分的硒会以SeO₂的形式挥发,与此同时,SeO₂会立即与水作用形成亚硒酸。在一定温度条件下处理采用二氧化硫气体对所获得的亚硒酸进行还原即可获得一定纯度的粗硒。对所获得得粗硒进行进一步蒸馏提纯即可获得纯度较高的高纯硒。
整个过程的化学反应表达式如下:
纯碱焙烧法
将含硒、碲等其他元素的铜、铅或镍阳极泥脱铜处理后,在一定温度下配入纯碱后鼓风烧结。使原料中的硒转变为亚硒酸钠或硒酸钠,再通过水浸,之后可选择加入盐酸后,用Fe2(SO4)3·9H2O将六价硒还原为四价硒后通入二氧化硫沉出粗细,也可将水浸液浓缩获得干渣,在一定温度下加碳还原获得硒化钠,经过溶解后通入空气处理获得粗硒。
整个过程得化学反应表达式如下:
以硫酸工业酸泥为原料
以天然硫或二硫化铁为原料制备硫酸时,原料中的硒会以单质或硒氧化物的形式随二氧化硫进入烟气,最终会沉降形成硒酸泥。
应用领域
医疗
合金
橡胶
硒可用作代替橡胶生产的硫化剂,向天然橡胶和苯乙烯-聚丁橡胶中加入天然硒或二乙基硫甲氨酸硒可提高其硫化率,改善无硫或低硫橡胶的老化及机械性能。同时也是良好的抗氧化剂、粘接剂和聚合作用添加剂,可提高聚纤维与橡胶的附着力。
电子
玻璃
硒广泛用于玻璃脱色,用作消除玻璃中铁杂质带来的绿色。常以硒、亚硒酸钠和亚硒酸钡等形式用作玻璃脱色剂用于器皿玻璃。掺硒量的不同可以使玻璃呈现不同的颜色,如玫瑰色、赤褐色、颜色以及暗褐色。加硒量 0.6%时制得的黑色玻璃,具有削弱闪光及隔热特性,可用作节能材料。
颜料
安全事宜
危险性
GHS分类:
H301:吞咽会中毒 [危险急性毒性,口服]
H331:吸入会中毒 [危险急性毒性,吸入]
H373:长期或反复接触会对器官造成损害 [警告特定目标器官毒性,反复接触]
H413:可能对水生生物造成长期持续有害影响[危害水生环境,长期危害]
毒性
硒污染
健康危害
防治措施
贮存运输
急救措施
参考资料
..2023-01-18
..2023-01-18
..2023-01-18
目录
概述
发现历史
分布情况
相关含量
硒矿物
硒循环
生理作用
解毒作用
对免疫功能和衰老的影响
建议摄入标准及膳食来源
物质结构
理化性质
物理性质
化学性质
氧化还原反应
卤化反应
加成反应
插入反应
其他
同位素
化合物
制备方法
以铜电解阳极泥为原料
硫酸焙烧法
纯碱焙烧法
以硫酸工业酸泥为原料
应用领域
医疗
合金
橡胶
电子
玻璃
颜料
安全事宜
危险性
毒性
硒污染
健康危害
防治措施
贮存运输
急救措施
参考资料