セレン化学元素

セレン（Se）、酸素グループ（周期表のグループ16 [VIa]）の化学元素であり、元素の硫黄およびテルルと化学的および物理的性質が密接に関連しています。セレンは珍しく、地球の地殻の約90億分の1を占めています。天然硫黄に随伴して結合しないこともありますが、いくつかの鉱物では重金属（銅、水銀、鉛、銀）と組み合わせて見つかることがよくあります。セレンの主要な商業的供給源は、銅精錬の副産物としてです。主な用途は、電子機器の製造、顔料、ガラスの製造です。セレンは半金属です（金属と非金属の性質の中間にある元素）。灰色の金属形態の要素は、通常の条件下で最も安定しています。このフォームは、光にさらされると導電率が大幅に増加するという異常な特性を持っています。セレン化合物は動物に有毒です。亜セレン酸の土壌で育った植物は、元素を濃縮して有毒になる可能性があります。

酸素グループ要素：自然発生と用途

元素セレン（記号Se）は、酸素や硫黄よりもはるかに希少であり、

。要素のプロパティ

融点
原子番号	34
原子量	78.96
安定同位体の質量	74、76、77、78、80、82
まとまりのない	50°C（122°F）
グレー	217°C（423°F）
沸点	685°C（1,265°F）
密度
まとまりのない	4.28グラム/ cm ³
グレー	4.79グラム/ cm ³
酸化状態	−2、+ 4、+ 6
電子配置	1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁴

歴史

1817年にスウェーデンの化学者であるJönsJacob Berzeliusは、スウェーデンのファールンの鉱山からの硫化鉱に起因する赤い物質に気づきました。この赤い材料が翌年に調査されたとき、それは要素であることが判明し、月または月の女神セレーネにちなんで名付けられました。異常に高いセレン含有量の鉱石は、セレンに関する世界の科学社会に報告するわずか数日前にベルゼリウスによって発見されました。彼のユーモアのセンスは、彼が鉱石に付けた名前「ユーカイライト」から明らかであり、「ジャストインタイム」を意味します。

発生と用途

地球の地殻中のセレンの割合は、約10 ^-5〜10 ^-6パーセント。銅とニッケルの電解精錬において、主に陽極スライム（陽極からの堆積物と残留物）から得られました。その他の発生源は、銅と鉛の生産における煙道ダストと焙焼黄鉄鉱で形成されたガスです。セレンはその金属の精製に銅を伴います。元の鉱石に存在するセレンの約40％は、電解プロセスで堆積した銅に集中する可能性があります。溶けた銅1トンから約1.5kgのセレンが得られます。

セレンはガラスに少量含まれると脱色剤として機能します。大量の場合、信号灯に役立つ透明な赤色をガラスに与えます。このエレメントは、セラミックやスチール製品の赤いエナメルの製造や、ゴムの加硫による耐摩耗性の向上にも使用されます。

セレン精製の取り組みは、ドイツ、日本、ベルギー、ロシアで最大です。

アロトロピー

セレンの同素体は硫黄の同素体ほど広範囲ではなく、同素体は徹底的に研究されていません。環状Se ₈分子で構成されている2種類の結晶性セレンのみが、αおよびβで示され、どちらも赤い単斜晶結晶として存在します。金属的な性質を持つ灰色の同素体は、他の形態を200〜220°Cに保つことによって形成され、通常の条件下で最も安定です。

亜セレン酸またはその塩の1つの溶液を二酸化硫黄で処理すると、アモルファス（非結晶）の赤色の粉末状のセレンが生成されます。溶液が非常に希釈されている場合、この種類の非常に細かい粒子は透明な赤いコロイド懸濁液を生成します。透明な赤いガラスは、亜セレン酸塩を含む溶融ガラスを炭素で処理したときに発生する同様のプロセスから生じます。ガラス状のほとんど黒い種類のセレンは、200°Cを超える温度から他の修飾を急冷することによって形成されます。このガラス状の形態から赤色の結晶同素体への変換は、90°Cを超えて加熱したとき、またはクロロホルム、エタノール、ベンゼンなどの有機溶媒と接触させたときに起こります。

準備

純粋なセレンは、硫酸を生成する際に形成されるスライムとスラッジから得られます。不純な赤色セレンは、硝酸カリウムや特定のマンガン化合物などの酸化剤の存在下で硫酸に溶解されます。セレン酸H ₂ SeO ₃とセレン酸H ₂ SeO _4の両方が形成され、残りの不溶性物質から浸出できます。他の方法は、空気による酸化（焙煎）と炭酸ナトリウムでの加熱を利用して、可溶性亜セレン酸ナトリウム、Na ₂ SeO ₃・5H ₂ O、およびセレン酸ナトリウム、Na ₂ SeO _{4を生成し}ます。塩素も使用することができる：セレン化金属に対するその作用は、二塩化セレン、SeCl ₂を含む揮発性化合物を生成する。四塩化セレン、SeCl ₄; 二塩化ジセレン、Se ₂ Cl ₂; オキシ塩化セレン、SeOCl ₂。1つのプロセスでは、これらのセレン化合物は水によって亜セレン酸に変換されます。セレン酸は二酸化硫黄で処理することにより、最終的にセレンが回収されます。

セレンは、銀や銅の含有量で評価される鉱石の一般的な成分です。金属の電解精製中に堆積したスライムに濃縮されます。これらのスライムからセレンを分離する方法が開発されました。スライムには銀と銅も含まれています。スライムを溶解すると、セレン化銀（Ag ₂ Se）とセレン化銅（I）（Cu ₂ Se）が形成されます。これらのセレン化物を次亜塩素酸、HOClで処理すると、可溶性亜セレン酸塩とセレン酸塩が得られ、二酸化硫黄で還元できます。セレンの最終精製は、蒸留を繰り返すことによって行われます。

物理的電気的特性

結晶性セレンの最も優れた物理的特性は、その光伝導性です。照明では、電気伝導率が1,000倍以上に増加します。この現象は、光によって比較的ゆるく保持された電子がより高いエネルギー状態（伝導レベルと呼ばれる）に促進または励起され、電子の移動が可能になるため、電気伝導性が生じるためです。対照的に、典型的な金属の電子は、すでに伝導レベルまたはバンドにあり、起電力の影響下で流れることができます。

セレンの電気抵抗率は、同素体の性質、不純物、精製方法、温度、圧力などの変数に応じて、途方もない範囲で変化します。ほとんどの金属はセレンに不溶であり、非金属不純物は抵抗率を高めます。

結晶性セレンを0.001秒間照明すると、導電率が10倍から15倍に増加します。赤色光は、より短い波長の光よりも効果的です。

光強度の変化を電流に変換し、視覚的、磁気的、または機械的効果に変換できるさまざまなデバイスの構築において、セレンのこれらの光電特性および感光特性を利用します。警報装置、機械式開閉装置、安全システム、テレビ、サウンドフィルム、ゼログラフィーは、セレンの半導体特性と感光性に依存しています。交流電流の整流（直流への変換）は、セレン制御デバイスによって何年もの間達成されてきました。セレンを使用する多くのフォトセルアプリケーションは、セレンよりも感度が高く、入手が容易で、製造が容易な材料を使用する他のデバイスに置き換えられています。