Степень окисления селена
Общие сведения о степени окисления селена
В свободном состоянии селен образует несколько аллотропных видоизменений, из которых наиболее устойчивым является аморфный селен, представляющий собой красно-бурый порошок, и серый селен, образующий хрупкие кристаллы с металлическим блеском. Селен полупроводник.
Степень окисления селена в соединениях
Примеры решения задач
| Задание | Установите соответствие между схемой реакции и степенью окисления восстановителя: | ||||||||||
| Ответ | Соединение, которое является восстановителем в ОВР повышает свою степень окисления посредством передачи электронов соединению окислителю. Для того, чтобы дать правильный ответ на поставленный вопрос будем поочередно определять ОВ пары и выбирать восстановитель. В первой реакции степень окисления изменяют элементы хлор и марганец: Хлор повысил свою степень окисления, следовательно, хлороводород является восстановителем в этой реакции (HCl), а степень его окисления изменяется с (-1)до 0. Во второй реакции степень окисления изменяют элементы алюминий и марганец: Алюминий повысил свою степень окисления, следовательно, он является восстановителем в этой реакции (Al), а степень его окисления изменяется с 0 до (+3). В третьей реакции степень окисления изменяют элементы марганец и кислород: Кислород повысил свою степень окисления, следовательно, оксид марганца (IV) является восстановителем в этой реакции (MnO2), а степень его окисления изменяется с (-2)до 0. В четвертой реакции степень окисления изменяют элементы марганец и кислород: Кислород повысил свою степень окисления, следовательно, пероксид водорода является восстановителем в этой реакции (H2O2), а степень его окисления изменяется с (-1)до 0. Селен SeСелен в таблице менделеева занимает 34 место, в 4 периоде.
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь Электронная схема селена
Короткая запись: Порядок заполнения оболочек атома селена (Se) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p. Селен имеет 34 электрона, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке: 2 электрона на 1s-подуровне 2 электрона на 2s-подуровне 6 электронов на 2p-подуровне 2 электрона на 3s-подуровне 6 электронов на 3p-подуровне 2 электрона на 4s-подуровне 10 электронов на 3d-подуровне 4 электрона на 4p-подуровне Степень окисления селенаИоны селенаВалентность SeАтомы селена в соединениях проявляют валентность VI, IV, II, I. Валентность селена характеризует способность атома Se к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Валентность не имеет знака. Квантовые числа SeКвантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Se эти числа имеют значение N = 4, L = 1, Ml = 2, Ms = ½ Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат: Энергия ионизацииПерейти к другим элементам таблицы менделеева Селен
| ||||||||||
| Название, символ, номер | Селен / Selenium (Se), 34 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Атомная масса (молярная масса) | 78,96(3) а. е. м. (г/моль) | ||||||||||
| Электронная конфигурация | [Ar] 4s 2 3d 10 4p 4 | ||||||||||
| Радиус атома | 140 пм | ||||||||||
| Ковалентный радиус | 116 пм | ||||||||||
| Радиус иона | (+6e) 42 (-2e) 198 пм | ||||||||||
| Электроотрицательность | 2,55 (шкала Полинга) | ||||||||||
| Электродный потенциал | 0 | ||||||||||
| Степени окисления | -2, 0, +4, +6 | ||||||||||
| Энергия ионизации (первый электрон) | 940,4 (9,75) кДж/моль (эВ) | ||||||||||
| Плотность (при н. у.) | 4,79 г/см³ | ||||||||||
| Температура плавления | 490 K | ||||||||||
| Температура кипения | 958,1 K | ||||||||||
| Уд. теплота плавления | 5,23 кДж/моль | ||||||||||
| Уд. теплота испарения | 59,7 кДж/моль | ||||||||||
| Молярная теплоёмкость | 25,4 Дж/(K·моль) | ||||||||||
| Молярный объём | 16,5 см³/моль | ||||||||||
| Структура решётки | гексагональная | ||||||||||
| Параметры решётки | a =4,364; c =4,959 Å | ||||||||||
| Отношение c/a | 1,136 | ||||||||||
| Температура Дебая | 90 K | ||||||||||
| Теплопроводность | (300 K) 0,52 Вт/(м·К) | ||||||||||
| Номер CAS | 7782-49-2 |
Селен — химический элемент 6-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), 4-го периода в периодической системе, имеет атомный номер 34, обозначается символом Se (лат. Selenium ), хрупкий блестящий на изломе неметалл чёрного цвета (устойчивая аллотропная форма, неустойчивая форма — киноварно-красная). Относится к халькогенам.
Содержание
История
Элемент открыт Й. Я. Берцелиусом в 1817.
Сохранился рассказ самого Берцелиуса о том, как произошло это открытие:
Я исследовал в содружестве с Готлибом Ганом метод, который применяют для производства серной кислоты в Грипсхольме. Мы обнаружили в серной кислоте осадок, частью красный, частью светло-коричневый. Этот осадок, опробованный с помощью паяльной трубки, издавал слабый редечный запах и образовывал свинцовый королёк. Согласно Клапроту, такой запах служит указанием на присутствие теллура. Ган заметил при этом, что на руднике в Фалуне, где собирается сера, необходимая для производства кислоты, также ощущается подобный запах, указывающий на присутствие теллура. Любопытство, вызванное надеждой обнаружить в этом коричневом осадке новый редкий металл, заставило меня исследовать осадок. Приняв намерение отделить теллур, я не смог, однако, открыть в осадке никакого теллура. Тогда я собрал всё, что образовалось при получении серной кислоты путём сжигания фалюнской серы за несколько месяцев, и подверг полученный в большом количестве осадок обстоятельному исследованию. Я нашёл, что масса (то есть осадок) содержит до сих пор неизвестный металл, очень похожий по своим свойствам на теллур. В соответствии с этой аналогией я назвал новое тело селеном (Selenium) от греческого σελήνη (луна), так как теллур назван по имени Tellus — нашей планеты.
В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что электрическое сопротивление серого селена зависит от освещённости. Это свойство стало основой для чувствительных к свету ячеек. Первый коммерческий продукт на основе селена был представлен на рынке в середине 1870-х годов Вернером фон Сименсом. Селеновая ячейка использовалась в фотофоне, созданном Александром Беллом в 1879 году. Электрический ток, проходящий через селен, пропорционален количеству света, падающему на его поверхность, — это свойство использовано в различных измерителях освещённости (экспонометрах). Полупроводниковые свойства селена нашли применение в других областях электроники В 1930-е годы началось развитие селеновых выпрямителей, которые пришли на смену медно-закисным выпрямителям благодаря высокой эффективности Селеновые выпрямители использовались до 1970-х годов, когда им на смену пришли кремниевые выпрямители.
В более позднее время была обнаружена токсичность селена. Были зарегистрированы случаи отравления людей, работавших на селеновых производствах, а также животных, поедавших богатые селеном растения. В 1954 году были обнаружены первые признаки биологического значения селена для микроорганизмов. В 1957 году была установлена важная роль селена в биологии млекопитающих. В 1970-е годы было показано наличие селена в двух независимых группах энзимов, а затем обнаружен селеноцистеин в белках. В 1980-е годы было установлено, что селеноцистеин кодируется кодоном UGA. Механизм кодирования был установлен сначала для бактерий, а затем для млекопитающих (SECIS-элемент).
Происхождение названия
Название происходит от греч. σελήνη — Луна. Элемент назван так в связи с тем, что в природе он является спутником химически сходного с ним теллура (названного в честь Земли).
Нахождение в природе
Получение
Значительные количества селена получают из шлама медно-электролитных производств, в котором селен присутствует в виде селенида серебра. Применяют несколько способов получения: окислительный обжиг с возгонкой SeO2; нагревание шлама с концентрированной серной кислотой, окисление соединений селена до SeO2 с его последующей возгонкой; окислительное спекание с содой, конверсия полученной смеси соединений селена до соединений Se(IV) и их восстановление до элементного селена действием SO2.
Физические свойства
Твёрдый селен имеет несколько аллотропных модификаций:
При нагревании серого селена он даёт серый же расплав, а при дальнейшем нагревании испаряется с образованием коричневых паров. При резком охлаждении паров селен конденсируется в виде красной аллотропной модификации.
Химические свойства
Селен — аналог серы и проявляет степени окисления −2 (H2Se), +4 (SeO2) и +6 (H2SeO4). Однако, в отличие от серы, соединения селена в степени окисления +6 — сильнейшие окислители, а соединения селена (−2) — гораздо более сильные восстановители, чем соответствующие соединения серы.
Простое вещество селен гораздо менее активно химически, чем сера. Так, в отличие от серы, селен не способен гореть на воздухе самостоятельно. Окислить селен удаётся только при дополнительном нагревании, при котором он медленно горит синим пламенем, превращаясь в двуокись SeO2. Со щелочными металлами селен реагирует (весьма бурно), только будучи расплавленным.
В отличие от SO2, SeO2 — не газ, а кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Получить селенистую кислоту (SeO2 + H2O → H2SeO3) ничуть не сложнее, чем сернистую. А действуя на неё сильным окислителем (например, HClO3), получают селеновую кислоту H2SeO4, более сильную, чем серная.
Биологическая роль
Входит в состав активных центров некоторых белков в форме аминокислоты селеноцистеина. Является необходимым для жизни микроэлементом, но большинство соединений достаточно токсичны (селеноводород, селеновая и селенистая кислота) даже в средних концентрациях.
Роль селена в организме человека
В организме человека содержится 10—14 мг селена, бо́льшая его часть сконцентрирована в печени, почках, селезёнке, сердце, яичках и семенных канатиках у мужчин. Селен присутствует в ядре клетки.
Суточная потребность человека в селене составляет 70-100 мкг. Повышенное содержание селена в организме может приводить к депрессии, тошноте, рвоте, диарее, поражению ЦНС и др.
Селен в организме взаимодействует с витаминами, ферментами и биологическими мембранами, участвует в регуляции обмена веществ, в обмене жиров, белков и углеводов, а также в окислительно-восстановительных процессах. Селен является составным компонентом более 30 жизненно важных биологически активных соединений организма. Селен входит в активный центр ферментов системы антиоксидантно-антирадикальной защиты организма, метаболизма нуклеиновых кислот, липидов, гормонов (глутатионпероксидазы, йодотиронин-дейододиназы, тиоредоксинредуктазы, фосфоселенфосфатазы, фосфолипид-гидропероксид-глутатионпероксидазы, специфических протеинов Р и W и др.).
Селен входит в состав белков мышечной ткани, белков миокарда. Также селен способствует образованию трийодтиронина (гормонов щитовидной железы).
Селен является синергистом витамина E и иода. При дефиците селена иод плохо усваивается организмом. Согласно исследованиям, селен необходим для нормального функционирования иммунной системы. Он задействован в механизмах противодействия вирусным инфекциям, включая ВИЧ. Было доказано, что у пациентов, уже заразившихся ВИЧ, он замедляет переход заболевания в СПИД.
Применение
Применение селена в медицине
Селен применяется как мощное противораковое средство, а также для профилактики широкого спектра заболеваний. Из-за его влияния на репарацию ДНК, апоптоз, эндокринную и иммунную системы, а также другие механизмы, включая его антиоксидантные свойства, селен может играть роль в профилактике рака. Согласно исследованиям, приём 200 мкг селена в сутки снижает риск заболеваемости раком прямой и толстой кишки на 58 %, опухолями простаты — на 63 %, раком легких — на 46 %, снижает общую смертность от онкологических заболеваний на 39 %.
Малые концентрации селена подавляют гистамин и за счёт этого оказывают антидистрофический эффект и противоаллергическое действие. Также селен стимулирует пролиферацию тканей, улучшает функцию половых желез, сердца, щитовидной железы, иммунной системы.
В комплексе с йодом селен используется для лечения иододефицитных заболеваний и патологий щитовидной железы.
Соли селена способствуют восстановлению пониженного артериального давления при шоке и коллапсе..
Токсичность
Общий характер воздействия селена и его соединений
Селен и его соединения ядовиты, по характеру действия несколько напоминает мышьяк; обладает политропным действием с преимущественным поражением печени, почек и ЦНС. Металлический селен менее ядовит. Из неорганических соединений селена наиболее токсичными являются селеноводород, диоксид селена (ЛД50 = 1,5 мг/кг, крысы, интратрахеально) и селениты натрия (ЛД50 = 2,25 мг/кг, кролик, перорально) и лития (ЛД50 = 8,7 мг/кг, крысы, перорально). Особенно токсичен селеноводород, однако, ввиду его отвратительного запаха, ощущаемого даже в ничтожных концентрациях (0,005 мг/л), удаётся избежать отравлений. Органические соединения селена, такие как алкил- или арил-производные (например, диметилселен, метилэтилселен или дифенилселен), являются сильнейшими нервными ядами, с очень отвратительными запахами; так, порог восприятия для диэтилселена составляет 0,0064 мкг/л.
Отравление
При попадании металлического порошкового селена в количестве 1 грамма перорально вызывает боль в животе в течение двух суток и учащённый стул, со временем симптомы проходят.
Действие на кожу
Соли селена при непосредственном соприкосновении с кожей вызывают ожоги и дерматиты. Диоксид селена при контакте с кожей способен вызывать резкую боль и онемение. При попадании на слизистые оболочки соединения селена могут вызывать раздражение и покраснение, при попадании в глаза резкую боль, слезотечение и конъюктивит.
Изотопы
Селен в природе состоит из 6 изотопов: 74 Se (0,87 %), 76 Se (9,02 %), 77 Se (7,58 %), 78 Se (23,52 %), 80 Se (49,82 %), 82 Se (9,19 %). Из них пять, насколько это известно, стабильны, а один ( 82 Se) испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада 9,7⋅10 19 лет. Кроме того, искусственно созданы ещё 24 радиоактивных изотопа (а также 9 метастабильных возбуждённых состояний) в диапазоне массовых чисел от 65 до 94. Из искусственных изотопов применение нашел 75 Se как источник гамма-излучения для неразрушающего контроля сварных швов и целостности конструкций.
Периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов селена:
Селен Se
Селен в таблице менделеева занимает 34 место, в 4 периоде.
| Символ | Se |
| Номер | 34 |
| Атомный вес | 78.9710000 |
| Латинское название | Selenium |
| Русское название | Селен |
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь
Электронная схема селена
Se: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
Короткая запись:
Se: [Ar]4s 2 3d 10 4p 4
Порядок заполнения оболочек атома селена (Se) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
Селен имеет 34 электрона, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
2 электрона на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
4 электрона на 4p-подуровне
Степень окисления селена
Ионы селена
Валентность Se
Атомы селена в соединениях проявляют валентность VI, IV, II, I.
Валентность селена характеризует способность атома Se к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Se
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Se эти числа имеют значение N = 4, L = 1, Ml = 2, Ms = ½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат: 
Энергия ионизации
Перейти к другим элементам таблицы менделеева
Селен Se
Селен в таблице менделеева занимает 34 место, в 4 периоде.
| Символ | Se |
| Номер | 34 |
| Атомный вес | 78.9710000 |
| Латинское название | Selenium |
| Русское название | Селен |
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь
Электронная схема селена
Se: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
Короткая запись:
Se: [Ar]4s 2 3d 10 4p 4
Порядок заполнения оболочек атома селена (Se) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
Селен имеет 34 электрона, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
2 электрона на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
4 электрона на 4p-подуровне
Степень окисления селена
Ионы селена
Валентность Se
Атомы селена в соединениях проявляют валентность VI, IV, II, I.
Валентность селена характеризует способность атома Se к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Se
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Se эти числа имеют значение N = 4, L = 1, Ml = 2, Ms = ½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат:
Энергия ионизации
Перейти к другим элементам таблицы менделеева