Селен реферат по химии

Обновлено: 05.07.2024

II. Основная часть: стр. 4
1. Содержание в земной коре
2. Положение в периодической системе
3. Валентные состояния
4. Физические свойства
5. Химические свойства
6. Получение
7. Физиологическое действие
8. Применение
III. Вывод.
Как часто люди мечтают о вечности – вечности чувств, жизни, памяти. Но вечность убегает от нас с вечной скоростью, поэтому нам не дано её поймать. И единственное, что остается у нас, это память, память о прошлом, о наших предках, и нашим детям о нас. И единственное, на чем может остаться и сохраниться наша память – это фотографии (в состав которых входит химический элемент селен), сделанные когда – то нами или нашими предками, - это и явилось одной из причин, почему я решила писать реферат о селене и его свойствах.
Свойства селена очень интересны и необычны, его влияние на организм человека, ведь большая доля селена, может привести к летальному исходу или образованию раковых клеток. Меня заинтересовала его валентность, и её изменения.
В последнее время селен стал широко применяться в различных областях техники- автоматике, телемеханике, полупроводниковой технике. Повышенный интерес к этому элементу способствовал расширению исследований неорганической и аналитической химии селена.
Хотя, селен – это рассеянный элемент, но он широко используется для производства стекла, при вулканизации каучука, в производстве фотографий и при изготовлении оптических и сигнальных приборов.
Эта тема очень интересна и актуальна, ведь, если её изучать и вдаваться в глубокие подробности влияния селена на окружающую среду и живые организмы ( человек, животные, растения ), то можно узнать для себя и окружающих много нового, необычного, неопознанного, и полезного, что бы в дальнейшей жизни уметь этим пользоваться.
Для того, что бы узнать о проблемах и положительных действиях, связанных с селеном, нужно изучить и рассмотреть:
1. Его физические и химические свойства;
2. Его получение;
3. Применение;
4. Содержание в окружающей среде, то есть его месторасположение;
5. Физиологические действия;

Селен – химический элемент, который относится к главной подгруппе шестой группы периодической системы Менделеева. Селен редкий металл и его месторождений в природе очень мало, основной источник добычи - отходы сернокислотного, целлюлозно-бумажного производства и анодных шламов электролитического рафинирования меди. Области применения селена расширяются с каждым годом. Селен используют в металлургии для производства стали, а так же он входит в сплавы редких металлов. Используется в фармацевтике для изготовления лекарств, БАД к пище. Весомую лепту селен вносит в электронику для производства выпрямителей, светодиодных ламп и копировальных аппаратов.

Содержание

Введение
1 Общие сведения 4
1.1 Селен в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева
1.2 История элемента
2 Свойства элемента
2.1 Физические свойства
2.2 Химические свойства
2.3 Технологические свойства
3 Соединения селена
4 Методы получения
5 Области применения
Заключение
Список литературы

Работа содержит 1 файл

Отчет селен.docx

1 Общие сведения 4

1.1 Селен в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева

1.2 История элемента

2 Свойства элемента

2.1 Физические свойства

2.2 Химические свойства

2.3 Технологические свойства

3 Соединения селена

4 Методы получения

5 Области применения

Селен начали осваивать в большом количестве в середине прошлого столетия. Лидирующие страны в производстве этого редкого металла – Бельгия, Япония, Германия, Австралия, США, Южная Корея, Индия и Казахстан. В среднем лидеры производят 140т селена в год, это около 80-85% от мирового производства.

1 Общие сведения

Селен в Периодической системе элементов Менделеева

Селен принадлежит к главной подгруппе шестой группы периодической системы. Наряду с ним в эту подгруппу входят кислород, сера, теллур и полоний. Как известно, физико-химические свойства элементов в пределах главной подгруппы закономерно изменяются по мере увеличнения порядковог номера, причем характер этих изменений определяется особенностями распределения электронов в изолированныхатомах по различным энергетическим уровням.

Распределение внешних электронов в атомах главной подгруппы шестой группы следующее: O – 1s 2 2s 2 2p 4 , S – 2p 6 3s 2 3p 4 , Se – 3d 10 4s 2 4p 4 , Te – 4d 10 5s 2 5p 4 , Po – 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 4 .

Для характера химической связи в веществе существенны два обстоятельства в строении электронных оболочек изолированных атомов. Во-первых, удаленность внешних электронов от ядра. Этот факт предопределяет склонность веществ к металлическому типу связи и, в частности, в раасматриваемой подгруппе предопределяет усиление металлических свойств в ряду от кислорода к полонию. Во-вторых, важным является число электронов с нескомпенсированными спинами, так называемых неспаренных электронов. Эта величина определяет количество ковалентных связей, которое может образовать атом, и соответствует его валентности. Из указанного выше распределения внешних электронов в атомах главной подгруппы шестой группы следует, в частности, что у кислорода имеются два неспаренных электрона и он двухвалентен. Зачастую валентность элемента оказывается больше числа неспаренных электронов в изолированном атоме. Это происходит тогда, когда на данном энергетическом уровне с фиксированным главным квантовым числом имеются свободные квантовые ячейки, куда под действием того или иного возбуждения могут переходить электроны из заполненных ячеек. В результате каждого такого число нескомпенсированных электронов увеличивается на два и соответственно растет на две единицы валентность атомов. Как видно, такая возможность может быть реализована у всех элементов главной подгруппы шестой группы, за исключением кислорода. Это обусловлено тем обстоятельством, что у этих элементов практически не заполнены d-подоболочки. В результате сера, селен и теллур наряду с основной валентностью два могут проявлять в возбужденном состоянии валентность четыре и шесть. Заметим, что отмеченная неоднозначность валентного состояния указанных элементов является причиной особенностей их химических и физических свойств. В частности, для селена она определяет природу его многоформия и предопределяет многие характеристики сплавов на его основе. Итак, в основном состоянии все перечисленные элементы имеют валентность, равную двум. Однако реализация этой валентности может происходить двояким образом: путем образования двухатомной молекулы с двойной связью или путем создания цепочек или колец, где каждый атом связан с двумя соседними и таким образом обеспечивается необходимая компенсация спинов внешних электронов. В обоих случаях связь осуществляется двумя неспаренными p-электронами каждого атома, образующие с неспаренными p-электронами соседних атомов заполненные p-орбиты. Предпочтительность двойных или одинарных связей определяется их энергией. В случае, если энергия двойной связи оказывается больше удвоенной энергии одинарной связи, вероятность образования двухатомных молекул оказывается выше, чем многоатомных молекул цепочечного или кольцеобразного типа.

2.1 Физические свойства

Атомные характеристики: атомный номер 34, атомная масса 78,96 а. е. м., атомный объем 16,42*10—6 м3/моль, атомный радиус 0,16 нм, ионный радиус Se2- 0,198 нм, Se4+ 0,069 нм, Se6+ 0,035 нм. Электронная конфигурация внешних оболочек 4s24p4. Значения потенциалов ионизации J (эВ): 9,75, 21,5; 32,0. Электроотрицательиость 2,4. Селен состоит из смеси шести устойчивых изотопов: 74 Se (0,87 %); 76 Se(9,02 %); "Se (7,58 %); 78 Se (23,52 %); 8 °Se (49,82 %); e2 Se (9,19 %). Селен существует в различных аллотропических модификациях: аморфный селен (порошкообразный, коллоидный н стекловидный) и кристаллический (моноклинный — а- и 6-формы и гексагональный у-форма). Порошкообразный селен имеет красный цвет; плотность при 298 К равна 4,250 Мг/м3. Получают его при восстановлении из растворов селенистой кислоты H2Se03 сильными восстановителями (оксидом серы (IV), гидразином нли солянокислой солью гидроксиламина) в присутствии сильных кислот, быстрым охлаждением паров селена и другими способами. Красный порошок при выдержке становится черным и при нагревании превращается в гексагональную модификацию. Коллоидный селен получают восстановлением разбавленных водных растворов растворимого селена оксидом серы (IV), гидразингидратом, декстрозой, трнхлоридом титана или пропусканием электрическою тока через раствор селенистой кислоты (анод—платиновый, катод — покрыт селеном), а также другими способами. Цвет коллоидного селена зависит от условий осаждения и изменяется от фиолетового до красного; плотность такая же, как и порошкообразного селена. Стекловидный селен-—хрупкая масса черного цвета, обладает стеклянным блеском и представляет собой переохлажденную жидкость. Плотность его при 298 К равна 4,280 Мг/м3. Получают стекловидный селей при нагревании любой модификации селена выше 493 К с последующим быстрым охлаждением. При хранении в теплом месте стекловидный селен постепенно кристаллизуется в гексагональный. Селен с моноклинной решеткой — кристаллы темно-красного цвета. Получают его при низкотемпературном выпаривании сероуглерода, содержащего растворенный Селен. Имеет две формы: а с параметрами а = =0,9054 нм, 6=0,9083 нм, с = 1,601 нм, ^В = 90°42' и В с параметрами а=0,931 нм, 6 = 0,807 нм, с= 1,285 нм, ^В = 93°08'. Плотность a-Se р=4,480 Мг/м3; в -Se р=4,400 Мг/м3. Прн нагревании моиоклннная решетка переходит в гексагональную. Энергия кристаллической решетки 202,5 мДж/кмоль. Селен с гексагональной решеткой — кристаллы серого цвета плотностью 4,807 Мг/м3 при 293 К. Получают его из других форм селена путем нагрева до температуры плавления и последующего медленного охлаждения до 453—483 К с выдержкой при этой температуре. Представляет собой термодинамически стабильную при нормальных условиях модификацию. Периоды решетки: а=0,4363 нм, с = 0,4959 нм, с /а — 1,137. Работа выхода электронов равна ф = 4,72 эВ, эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 12,3 -10~28 м2.

2.2 Химические свойства

В соединениях обычно проявляет степени окисления +4, +6, —2. Электрохимический эквивалент селена со степенью окисления +6 равен 0,13637 мг/Кл. По химическим свойствам селен близок к сере и теллуру, занимая промежуточное положение между ними. По химическому поведению —■ типичный неметалл. Элементарный селен, особенно аморфный и мелкодисперсный, химически активен. При нагревании на воздухе или в кислороде горит голубым пламенем. При комнатной температуре реагирует с фтором, хлором, бромом, не взаимодействует с кислородом. При высокой температуре реагирует с водородом, с большинством металлов. Вода на селен почти не действует при комнатной температуре, но прн нагревании идет в небольшой степени обратимый гидролиз. Сильные окислители окисляют селей до шестнвалентиого селена. Соляная и разбавленная серная кислота на селен не действуют, азотная кислота окисляет его до селенистой кислоты H2Se03, концентрированная серная кислота растворяет металлический селен. Селен хорошо растворяется в царской водке, в концентрированных растворах щелочей, в цианистом калии, реагирует с растворами солей серебра и золота, растворяется в растворах сульфидов и полисульфидов щелочных металлов. При взаимодействии селена с пероксидом водорода Н202, а также с озоном 03 в присутствии влаги образуется селенистая кислота H2Se03, соли которой (селениты) нерастворимы в воде, кроме солей щелочных металлов. При действии сильных окислителей (пермаиганат калия и т. п.) селенистая кислота превращается в селеновую кислоту H2Se04, соли которой — селенаты — по свойствам сходны с сульфатами. Все соединения селена ядовиты, поэтому при работе с ними следует применять правила техники безопасности. С кислородом селен образует ряд оксидов SeO, Se02, Se2C >5, Se03. Оксид селена (II) SeO образуется при нагревании оксида Se02 до 1000 °С. Устойчив только в парах при высокой температуре. Оксид селена (IV) Se02 —сильный окислитель—образуется при сгорании иа воздухе или в кислороде, при растворении в воде дает селенистую кислоту. Оксид селена (V) SeOs образуется при нагревании оксида селена (VI) Se03 до 513 К. При 260 °С он разлагается до Se02, расплывается на воздухе, в воде растворяется, образуя кислоту H2Se04; сильный окислитель, бурно реагирует со многими органическими веществами. Оксид селена (VI) Se03 образуется путем дегидратации селеновой кислоты H2Se04 фосфорным ангидридом с последующей отгонкой Se03 в вакууме. Это бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, химически активный, сильный окислитель. С серой селен образует соединения Se2S н SeS2. Растворимость серы в твердом селене ~4 %. При введении в селен до 5 % S электропроводность его повышается. С углеродом селен образует селеноуглерод CSe2. Он получается при взаимодействии HSe с СС14 при 500 "С. Селеноуглерод — золотисто- желтая жидкость плотностью 2,650 Мг/м3, имеющая температуру кипения 125 "С. С фосфором селен сплавляется в любых отношениях, в результате чего получаются стекла: Se3P2, Se3P4, Se5P2. Кристаллическое строение имеет только Se3P4. С кремнием селен образует летучий силицид SiSe и нелетучий SiSe2. Эти силициды гидролизуются во влажном воздухе. По составу галогениды селена очень разнообразны. Это гексафторид селена SeFe, тетрафторид селена SeF4, тетрахлорнд селена SeCl4, дисе-лендихлорид Se 2 Cl2, тетрабромид селена SeBr4, днселендибромид Se2Br2. В парах существуют дихлорид селена SeCl2 и дибромид селена SeBr2. С иодом селен не взаимодействует. Получены оксигалогениды селена: SeOF2, SeOCh, SeOBr2. При пропускании паров селена в смеси с водородом над бором при температуре 850—900 °С образуется селенид бора B2Se3. Очень гигроскопичный, легко гидролизующнйся порошок с температурой плавления 475 °С. Селен и теллур сплавляются в любых отношениях с образованием непрерывных твердых растворов. Соединения селена с металлами носят название селенидов. Они могут быть получены как синтезом из элементов, так и косвенными методами. Селеииды, как правило, обладают полупроводниковыми свойствами. В воде растворимы только селениды щелочных и щелочноземельных металлов. В последнее время большое значение благодаря полупроводниковым свойствам приобрели селеииды подгруппы цинка (MeSe), подгруппы германия (MeSe), подгруппы мышьяка (AJe2Se3). Все они химически стойки и растворяются только в концентрированных минеральных кислотах при нагревании или в царской водке. Известны селеиорганические соединения разных классов:

Se - химический элемент 4-ой группы периодической системы Менделеева с относительным номером 34, с атомной массой 78,96. Название селена от греческого selen - Луна. Образует несколько модификаций. Наиболее устойчивый из них серый Селен в виде кристаллов, с плотностью 4,807 г/см 3 и температурой плавления t_пл=221 о С.

Селен существует в нескольких аллотропических формах, а также в аморфном виде. Свойства различных модификаций селена весьма сильно отличаются друг от друга.

В природе рассеян, сопутствует сере, добывают из отходов (шлаков) при электролитической очистке меди. Селен - полупроводник, обладающий фотоэлектрическими свойствами. Селеновые фотоэлементы применяют в различных устройствах, например фотоэлектрические экспонометры. Все соединения Селена ядовиты. Химические соединения Селена с металлами - Селениды (кристаллы). Это полупроводниковые материалы, обладающие фото чувствительностью (в фоторезисторах и фотоэлементах(CdSe, SbSe₃); лазерные материалы (ZnSe, CdSe, GaSe, PbSe); компоненты люминофоров и термоэлектрических материалов (Bi2Se3); твердые смазки и катализаторы (MoSe2, Wse2,NbSe2)).Технический селен содержит 1-2.5% примесей, имеет Y=10 -3 см/м и непосредственно для полупроводникового производства не пригоден. Для предварительной очистки селена и отделения его от теллура используют химические методы, а для окончательной очистки физические методы (вакуумная дистилляция, зонная плавка). Промышленность выпускает селен марок СЧ-1 и СЧ-2,содержащие соответственно 99,998% и 99,992% чистого селена с удельной проводимостью около 10 -10 см/м.

Для синтеза полупроводниковых соединений применяют особо чистый селен ОСЧ-А с содержанием примесей 10 -5 - 10 -6 %, получаемый ректификацией селена СЧ-1.Монокристаллы селена получают осаждением из паровой фазы или выращиванием из расплава. Селен используют также в виде пленок толщиной 50-100 мкм, наносимых на подложки методом испарения в вакууме.

Аллотропическая форма существования селена зависит от способа получения и режима охлаждения расплавленного селена. Из аморфных модификаций селен наибольший интерес представляет стеклообразный селен черного цвета с плотностью 4300кг/м 3 .

Стеклообразный селен нашел применение в фотографическом процессе ксерографии, где используется его свойство фотопроводимости.

Для производства полупроводниковых приборов используется кристаллический гексаногалогенный селен. Получают его нагреванием селена любой другой аллотропической формы до температуры 180-220 0 С, близкой к температуре плавления. Удельное сопротивления селена близко к диэлектрическому. Селен обладает высоким коэффициентом термо - Э.Д.С. порядка 600мкВ/к.

Селен используют для изготовления выпрямителей. Широкое применение селен находит при производстве фотоэлектрических приборов. Это связано с тем, что спектральные характеристики селеновых фотоэлектрических приборов почти полностью совпадает со спектральной характеристикой газа.

После прекращения освещения селена требуется значительное время, чтобы электропроводность его приняла прежнее значение.

Введение
На протяжении достаточно большого временного интервала селен относился к смертельным веществам, однако нужно было принять определенное количество данного вещества. Небольшой перебор или недобор в приеме – в любом случае эффект был очень вредным. Если говорить о количественных мерах, то это чуть-чуть составляет всего 0,01 мг.

В 1933 году обратили внимание на тот факт, что скот травится пшеницей, которую привозили с полей, содержащих высокие концентрации селена. С этого момента его стали опасаться и называть его ядом. Однако открытие селена в 1966 году как элемента, необходимого для здоровья, стало переломным в таких областях, как скотоводство и медицина.

Наименьшее процентное содержание данного вещества в почве наблюдается в Турции и Новой Зеландии, что обуславливало неожиданно начавшиеся смерти людей, особенно мужского пола. Связано это как раз с малым количеством селена. В Шотландии, чтобы его нивелировать, новорожденным животным вводили селеновую соль или подмешивали ее в еду, что в дальнейшем привело к существенному уменьшению числа летальных исходов.

В данной работе будет уделено внимание данному полупроводниковому элементу.

1 О материале

Селен имеет 34 порядковый номер в таблице Менделеева. Его обозначение – Se. На вид он представляет собой хрупкий черный (устойчивая форма) или киноварно-красный (неустойчивая) металл, который при изломе блестит. Селен был открыт в 1817 году шведским ученым И.Я. Берцелиусом. Он дал такое название данному материалу, потому что в природе он служит спутником схожего с ним по свойствам теллура [1].

В Земле содержится всего 0,5 г/т. Селен может образовывать 37 минералов, из которых можно отметить те, которые связаны с сульфидами (ашавалит FeSe, клаусталит PbSe, тиманнит HgSe, и т.п.). Встречаются случаи, когда обнаруживают селен в чистом виде. В сульфидах содержится от 7 до 110 г/т селена, в морской воде - 4×10 −4 мг/л [2].
2 Получение селена

В основном селен производится из шлама медно-электролитного производства. В нем он присутствует в форме селенида серебра. Для этого могут применяться следующие методы – окислительный обжиг с последующей возгонкой SeO₂, нагревание шлама с добавлением раствора концентрированной серной кислоты, окислительное спекание с содой с дальнейшей конверсией смеси до Se(IV) и восстановлением до SeO₂ [2].
3 Физические и химические свойства селена

Селен, находящийся в твердом состоянии, имеет ряд аллотропных модификаций, из которых серый селен – самая устойчивая, а красный – менее.

Если серый селен нагреть до температуры плавления, то образуется расплав аналогичного цвета, нагрев до температуры кипения приведет к его испарению с последующим возникновением коричневых паров. Если теперь резко охладить полученный состав, то произойдет конденсация селена и образование красной аллотропной модификации [2].
У селена, как и у серы, имеются степени окисления -2, +4 и +6. Разница заключается в том, что степень окисления +6 – это самый сильный окислитель Селена, а -2 – самый сильный восстановитель.

По сравнению с серой, селен существенно менее активный. Он не может сгорать на воздухе самостоятельно. Процесс его окисления возможен только при одновременном нагревании. При этом происходит его горение синим пламенем с последующим превращением в SeO₂. Со щелочами данный элемент вступает в реакцию, только если находится в расплавленном состоянии.

Селенистая кислота представляет собой кристаллическое вещество, которое хорошо растворяется в воде. Для ее получения необходимо провести следующую реакцию:

SeO₂ + H2O → H₂SeO₃.
При воздействии на полученную кислоту окислителем, можно получить селеновую кислоту H₂SeO₄, которая ни в чем не уступает аналогичной серной [1].
4 Применение селена

Наиболее важным направлением применения данного элемента является его использование в полупроводниковой промышленности. С каждым годом растет его использование в данной области, в связи с чем цены на него также увеличиваются (на сегодняшний момент цена за 1 кг селена составляет примерно 120 долларов) и образуется тот самый дефицит.

Селен представляет собой полупроводниковое соединение с особыми фотоэлектрическими свойствами. Сам по себе технический селен не пригоден для использования в полупроводниковой промышленности из-за присутствия в его составе большого процента примесей. Для уменьшения их содержания осуществляется его очистка. Начальная очистка элемента и отделение от него теллура осуществляется химическими методами, на последнем этапе используются физические методы (зонная плавка, дистилляция и т.п.). В настоящее время в промышленность поступают слитки селена марок СЧ-1 и СЧ-2, процентное содержание селена в которых составляет 99,998% и 99,992%, соответственно. Удельная проводимость таких слитков составляет 10 -10 см/м.

Для создания полупроводниковых соединений используют селен марки ОСЧ-А, в котором содержится всего 10 -5 - 10 -6 % примесей. Он получается путем ректификации селена марки СЧ-1. В настоящее время путем испарения в вакууме из селена также научились изготавливать тонкие пленки (от 50 до 100 мкм).

Селениды, которые представляют собой соединения металла и селена, обладают фоточувствительностью и применяются в фоторезисторах и фотоэлементах, лазерных материалах, компонентах люминофоров и термоэлектрических материалов и т.п. Это обуславливается тем фактом, что спектральная характеристика данных материалов практически полностью коррелирует с аналогичной характеристикой у газов.

Среди всех существующих аморфных модификаций самым важным служит селен черного цвета с плотностью 4300 кг/м 3 . Основное применение данного соединения - фотографическая ксерография.

При создании полупроводниковых приборов применяется кристаллический гексаногалогенный селен. Его создают путем нагрева селена произвольной аллотропической формы до значений температур 180-2200 °С, которые достаточно близкие к температурам плавления. Величина коэффициента термо-ЭДС данного элемента равна 600 мкВ/К [3].

Заключение
Таким образом, можно сказать, что селен является одним из наиболее важных полупроводниковых соединений, которое применяется для создания фоточувствительных элементах. Он обладает рядом уникальных физических и химических свойств, которые широко используются в его дальнейших применениях. Содержание данного элемента в Земле очень маленькое, в связи с чем, возникает сложность в его добыче.

Список литературы
1 Зефиров Н. С. Химическая энциклопедия: в 5 т.. - М: Советская энциклопедия, 1995. - Т. 4. - 639 с.

Читайте также: