Selênio: história, propriedades, estrutura, obtenção, usos - Ciência - 2023

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o selênio É um elemento químico não metálico que pertence ao grupo 16 da tabela periódica e é representado pelo símbolo Se. Este elemento possui propriedades intermediárias entre o enxofre e o telúrio, que são membros do mesmo grupo.

O selênio foi descoberto em 1817 por Jöhs J. Berzelius e John G. Gahn, que ao vaporizar a pirita observou um resíduo vermelho (imagem abaixo). No início, eles o confundiram com telúrio, mas depois perceberam que estavam lidando com um novo elemento.

Berzelius chamou o novo elemento de selênio, com base no nome "selene", que significa "deusa da lua". O selênio é um oligoelemento essencial para plantas e animais, embora em altas concentrações seja um elemento tóxico.

O selênio tem três formas alotrópicas principais: vermelho, preto e cinza. Este último tem a propriedade de modificar sua condutância elétrica de acordo com a intensidade da luz que o irradia (fotocondutor), para a qual teve inúmeras aplicações.

O selênio é amplamente distribuído na crosta terrestre, porém os minerais que o contêm não são abundantes, portanto não há mineração de selênio.

É obtido principalmente como subproduto do processo de refino por eletrólise de cobre. O selênio se acumula no lodo encontrado no ânodo das células de eletrólise.

O ser humano possui cerca de 25 selenoproteínas, algumas das quais têm ação antioxidante e controlam a geração de radicais livres. Além disso, existem aminoácidos de selênio, como selenometionina e selenocisteína.

História

Primeira observação

O alquimista Arnold de Villanova pode ter observado selênio em 1230. Ele se formou em medicina na Sorbonne em Paris e foi até médico do Papa Clemente V.

Villanova em seu livro Rosarium Philosophorum descreve um enxofre vermelho ou “rebeum de enxofre” que foi deixado em uma fornalha após vaporizar o enxofre. Este enxofre vermelho pode ter sido um alótropo do selênio.

Descoberta

Em 1817, Jöhs Jakob Berzelius e John Gottlieb Gahn descobriram o selênio em uma fábrica química para a produção de ácido sulfúrico, perto de Gripsholm, na Suécia. A matéria-prima para fazer o ácido era a pirita, que foi extraída de uma mina Falun.

Berzelius ficou surpreso com a existência de um resíduo vermelho que permaneceu no recipiente de chumbo após a queima do enxofre.

Além disso, Berzelius e Gahn observaram que o resíduo vermelho tinha um forte odor de raiz-forte, semelhante ao do telúrio. É por isso que ele escreveu ao amigo Marect que eles acreditavam que o depósito observado era um composto de telúrio.

No entanto, Berselius continuou a analisar o material depositado quando a pirita foi incinerada e reconsiderou que nenhum telúrio havia sido encontrado na mina Falun. Ele concluiu em fevereiro de 1818 que havia descoberto um novo elemento.

Origem do seu nome

Berzelius observou que o novo elemento era uma combinação de enxofre e telúrio, e que a semelhança do telúrio com o novo elemento lhe dera a oportunidade de nomear a nova substância de selênio.

Berzelius explicou que "tellus" significa deusa da terra. Martin Klaport em 1799 deu esse nome ao telúrio e escreveu: “Nenhum elemento é chamado assim. Tinha que ser feito! "

Devido à semelhança do telúrio com a nova substância, Berzelius o nomeou com a palavra selênio, derivada da palavra grega "selene", que significa "deusa da lua".

Desenvolvimento de seus aplicativos

Em 1873, Willoughby Smith descobriu que a condutividade elétrica do selênio dependia da luz que o irradiava. Essa propriedade permitiu que o selênio tivesse inúmeras aplicações.

Alexander Graham Bell em 1979 usou selênio em seu fotofone. O selênio produz uma corrente elétrica proporcional à intensidade da luz que o ilumina, sendo utilizado em medidores de luz, mecanismos de segurança para abrir e fechar portas, etc.

O uso de retificadores de selênio na eletrônica começou na década de 1930, com inúmeras aplicações comerciais. Na década de 1970, foi suplantado nos retificadores pelo silício.

Em 1957, descobriu-se que o selênio era um elemento essencial para a vida dos mamíferos, pois estava presente em enzimas que protegem do oxigênio reativo e dos radicais livres. Além disso, foi descoberta a existência de aminoácidos como a selenometionina.

Propriedades físicas e químicas

Aparência

Como existem vários alótropos para o selênio, sua aparência física varia. Geralmente aparece como um sólido avermelhado na forma de pó.

Peso atômico padrão

78.971 u

Número atômico (Z)

Ponto de fusão

221 ºC

Ponto de ebulição

685 ºC

Densidade

A densidade do selênio varia dependendo de qual alótropo ou polimorfo é considerado.Algumas de suas densidades determinadas em temperatura ambiente são:

Cinza: 4,819 g / cm³

Alfa: 4,39 g / cm³

Vítreo: 4,28 g / cm³

Estado líquido (ponto de fusão): 3,99 g / cm³

Calor de fusão

Cinza: 6,69 kJ / mol

Calor da vaporização

95,48 kJ / mol

Capacidade calórica molar

25,363 J / (mol K)

Números de oxidação

O selênio pode se ligar em seus compostos manifestando os seguintes números ou estados de oxidação: -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Entre todos eles, os mais importantes são -2 (Se^2-), +4 (Se⁴⁺) e +6 (Se⁶⁺).

Por exemplo, no SeO₂ o selênio tem um número de oxidação de +4; ou seja, a existência do cátion Se é assumida⁴⁺ (Eu sei⁴⁺OU₂^2-) Da mesma forma com SeO₃ selênio tem um número de oxidação de +6 (Se⁶⁺OU₃^2-).

Em seleneto de hidrogênio, H₂Se, o selênio tem um número de oxidação de -2; isto é, novamente, a existência do íon ou ânion Se é assumida^2- (H₂⁺eu sei^2-) Isso ocorre porque o selênio é mais eletronegativo do que o hidrogênio.

Eletro-negatividade

2,55 na escala de Pauling.

Energia de ionização

-Primeiro: 941 kJ / mol.

-Segundo: 2.045 kJ / mol.

-Terceiro: 2.973,7 kJ / mol.

Ordem Magnética

Diamagnético.

Dureza

2,0 na escala de Mohs.

Isótopos

Existem cinco isótopos naturais e estáveis de selênio, que são mostrados abaixo com suas respectivas abundâncias:

–⁷⁴Se (0,86%)

–⁷⁶Se (9,23%)

–⁷⁷Se (7,6%)

–⁷⁸Se (23,69%)

–⁸⁰Se (49,8%)

Alotropia

O selênio preparado em reações químicas é um pó amorfo vermelho-tijolo que, quando derretido rapidamente, produz a forma preta vítrea, semelhante às contas do rosário (imagem superior). O selênio preto é um sólido frágil e brilhante.

Além disso, o selênio preto é ligeiramente solúvel em sulfeto de carbono. Quando essa solução é aquecida a 180 ºC, o selênio cinza, seu alótropo mais estável e denso, precipita.

O selênio cinza é resistente à oxidação e é inerte à ação de ácidos não oxidantes. A principal propriedade desse selênio é a fotocondutividade. Quando iluminado, sua condutividade elétrica aumenta por um fator de 10 a 15 vezes.

Reatividade

O selênio em seus compostos existe nos estados de oxidação -2, +4 e +6. Mostra uma tendência clara para formar ácidos nos estados de oxidação mais elevados. Os compostos que possuem selênio com o estado de oxidação -2 são chamados selenetos (Se^2-).

Reação com hidrogênio

O selênio reage com o hidrogênio para formar seleneto de hidrogênio (H₂Se), um gás incolor, inflamável e malcheiroso.

Reação com oxigênio

O selênio queima emitindo uma chama azul e formando dióxido de selênio:

eu sei₈ (s) + 8 O₂ => 8 SeO₂ (s)

O óxido de selênio é uma substância sólida, branca e polimérica. Sua hidratação produz ácido selenioso (H₂SeO₃) Também o selênio forma trióxido de selênio (SeO₃), análogo ao enxofre (SO₃).

Reação com halogênios

O selênio reage com o flúor para formar hexafluoreto de selênio:

eu sei₈ (s) + 24 F₂ (g) => 8 SeF₆ (eu)

O selênio reage com cloro e bromo para formar dicloreto de disilênio e dibrometo, respectivamente:

eu sei₈ (s) + 4 Cl₂ => 4 Se₂Cl₂

eu sei₈ (s) + 4 Br₂ => 4 Se₂Br₂

O selênio também pode formar SeF₄ e SeCl₄.

Por outro lado, o selênio forma compostos nos quais um átomo de selênio se junta a um átomo de halogênio e um átomo de oxigênio. Um exemplo importante é o oxicloreto de selênio (SeO₂Cl₂), com selênio no estado de oxidação +6, um solvente extremamente poderoso.

Reação com metais

O selênio reage com metais para formar selenetos de alumínio, cádmio e sódio. A equação química abaixo corresponde à formação de seleneto de alumínio:

3 Se₈ + 16 Al => 8 Al₂eu sei₃

Selenitas

O selênio forma sais conhecidos como selenitos; por exemplo: selenito de prata (Ag₂SeO₃) e selenito de sódio (Na₂SeO₃) Este nome tem sido usado, em um contexto literário, para se referir aos habitantes da Lua: os Selenitas.

Ácidos

O ácido mais importante no selênio é o ácido selênico (H₂SeO₄) É tão forte quanto o ácido sulfúrico e é mais facilmente reduzido.

Estrutura e configuração eletrônica

- Selenium e seus links

O selênio possui seis elétrons de valência, por isso está localizado no grupo 16, igual ao oxigênio e ao enxofre. Esses seis elétrons estão nos orbitais 4s e 4p, de acordo com sua configuração eletrônica:

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

Portanto, ele precisa, como o enxofre, formar duas ligações covalentes para completar seu octeto de valência; embora tenha disponibilidade de seus orbitais 4d para se ligar a mais de dois átomos. Assim, três átomos de selênio se unem e formam duas ligações covalentes: Se-Se-Se.

O selênio com sua massa atômica mais elevada tem uma tendência natural para formar estruturas governadas por ligações covalentes; em vez de ser organizado como moléculas diatômicas Se₂, Se = Se, análogo a O₂, O = O.

- Anéis ou correntes

Dentre as estruturas moleculares que os átomos de selênio adotam, duas podem ser citadas em termos gerais: anéis ou cadeias. Observe que no caso hipotético de Se₃, os átomos de Se nas extremidades ainda requerem elétrons; portanto, eles devem estar ligados a outros átomos, em sucessão, até que a cadeia possa ser fechada em um anel.

Os anéis mais comuns são os anéis de oito membros ou átomos de selênio:₈ (uma coroa de selenito). Por que oito? Porque quanto menor o anel, mais estresse ele sofrerá; ou seja, os ângulos de suas ligações se desviam dos valores naturais definidos por suas hibridizações sp³ (semelhante ao que ocorre com os cicloalcanos).

Como são oito átomos, a separação entre os átomos Se-Se é suficiente para que suas ligações sejam "relaxadas" e não "dobradas"; embora o ângulo de seus links seja 105,7º e não 109,5º. Por outro lado, pode haver anéis menores:₆ e sei₇.

A imagem superior mostra as unidades de anel Se₈. Observe a semelhança que eles têm com as coroas de enxofre; apenas eles são maiores e mais pesados.

Além dos anéis, os átomos de selênio também podem ser dispostos em cadeias helicoidais (pense em escadas em espiral):

Em suas extremidades pode haver ligações duplas terminais (-Se = Se), ou anéis de Se₈.

- Alótropos

Levando em consideração que podem existir anéis helicoidais ou cadeias de selênio, e que suas dimensões também podem variar dependendo do número de átomos que contêm, então é evidente que existe mais de um alótropo para este elemento; isto é, sólidos de selênio puro, mas com estruturas moleculares diferentes.

Selênio vermelho

Entre os alótropos mais proeminentes de selênio temos o vermelho, que pode aparecer como um pó amorfo, ou como cristais monoclínicos e polimórficos (veja a imagem do Se₈).

No selênio vermelho amorfo, as estruturas são desordenadas, sem padrões aparentes; enquanto na lente, os anéis estabelecem uma estrutura monoclínica. O selênio cristalino vermelho é polimórfico, apresentando três fases: α, β e γ, que diferem em suas densidades.

Selênio preto

A estrutura do selênio preto também consiste em anéis; mas não de oito membros, mas de muitos mais, alcançando até anéis de mil átomos (Se₁₀₀₀) Diz-se então que sua estrutura é complexa e consiste em anéis poliméricos; alguns maiores ou menores do que outros.

Como existem anéis de polímero de diferentes tamanhos, é difícil esperar que eles estabeleçam uma ordem estrutural; assim, o selênio preto também é amorfo, mas em contraste com o pó avermelhado mencionado acima, ele tem texturas vítreas, embora seja quebradiço.

Selênio cinza

E, por fim, um dos alótropos mais simples do selênio é o cinza, que se destaca dos demais por ser o mais estável em condições normais, além de possuir uma aparência metálica.

Seus cristais podem ser hexagonais ou trigonais, estabelecidos pelas forças de dispersão de London entre suas cadeias helicoidais poliméricas (imagem superior). O ângulo de suas ligações é de 130,1º, o que indica um desvio positivo do entorno tetraédrico (com ângulos de 109,5º).

É por isso que as cadeias helicoidais de selênio dão a impressão de serem "abertas". A título de esclarecimento, nesta estrutura os átomos de Se ficam frente a frente, então em teoria deve haver uma sobreposição maior de seus orbitais para criar bandas de condução.

O calor com o aumento das vibrações moleculares danifica essas bandas quando as cadeias se desordenam; enquanto a energia de um fóton afeta diretamente os elétrons, estimulando-os e promovendo suas transações. Desse ponto de vista, é “fácil” imaginar a fotocondutividade do selênio cinza.

Onde encontrar e produção

Embora amplamente distribuído, o selênio é um elemento raro. É encontrada em seu estado nativo associada a enxofre e minerais como eucairita (CuAgSe), claustalita (PbSe), naumanita (Ag₂Se), e crookesita [(CuTiAg)₂Eu sei].

O selênio é encontrado como uma impureza que substitui o enxofre em uma pequena porção dos minerais sulfurosos dos metais; como cobre, chumbo, prata, etc.

Existem solos nos quais o selênio existe na forma solúvel de selenatos. São transportados pela água da chuva para os rios e de lá para o oceano.

Algumas plantas são capazes de absorver e concentrar o selênio. Por exemplo, uma xícara de castanha-do-pará contém 544 µg de selênio, quantidade que equivale a 777% da quantidade diária recomendada de selênio.

Nos seres vivos, o selênio é encontrado em alguns aminoácidos, como: selenometionina, selenocisteína e metilselenocisteína. A selenocisteína e o selenito são reduzidos a seleneto de hidrogênio.

Eletrólise de cobre

Não há mineração de selênio. A maior parte é obtida como subproduto do processo de refino da eletrólise do cobre, encontrado no lodo que se acumula no ânodo.

A primeira etapa é a produção de dióxido de selênio. Para isso, o lodo anódico é tratado com carbonato de sódio para produzir sua oxidação. Em seguida, a água é adicionada ao óxido de selênio e acidificada para formar o ácido de selênio.

Finalmente, o ácido selenioso é tratado com dióxido de enxofre para reduzi-lo e obter o selênio elementar.

Em outro método na mistura do lodo e lama formada na produção de ácido sulfúrico, um selênio vermelho impuro é obtido que se dissolve em ácido sulfúrico.

O ácido selênio e o ácido selênico são então formados. Este ácido selênio recebe o mesmo tratamento do método anterior.

O cloro, que atua sobre os selenetos metálicos, também pode ser usado para produzir compostos voláteis de selênio clorado; como: Se₂Cl₂, SeCl₄, SeCl₂ e SeOCl₂.

Esses compostos, em um processo realizado em água, são convertidos em ácido selenioso, que é tratado com dióxido de enxofre para liberar o selênio.

Papel biológico

Deficiência

O selênio é um oligoelemento essencial para plantas e animais, cuja deficiência em humanos causou doenças graves como a doença de Keshan; uma doença caracterizada por danos ao miocárdio.

Além disso, a deficiência de selênio está associada à infertilidade masculina e pode desempenhar um papel na doença de Kashin-Beck, um tipo de osteoartrite. Além disso, uma deficiência de selênio foi observada na artrite reumatóide.

Cofator de enzima

O selênio é um componente de enzimas com ação antioxidante, como a glutationa peroxidase e a tiorredoxina redutase que atuam na eliminação de substâncias com oxigênio reativo.

Além disso, o selênio é um co-fator do hormônio da tireoide deiodinase. Essas enzimas são importantes na regulação do funcionamento dos hormônios da tireoide.

O uso de selênio tem sido relatado no tratamento da doença de Hasimoto, uma doença autoimune com formação de anticorpos contra as células da tireoide.

O selênio também tem sido usado para reduzir os efeitos tóxicos do mercúrio, já que algumas de suas ações são exercidas sobre as enzimas antioxidantes dependentes do selênio.

Proteínas e aminoácidos

O homem possui cerca de 25 selenoproteínas que exercem ação antioxidante de proteção contra o estresse oxidativo, iniciado por um excesso de espécies reativas de oxigênio (ROS) e de espécies reativas de nitrogênio (NOS).

A presença dos aminoácidos selenomethiocina e selenocisteína foi detectada em humanos. A selenometionina é usada como suplemento dietético no tratamento de estados de deficiência de selênio.

Riscos

Uma alta concentração corporal de selênio pode ter muitos efeitos prejudiciais à saúde, começando com cabelos quebradiços e unhas quebradiças, até erupções cutâneas, calor, edema da pele e dores intensas.

Ao tratar o selênio em contato com os olhos, as pessoas podem sentir queimação, irritação e lacrimejamento. Enquanto isso, a exposição prolongada à fumaça com alto teor de selênio pode causar edema pulmonar, hálito de alho e bronquite.

Além disso, a pessoa pode ter pneumonite, náusea, calafrios, febre, dor de garganta, diarreia e hepatomegalia.

O selênio pode interagir com outros medicamentos e suplementos dietéticos, como antiácidos, antineoplásicos, corticosteróides, niacina e pílulas anticoncepcionais.

O selênio foi associado a um risco aumentado de desenvolver câncer de pele. Um estudo do Instituto Nacional do Câncer descobriu que homens com alto nível de selênio no corpo tinham duas vezes mais chances de sofrer de câncer de próstata agressivo.

Um estudo indica que a ingestão diária de 200 µg de selênio aumenta em 50% a possibilidade de desenvolver diabetes tipo II.

Formulários

Cosméticos

O sulfeto de selênio é usado no tratamento de seborréia, bem como em cabelos oleosos ou com caspa.

Doutores

É usado como medicamento alternativo no tratamento da doença de Hasimoto, uma doença auto-imune da tireóide.

O selênio reduz a toxicidade do mercúrio, uma de suas atividades tóxicas é exercida sobre as enzimas desoxidantes, que utilizam o selênio como cofator.

Eletrólise de manganês

O uso do óxido de selênio na eletrólise do manganês reduz consideravelmente os custos da técnica, pois diminui o consumo de energia elétrica.

Pigmento

O selênio é usado como pigmento em tintas, plásticos, cerâmicas e vidro. Dependendo do selênio usado, a cor do vidro varia do vermelho escuro ao laranja claro.

Fotocondutor

Devido à propriedade do selênio cinza de alterar sua condutividade elétrica em função da intensidade da luz que o irradia, o selênio tem sido utilizado em fotocopiadoras, fotocélulas, fotômetros e células solares.

O uso de selênio em fotocopiadoras foi uma das principais aplicações do selênio; mas o aparecimento de fotocondutores orgânicos tem diminuído seu uso.

Cristais

O selênio é utilizado na descoloração dos vidros, em decorrência da presença de ferro que produz uma cor verde ou amarela. Além disso, permite uma coloração vermelha do vidro, dependendo do uso que se deseja dar.

Vulcanização

O selênio dietilditiocarbonato é usado como agente de vulcanização para produtos de borracha.

Ligas

O selênio é usado em combinação com o bismuto no latão para substituir o chumbo; Elemento muito tóxico que vem diminuindo seu uso devido às recomendações dos órgãos de saúde.

O selênio é adicionado em baixas concentrações ao aço e ligas de cobre para melhorar a usabilidade desses metais.

Retificadores

Os retificadores de selênio começaram a ser usados em 1933 até a década de 1970, quando foram substituídos pelo silício devido ao seu baixo custo e qualidade superior.

Referências

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