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硒化学元素

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硒化学元素
硒化学元素
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,是氧原子团(周期表第16 [VIa]组)中的化学元素,在化学和物理性质上与硫和碲元素紧密相关。硒是稀有元素,约占地球外壳的十亿分之90。偶尔发现它与天然硫没有结合,但更常见于一些矿物中与重金属(铜,汞,铅或银)结合的情况。硒的主要商业来源是铜精炼的副产品。它的主要用途是在电子设备的制造,颜料和玻璃制造中。硒是准金属(在金属和非金属之间的性质中间元素)。元素的灰色金属形式在通常条件下最稳定;这种形式具有不寻常的特性,即当暴露于光线下时,其电导率会大大提高。硒化合物对动物有毒。在硒质土壤中生长的植物可能会浓缩元素并变得有毒。

氧族元素:自然发生和用途

硒元素(符号Se)比氧气或硫元素稀有得多,约占十亿分之几十的外壳。

。元素属性

原子数 34
原子重量 78.96
稳定同位素的质量 74、76、77、78、80、82
熔点
无定形的 50°C(122°F)
灰色 217°C(423°F)
沸点 685°C(1,265°F)
密度
无定形的 4.28克/厘米3
灰色 4.79克/厘米3
氧化态 −2,+ 4,+ 6
电子配置 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4

历史

1817年,瑞典化学家JönsJacob Berzelius注意到一种红色物质,是瑞典法伦矿中的硫化物矿石产生的。在第二年对这种红​​色材料进行调查时,它被证明是一种元素,并以月球或月亮女神塞琳娜的名字命名。Berzelius在向世界科学团体提交硒报告前几天,就发现了硒含量异常高的矿石。从他给矿石eucairite的名字中可以明显看出他的幽默感,意思是“及时”。

发生和用途

硒在地壳中的比例约为10 -5至10 -6。在电解精炼铜和镍时,主要是从阳极泥(来自阳极的沉积物和残留材料)获得的。其他来源包括铜和铅生产中的烟道粉尘以及焙烧黄铁矿中形成的气体。硒与铜一起冶炼该金属:原始矿石中存在的硒中约40%可能集中于电解过程中沉积的铜中。一吨冶炼铜可制得约1.5公斤硒。

当少量掺入玻璃时,硒可作为脱色剂。大量添加可为玻璃赋予清澈的红色,可用于信号灯。该元素还用于制造用于陶瓷和钢制品的红色搪瓷,以及用于橡胶的硫化以提高耐磨性。

硒提纯工作在德国,日本,比利时和俄罗斯最大。

同素异形体

硒的同素异形体没有硫的同素异形体,并且对同素异形体的研究还不够深入。硒中只有两个晶体变种由环状Se 8分子组成:命名为α和β,都以红色单斜晶体存在。具有金属特性的灰色同素异形体是通过将其他任何形式保持在200–220°C的条件下形成的,并且在正常条件下最稳定。

当用二氧化硫处理亚硒酸或其盐之一的溶液时,会形成非晶态(非晶态),红色粉末状的硒。如果溶液非常稀,则该种类的极细颗粒会产生透明的红色胶体悬浮液。用碳处理含亚硒酸盐的熔融玻璃时发生的类似过程会产生透明的红色玻璃。通过从200°C以上的温度快速冷却其他修饰物,形成玻璃状,几乎黑色的硒。将其加热至90°C以上或使其与有机溶剂(如氯仿,乙醇或苯)接触,即可将这种玻璃态转化为红色的结晶同素异形体。

制备

从生产硫酸时形成的煤泥和污泥中获得纯硒。不纯的红色硒在氧化剂(例如硝酸钾或某些锰化合物)的存在下溶于硫酸。两个亚硒酸,H 2的SeO 3,和硒酸,H 2的SeO 4,被形成并可以从残留的不溶性物质进行浸提。其它方法利用由空气(焙烧)和加热氧化,碳酸钠,得到可溶性亚硒酸钠,钠2的SeO 3 ·5H 2 O,和硒酸钠,钠2的SeO 4。也可以使用氯:它对金属硒化物的作用会产生挥发性化合物,包括二氯化硒,SeCl 2;四氯化硒,SeCl 4;二氯化二硒,Se 2 Cl 2;和三氯氧化硒SeOCl 2。在一种方法中,这些硒化合物被水转化为亚硒酸。最终通过用二氧化硫处理亚硒酸来回收硒。

硒是矿石的常见成分,其银或铜含量很高。它会集中在金属电解纯化过程中沉积的煤泥中。已经开发出从这些煤泥中分离​​硒的方法,这些煤泥还含有一些银和铜。熔化粘液会形成硒化银Ag 2 Se和硒化铜(I)Cu 2 Se。用次氯酸HOCl处理这些硒化物可得到可溶性硒酸盐和硒酸盐,可用二氧化硫还原。硒的最终纯化通过重复蒸馏来完成。

物理电性能

晶体硒的最杰出物理性能是其光电导性:在照明下,电导率增加了1000倍以上。这种现象是由于光将相对较松散保持的电子促进或激发到更高的能量状态(称为传导能级),从而允许电子迁移,从而实现了电导率。相反,典型金属的电子已经处于导电能级或能带中,能够在电动势的影响下流动。

硒的电阻率在很大范围内变化,这取决于诸如同素异形体的性质,杂质,精制方法,温度和压力等变量。大多数金属不溶于硒,非金属杂质会增加电阻率。

结晶硒的照射时间为0.001秒,其电导率提高了10到15倍。红光比短波长的光更有效。

在各种设备的构造中利用了硒的这些光电和光敏特性,这些设备可以将光强度的变化转化为电流,从而转化为视觉,磁性或机械效应。报警装置,机械开合装置,安全系统,电视,声音胶片和静电复印术取决于硒的半导体性质和光敏性。多年来,通过硒控制设备已经完成了交流电(转换为直流电)的整流。许多使用硒的光电池应用已被其他设备取代,这些设备使用的材料比硒更敏感,更容易获得并且更容易制造。