Sélénium (Se), élément chimique du groupe oxygène (groupe 16 [VIa] du tableau périodique), étroitement lié aux propriétés chimiques et physiques aux éléments soufre et tellure. Le sélénium est rare, composant environ 90 parties par milliard de la croûte terrestre. On le trouve parfois non combiné, accompagnant du soufre natif, mais il est plus souvent trouvé en combinaison avec des métaux lourds (cuivre, mercure, plomb ou argent) dans quelques minéraux. La principale source commerciale de sélénium est un sous-produit du raffinage du cuivre; ses utilisations principales sont dans la fabrication d'équipements électroniques, dans les pigments et dans la fabrication du verre. Le sélénium est un métalloïde (un élément intermédiaire dans les propriétés entre les métaux et les non-métaux). La forme grise et métallique de l'élément est la plus stable dans des conditions ordinaires; cette forme a la propriété inhabituelle d'augmenter considérablement la conductivité électrique lorsqu'elle est exposée à la lumière. Les composés de sélénium sont toxiques pour les animaux; les plantes cultivées dans des sols sélénifères peuvent concentrer l'élément et devenir toxique.
élément du groupe oxygène: présence naturelle et utilisations
L'élément sélénium (symbole Se) est beaucoup plus rare que l'oxygène ou le soufre, comprenant environ 90 parties par milliard de la croûte du
.Propriétés des éléments
| numéro atomique | 34 |
|---|---|
| poids atomique | 78,96 |
| masses d'isotopes stables | 74, 76, 77, 78, 80, 82 |
| point de fusion | |
| amorphe | 50 ° C (122 ° F) |
| gris | 217 ° C (423 ° F) |
| point d'ébullition | 685 ° C (1265 ° F) |
| densité | |
| amorphe | 4,28 grammes / cm 3 |
| gris | 4,79 grammes / cm 3 |
| états d'oxydation | −2, +4, +6 |
| configuration électronique | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 |
Histoire
En 1817, le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius a noté une substance rouge provenant de minerais sulfurés provenant des mines de Falun, en Suède. Lorsque cette matière rouge a été étudiée l'année suivante, elle s'est avérée être un élément et a été nommée d'après la Lune ou la déesse Lune Sélène. Berzelius a découvert un minerai d'une teneur inhabituellement élevée en sélénium quelques jours seulement avant de faire son rapport aux sociétés scientifiques du monde sur le sélénium. Son sens de l'humour est évident dans le nom qu'il a donné au minerai, eucairite, qui signifie «juste à temps».
Occurrence et utilisations
La proportion de sélénium dans la croûte terrestre est d'environ 10 −5 à 10 −6 pour cent. Il a été obtenu principalement à partir des boues anodiques (dépôts et matières résiduelles de l'anode) dans le raffinage électrolytique du cuivre et du nickel. D'autres sources sont les poussières de fumée dans la production de cuivre et de plomb et les gaz formés dans les pyrites de torréfaction. Le sélénium accompagne le cuivre dans le raffinage de ce métal: environ 40 pour cent du sélénium présent dans le minerai d'origine peut se concentrer dans le cuivre déposé dans les processus électrolytiques. Environ 1,5 kilogramme de sélénium peut être obtenu à partir d'une tonne de cuivre fondu.
Lorsqu'il est incorporé en petites quantités dans le verre, le sélénium sert de décolorant; en plus grande quantité, il donne au verre une couleur rouge claire qui est utile dans les feux de signalisation. L'élément est également utilisé dans la fabrication d'émaux rouges pour la céramique et les articles en acier, ainsi que pour la vulcanisation du caoutchouc afin d'augmenter la résistance à l'abrasion.
Les efforts de raffinage du sélénium sont les plus importants en Allemagne, au Japon, en Belgique et en Russie.
Allotropie
L'allotropie du sélénium n'est pas aussi étendue que celle du soufre, et les allotropes n'ont pas été étudiés de manière aussi approfondie. Seules deux variétés cristallines de sélénium sont composées de molécules cycliques Se 8: désignées α et β, toutes deux existent sous forme de cristaux monocliniques rouges. Un allotrope gris ayant des propriétés métalliques est formé en maintenant l'une des autres formes à 200-220 ° C et est le plus stable dans des conditions ordinaires.
Une forme amorphe (non cristalline), rouge et pulvérulente de sélénium se produit lorsqu'une solution d'acide sélénieux ou de l'un de ses sels est traitée avec du dioxyde de soufre. Si les solutions sont très diluées, des particules extrêmement fines de cette variété donnent une suspension colloïdale rouge transparente. Le verre rouge transparent résulte d'un processus similaire qui se produit lorsque le verre fondu contenant des sélénites est traité avec du carbone. Une variété vitreuse presque noire de sélénium est formée par refroidissement rapide d'autres modifications à partir de températures supérieures à 200 ° C. La conversion de cette forme vitreuse en allotropes rouges et cristallins a lieu en la chauffant au-dessus de 90 ° C ou en la maintenant en contact avec des solvants organiques, tels que le chloroforme, l'éthanol ou le benzène.
Préparation
Le sélénium pur est obtenu à partir des boues et des boues formées lors de la production d'acide sulfurique. Le sélénium rouge impur est dissous dans l'acide sulfurique en présence d'un agent oxydant, comme le nitrate de potassium ou certains composés du manganèse. L'acide sélénieux, H 2 SeO 3, et l'acide sélénique, H 2 SeO 4, sont formés et peuvent être lessivés à partir de matières insolubles résiduelles. D'autres méthodes utilisent l'oxydation par air (torréfaction) et le chauffage avec du carbonate de sodium pour donner du sélénite de sodium soluble, Na 2 SeO 3 · 5H 2 O, et du sélénate de sodium, Na 2 SeO 4. Le chlore peut également être utilisé: son action sur les séléniures métalliques produit des composés volatils dont le dichlorure de sélénium, SeCl 2; tétrachlorure de sélénium, SeCl 4; dichlorure de disélénium, Se 2 Cl 2; et l'oxychlorure de sélénium, SeOCl 2. Dans un processus, ces composés de sélénium sont convertis par l'eau en acide sélénieux. Le sélénium est finalement récupéré en traitant l'acide sélénieux avec du dioxyde de soufre.
Le sélénium est une composante commune des minerais appréciés pour leur teneur en argent ou en cuivre; il se concentre dans les boues déposées lors de la purification électrolytique des métaux. Des méthodes ont été développées pour séparer le sélénium de ces boues, qui contiennent également de l'argent et du cuivre. La fusion de la boue forme du séléniure d'argent, Ag 2 Se, et du séléniure de cuivre (I), Cu 2 Se. Le traitement de ces séléniures avec de l'acide hypochloreux, HOCl, donne des sélénites et sélénates solubles, qui peuvent être réduits avec du dioxyde de soufre. La purification finale du sélénium est réalisée par distillation répétée.
Propriétés physico-électriques
La propriété physique la plus remarquable du sélénium cristallin est sa photoconductivité: à l'éclairage, la conductivité électrique augmente de plus de 1000 fois. Ce phénomène résulte de la promotion ou de l'excitation d'électrons relativement peu maintenus par la lumière vers des états d'énergie plus élevés (appelés niveaux de conduction), permettant la migration des électrons et, par conséquent, la conductivité électrique. En revanche, les électrons des métaux typiques sont déjà dans des niveaux ou des bandes de conduction, capables de circuler sous l'influence d'une force électromotrice.
La résistivité électrique du sélénium varie sur une énorme plage, en fonction de variables telles que la nature de l'allotrope, les impuretés, la méthode de raffinage, la température et la pression. La plupart des métaux sont insolubles dans le sélénium et les impuretés non métalliques augmentent la résistivité.
L'éclairage du sélénium cristallin pendant 0,001 seconde augmente sa conductivité d'un facteur 10 à 15 fois. La lumière rouge est plus efficace que la lumière de longueur d'onde plus courte.
Ces propriétés photoélectriques et de photosensibilité du sélénium sont mises à profit dans la construction d'une variété de dispositifs qui peuvent traduire des variations d'intensité lumineuse en courant électrique et, par conséquent, en effets visuels, magnétiques ou mécaniques. Les dispositifs d'alarme, les dispositifs mécaniques d'ouverture et de fermeture, les systèmes de sécurité, la télévision, les films sonores et la xérographie dépendent de la propriété semi-conductrice et de la photosensibilité du sélénium. La rectification du courant électrique alternatif (conversion en courant continu) a été réalisée pendant des années par des dispositifs contrôlés au sélénium. De nombreuses applications de cellules photoélectriques utilisant du sélénium ont été remplacées par d'autres dispositifs utilisant des matériaux plus sensibles, plus facilement disponibles et plus faciles à fabriquer que le sélénium.
