Selen

Periodensystem

Selen 34Se

engl. selenium; griech. seléne ("Mond")

Bild vergrößern (nur auf CD-ROM) Das graue, metallische Selen ist eine Modifikation des giftigen Halbmetalls

relat. Atommasse:
Ordnungszahl:
Schmelzpunkt:
Siedepunkt:
Oxidationszahlen:
Dichte:
Härte (Mohs):
Elektronegativität:
Atomradius:
Elektronenkonfig.:
natürl. Häufigkeit:

*)

78,96
34
221 °C
685 °C
6, 4, -2
4,79 g/cm³
2
2,55 (Pauling)
140 pm
[Ar]3d¹⁰4s²4p⁴
Se-74    0,89%
Se-76    9,36%
Se-77    7,63%
Se-78 23,78%
Se-80 49,61%
Se-82    8,73%

*) Die physikalischen Daten beziehen sich auf graues Selen, die atomaren Daten auf Selenatome

Eigenschaften:
Selen zeigt ähnlich wie der Schwefel eine große Vielfalt an Erscheinungsformen. Das graue, metallische Selen ist die bei Raumtemperatur stabilste Modifikation. Es entsteht, wenn die anderen Modifikationen auf über 100°C erhitzt werden. Es kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem und schmilzt bei 217°C zu einer braunroten Schmelze, die bei 685°C in einen braungelben Dampf übergeht. Kühlt man den Dampf plötzlich ab, entsteht ein lockeres, rotes Pulver, das amorphe, rote Selen. Beim Abschrecken der braunroten Schmelze erhält man eine rotbraune, glasartige Masse, die beim Zerreiben ebenfalls das amorphe, rote Selen ergibt. Löst man das amorphe, rote Selen in Kohlenstoffdisulfid, kristallisieren beim Stehenlassen monokline Kristalle von kristallinem, rotem Selen aus. Je nach Kristallisationsbedingungen (Temperatur, Geschwindigkeit) erhält man drei weitere, verschiedene kristalline Modifikationen des Selens.

Beim Erhitzen von grauem Selen erhält man bei 217°C eine braunrote Schmelze, die bei 685°C verdampft. Beim pötzlichen Abkühlen entsteht rotes amorphes Selen, und gelegentlich auch kristallines, rotes Selen

Das graue, metallische Selen zeigt einen ausgeprägten Photoeffekt. Während es im Dunkeln ein schlechter Leiter für elektrischen Strom ist, nimmt seine Leitfähigkeit bei Belichtung um den Faktor Tausend zu. Aufgrund dieses Effekts eignet sich das Metall zur Herstellung von lichtempfindlichen, elektronischen Bauteilen wie Photodioden oder Phototransistoren.

Selen ist ein lebensnotwendiges Spurenelement für den Schilddrüsenstoffwechsel und für die Schutzsysteme der Zellen. Selenmangel führt zu Wachstumsstörungen an Muskeln und Knochen, aber auch zu rheumatischen Erkrankungen oder zum Grauen Star. Selen als Metall und seine Verbindungen wirken in Dosen ab 5mg jedoch stark giftig. Es entstehen Entzündungen in den Atmungs- und Verdauungsorganen und auf der Haut, sowie Störungen im zentralen Nervensystem. In der Atemluft und im Schweiß ist ein deutlicher Knoblauchgeruch wahrnehmbar.

Vorkommen:
Selen ist ein seltenes Element und steht mit einem Anteil von 8 x 10^-5% an 59. Stelle der Elementhäufigkeit. Damit ist es seltener als Uran aber häufiger als Quecksilber oder Silber. Als Element kommt es in der Natur sehr selten gediegen vor, meist in Verbindung mit Schwefel. Selenminerale sind ebenfalls sehr selten. Zu ihnen gehören der Berzelianit (Kupferselenid), der Tiemannit (Quecksilberselenid), der Naumannit (Silberselenid) und der Clausthalit (Bleiselenid). Die Selengewinnung erfolgt hauptsächlich aus Nebenprodukten bei der Kupferherstellung aus Kupfererzen. So enthalten Sulfid-Erze wie Pyrit, Eisenkies, Kupferkies oder Zinkblende meist Selensulfide in geringen Verunreinigungen. Dabei ist es oft mit Tellurverbindungen vergesellschaftet.

links: gediegen Selen aus Radvanice/Tschechien, rechts Clausthalit (Bleiselenid) aus Potosi/Bolivien

Geschichtliches:
Dem schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) fiel im Jahre 1817 im Schlamm der Bleikammern einer schwedischen Schwefelsäurefabrik in Gripsholm eine ungewöhnliche Rotfärbung auf. Danach untersuchte er den Schlamm. Nach der Behandlung mit Königswasser erhielt er bei der Lötrohrprobe eine fahlblaue Flammenfarbe und einen starken Geruch nach Rettich. Durch weitere Experimente gelang ihm auch die Herstellung einer metallisch glänzenden Substanz. Berzelius benannte das neue Element nach dem griechischen Wort seléne ("Mond"), in Anlehnung an das schon früher entdeckte Tellur ("Erde").

J.J. Berzelius (1779-1848) stellte neben Selen auch als erster Silicium her

Herstellung:
Die technische Gewinnung erfolgt aus dem Anodenschlamm bei der Kupferraffination. Die enthaltenen, wasserunlöslichen Selenide (im Beispiel Kupferselenid) werden mit Soda und Kaliumnitrat geschmolzen oder durch Rösten zu wasserlöslichem Natriumselenid oxidiert:

Cu₂Se + Na₂CO₃ + 2 O₂ -----> 2 CuO + Na₂SeO₃ + CO₂

Das noch vorhandene Tellur wird durch eine Neutralisationsreaktion mit Schwefelsäure beseitigt. Dabei fällt unlösliches Tellurdioxid aus. Durch diese Reaktion reagiert das Natriumselenid zu Seleniger Säure, die durch das Einleiten von Schwefeldioxid zu Selen reduziert wird:

H₂SeO₃ + 2 SO₂ + H₂O -----> Se + 2 H₂SO₄

Bei Kälte erhält man rotes, amorphes Selen, das durch eine nachfolgende Vakuumdestillation gereinigt wird.

Beim Rösten sulfidischer Erze - z.B. von Zinkblende oder Pyrit - fällt neben dem Schwefeldioxid auch ein geringer Anteil an Selendioxid an. Dieses ist im Gegensatz zum Schwefeldioxid fest und findet sich daher als fein verteiltes Pulver im Flugstaub. Mit Hilfe von Schwefelsäure kann es ebenfalls in Selenige Säure umgewandelt werden (s.o.).

Verwendung:
Selen ist ein wichtiger Rohstoff für die Halbleiterindustrie und dient zur Herstellung von Photozellen, Solarzellen, Belichtungsmessern, Radaranlagen oder von fotoleitenden Schichten bei Fotokopiergeräten. Werden Selen oder Selenverbindungen bei der Glasherstellung in Konzentrationen von 1-2g pro kg zugemischt, erhält man leuchtend rotes Glas, das auch als Selenrubinglas bezeichnet wird. Dieses wird zum Bau von Signal- und Ampelanlagen verwendet. Geringe Selenkonzentrationen entfärben dagegen Gläser. Shampoos enthalten bis zu 1% Selensulfid (SeS₂) als Antischuppenmittel. In der Medizin werden Selenpräparate zur Behandlung von Hautkrankheiten eingesetzt.

Signalleuchte mit rotem Selenrubinglas

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