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Selenio,  34 Se
SeBlackRed.jpg
Selenio
Pronunciación/ S ɪ l i n i ə m / ( sə- LEE -nee-əm )
Aparienciaalótropos grises de aspecto metálico, rojo y negro vítreo (sin imagen)
Peso atómico estándar A r, std (Se) 78,971 (8) [1]
Selenio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
S
↑
Se
↓
Te
arsénico ← selenio → bromo
Número atómico ( Z )34
Grupogrupo 16 (calcógenos)
Períodoperíodo 4
Cuadra  bloque p
Configuración electronica[ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 4
Electrones por capa2, 8, 18, 6
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion494  K (221 ° C, 430 ° F)
Punto de ebullición958 K (685 ° C, 1265 ° F)
Densidad (cerca de  rt )gris: 4,81 g / cm 3
alfa: 4,39 g / cm 3
vítreo: 4,28 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )3,99 g / cm 3
Punto crítico1766 K, 27,2 MPa
Calor de fusióngris: 6,69  kJ / mol
Calor de vaporización95,48 kJ / mol
Capacidad calorífica molar25,363 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)500552617704813958
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−2 , −1, +1, [2] +2 , +3, +4 , +5, +6 (unóxidofuertemente ácido )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 2,55
Energías de ionización
  • 1 °: 941,0 kJ / mol
  • 2do: 2045 kJ / mol
  • Tercero: 2973,7 kJ / mol
Radio atómicoempírico: 120  pm
Radio covalente120 ± 4 pm
Radio de Van der Waals190 p. M.
Líneas espectrales de selenio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinahexagonal
Velocidad de sonido varilla fina3350 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmicaamorfo: 37 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmicaamorfo: 0.519 W / (m⋅K)
Orden magnéticodiamagnético [3]
Susceptibilidad magnética molar−25,0 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K) [4]
El módulo de Young10 GPa
Módulo de corte3,7 GPa
Módulo de volumen8,3 GPa
Relación de Poisson0,33
Dureza de Mohs2.0
Dureza Brinell736 MPa
Número CAS7782-49-2
Historia
Nombrardespués de Selene , diosa griega de la luna
Descubrimiento y primer aislamientoJöns Jakob Berzelius y Johann Gottlieb Gahn (1817)
Isótopos principales del selenio
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
72 Sesyn8,4 díasε72 Como
γ-
74 Se0,86%estable
75 Sesyn119,8 díasε75 Como
γ-
76 Se9,23%estable
77 Se7,60%estable
78 Se23,69%estable
79 Serastro3,27 × 10 5  yβ -79 HAB
80 Se49,80%estable
82 Se8,82%1,08 × 10 20  yβ - β -82 Kr
Category Categoría: Selenio
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El selenio es un elemento químico con el símbolo Se y número atómico  34. Es un no metal (más raramente considerado un metaloide ) con propiedades intermedias entre los elementos de arriba y abajo en la tabla periódica , azufre y telurio , y también tiene similitudes con arsénico . Rara vez ocurre en su estado elemental o como compuestos minerales puros en la corteza terrestre. El selenio, del griego antiguo σελήνη (selḗnē) "Luna", fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius., quien notó la similitud del nuevo elemento con el telurio previamente descubierto (llamado así por la Tierra).

El selenio se encuentra en minerales de sulfuro metálico , donde reemplaza parcialmente al azufre. Comercialmente, el selenio se produce como subproducto en el refinado de estos minerales, con mayor frecuencia durante la producción. Los minerales que son seleniuro puro o compuestos de selenato son conocidos pero raros. Los principales usos comerciales del selenio en la actualidad son la fabricación de vidrio y los pigmentos . El selenio es un semiconductor y se utiliza en fotocélulas . Las aplicaciones en electrónica , que alguna vez fueron importantes, han sido reemplazadas en su mayoría por dispositivos semiconductores de silicio . El selenio todavía se usa en algunos tipos de protectores contra sobretensiones de CC y en un tipo de punto cuántico fluorescente .

Aunque se necesitan trazas de selenio para la función celular en muchos animales, incluidos los humanos, tanto el selenio elemental como (especialmente) las sales de selenio son tóxicas, incluso en pequeñas dosis, y causan selenosis . El selenio figura como ingrediente en muchas multivitaminas y otros suplementos dietéticos, así como en fórmulas infantiles , y es un componente de las enzimas antioxidantes glutatión peroxidasa y tiorredoxina reductasa (que reducen indirectamente ciertas moléculas oxidadas en animales y algunas plantas), así como en tres enzimas desyodasas . Los requisitos de selenio en las plantas difieren según la especie, y algunas plantas requieren cantidades relativamente grandes y otras aparentemente no requieren ninguna.[5]

Características [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

Estructura del selenio hexagonal (gris)

El selenio forma varios alótropos que se interconvierten con los cambios de temperatura, dependiendo un poco de la tasa de cambio de temperatura. Cuando se prepara en reacciones químicas, el selenio suele ser un polvo amorfo de color rojo ladrillo. Cuando se derrite rápidamente, forma la forma vítrea negra, que generalmente se vende comercialmente como perlas. [6] La estructura del selenio negro es irregular y compleja y consta de anillos poliméricos con hasta 1000 átomos por anillo. Black Se es un sólido brillante y quebradizo que es ligeramente soluble en CS 2 . Al calentarse, se ablanda a 50 ° C y se convierte en selenio gris a 180 ° C; la temperatura de transformación se reduce por la presencia de halógenos y aminas . [7]

Las formas rojas α, β y γ se producen a partir de soluciones de selenio negro al variar la velocidad de evaporación del solvente (generalmente CS 2 ). Todos tienen simetrías cristalinas monoclínicas relativamente bajas y contienen anillos de Se 8 fruncidos casi idénticos con diferentes disposiciones, como en el azufre . El empaque es más denso en la forma α. En los anillos Se 8 , la distancia Se-Se es 233.5 pm y el ángulo Se-Se-Se es 105.7 °. Otros alótropos de selenio pueden contener anillos Se 6 o Se 7 . [7]

La forma más estable y densa de selenio es gris y tiene una red cristalina hexagonal que consta de cadenas poliméricas helicoidales, donde la distancia Se-Se es 237.3 pm y el ángulo Se-Se-Se es 130.1 °. La distancia mínima entre cadenas es de 343,6 pm. El Se gris se forma por calentamiento suave de otros alótropos, por enfriamiento lento del Se fundido o por condensación de vapor de Se justo por debajo del punto de fusión. Mientras que otras formas de Se son aislantes, el Se gris es un semiconductor que muestra una fotoconductividad apreciable . A diferencia de los otros alótropos, es insoluble en CS 2 . [7] Resiste la oxidación por el aire y no es atacado por ácidos no oxidantes.. Con fuertes agentes reductores, forma poliselenuros. El selenio no presenta los cambios de viscosidad que experimenta el azufre cuando se calienta gradualmente. [6] [8]

Propiedades ópticas [ editar ]

Debido a su uso como fotoconductor en detectores de rayos X de panel plano (ver más abajo ), las propiedades ópticas de las películas delgadas de selenio amorfo (α-Se) han sido objeto de una intensa investigación. [9] [10] [11]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de selenio

El selenio tiene siete isótopos naturales . Cinco de estos, 74 Se, 76 Se, 77 Se, 78 Se, 80 Se, son estables, siendo 80 Se el más abundante (49,6% de abundancia natural). También se produce de forma natural el radionúclido primordial 82 Se, de vida larga , con una vida media de 9,2 × 10 19 años. [12] El radioisótopo 79 Se no primordial también se encuentra en cantidades diminutas en los minerales de uranio como producto de la fisión nuclear . El selenio también tiene numerosos inestablesisótopos sintéticos que varían de 64 Se a 95 Se; los más estables son 75 Se con una vida media de 119,78 días y 72 Se con una vida media de 8,4 días. [12] Los isótopos más livianos que los isótopos estables experimentan principalmente desintegración beta más a isótopos de arsénico , y los isótopos más pesados ​​que los isótopos estables experimentan desintegración beta menos a isótopos de bromo , con algunas ramas de emisión de neutrones menores en los isótopos más pesados ​​conocidos.

Isótopos de selenio de mayor estabilidad
IsótopoNaturalezaOrigenMedia vida
74 SePrimordialEstable
76 SePrimordialEstable
77 SePrimordialProducto de fisiónEstable
78 SePrimordialProducto de fisiónEstable
79 SeRastroProducto de fisión327 000 años [13] [14]
80 SePrimordialProducto de fisiónEstable
82 SePrimordialProducto de fisión *~ 10 20 años [12] [a]

Compuestos químicos [ editar ]

Ver también: Categoría: compuestos de selenio y química de organoselenio

Los compuestos de selenio comúnmente existen en los estados de oxidación -2, +2, +4 y +6.

Compuestos de calcógeno [ editar ]

El selenio forma dos óxidos : dióxido de selenio (SeO 2 ) y trióxido de selenio (SeO 3 ). El dióxido de selenio se forma por reacción del selenio elemental con oxígeno: [6]

Se 8 + 8 O 2 → 8 SeO 2
Estructura del polímero SeO 2 : Los átomos de Se (piramidales) son amarillos.

Es un sólido polimérico que forma moléculas monoméricas de SeO 2 en la fase gaseosa. Se disuelve en agua para formar ácido selenoso , H 2 SeO 3 . El ácido selenoso también se puede producir directamente oxidando el selenio elemental con ácido nítrico : [15]

3 Se + 4 HNO 3 + H 2 O → 3 H 2 SeO 3 + 4 NO

A diferencia del azufre, que forma un trióxido estable , el trióxido de selenio es termodinámicamente inestable y se descompone en dióxido por encima de 185 ° C: [6] [15]

2 SeO 3 → 2 SeO 2 + O 2 (ΔH = −54 kJ / mol)

El trióxido de selenio se produce en el laboratorio mediante la reacción de selenato de potasio anhidro (K 2 SeO 4 ) y trióxido de azufre (SO 3 ). [dieciséis]

Las sales de ácido selenoso se llaman selenitos. Estos incluyen selenito de plata (Ag 2 SeO 3 ) y selenito de sodio (Na 2 SeO 3 ).

El sulfuro de hidrógeno reacciona con ácido selenoso acuoso para producir disulfuro de selenio :

H 2 SeO 3 + 2 H 2 S → SeS 2 + 3 H 2 O

El disulfuro de selenio consta de anillos de 8 miembros. Tiene una composición aproximada de SeS 2 , con anillos individuales que varían en composición, como Se 4 S 4 y Se 2 S 6 . El disulfuro de selenio se ha utilizado en champús como agente anticaspa , inhibidor en la química de polímeros, colorante de vidrio y agente reductor en fuegos artificiales . [15]

El trióxido de selenio puede sintetizarse deshidratando el ácido selenico , H 2 SeO 4 , que a su vez se produce mediante la oxidación del dióxido de selenio con peróxido de hidrógeno : [17]

SeO 2 + H 2 O 2 → H 2 SeO 4

El ácido selenico concentrado caliente puede reaccionar con el oro para formar selenato de oro (III). [18]

Compuestos halógenos [ editar ]

Los yoduros de selenio no son bien conocidos. El único cloruro estable es el monocloruro de selenio (Se 2 Cl 2 ), que podría ser mejor conocido como cloruro de selenio (I); también se conoce el bromuro correspondiente . Estas especies son estructuralmente análogas al correspondiente dicloruro de disulfuro . El dicloruro de selenio es un reactivo importante en la preparación de compuestos de selenio (por ejemplo, la preparación de Se 7 ). Se prepara tratando el selenio con cloruro de sulfurilo (SO 2 Cl 2 ). [19] El selenio reacciona con el flúor para formarhexafluoruro de selenio :

Se 8 + 24 F 2 → 8 SeF 6

En comparación con su homólogo de azufre ( hexafluoruro de azufre ), el hexafluoruro de selenio (SeF 6 ) es más reactivo y es un irritante pulmonar tóxico. [20] Algunos de los oxihaluros de selenio, como el oxifluoruro de selenio (SeOF 2 ) y el oxicloruro de selenio (SeOCl 2 ) se han utilizado como disolventes especiales. [6]

Selenidas [ editar ]

De manera análoga al comportamiento de otros calcógenos, el selenio forma seleniuro de hidrógeno , H 2 Se. Es un gas fuertemente oloroso , tóxico e incoloro. Es más ácido que el H 2 S. En solución se ioniza a HSe - . El dianión seleniuro Se 2− forma una variedad de compuestos, incluidos los minerales de los que se obtiene el selenio comercialmente. Los seleniuros ilustrativos incluyen seleniuro de mercurio (HgSe), seleniuro de plomo (PbSe), seleniuro de zinc (ZnSe) y diselenuro de cobre, indio, galio (Cu (Ga, In) Se 2 ). Estos materiales son semiconductores.. Con metales altamente electropositivos, como el aluminio , estos seleniuros son propensos a la hidrólisis: [6]

Al 2 Se 3 + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 3 H 2 Se

Los seleniuros de metales alcalinos reaccionan con el selenio para formar poliselenuros, Se2−
n, que existen como cadenas.

Otros compuestos [ editar ]

El tetranitruro de tetraselenio, Se 4 N 4 , es un compuesto naranja explosivo análogo al tetranitruro de tetrasulfuro (S 4 N 4 ). [6] [21] [22] Puede sintetizarse mediante la reacción de tetracloruro de selenio (SeCl 4 ) con [((CH3)3Si)2NORTE]2Se . [23]

El selenio reacciona con los cianuros para producir selenocianatos : [6]

8 KCN + Se 8 → 8 KSeCN

Compuestos de organoselenio [ editar ]

Artículo principal: química de organoselenio

El selenio, especialmente en el estado de oxidación II, forma enlaces estables con el carbono , que son estructuralmente análogos a los correspondientes compuestos orgánicos de azufre . Son especialmente comunes los seleniuros (R 2 Se, análogos de tioéteres ), diselenuros (R 2 Se 2 , análogos de disulfuros ) y selenoles (RSeH, análogos de tioles ). Los representantes de seleniuros, diselenuros y selenoles incluyen, respectivamente , selenometionina , difenildiselenuro y benceneselenol . El sulfóxidoen la química del azufre está representado en la química del selenio por los selenoxidos (fórmula RSe (O) R), que son intermedios en la síntesis orgánica, como lo ilustra la reacción de eliminación del selenóxido . De acuerdo con las tendencias indicadas por la regla del doble enlace , las selenocetonas, R (C = Se) R y los selenaldehídos, R (C = Se) H, rara vez se observan. [24]

Historia [ editar ]

El selenio (del griego σελήνη selene que significa "Luna") fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius y Johan Gottlieb Gahn . [25] Ambos químicos poseían una planta química cerca de Gripsholm , Suecia, que producía ácido sulfúrico mediante el proceso de la cámara de plomo . La pirita de la mina Falun creó un precipitado rojo en las cámaras de plomo que se suponía que era un compuesto de arsénico, por lo que se suspendió el uso de la pirita para producir ácido. Berzelius y Gahn querían usar la pirita y también observaron que el precipitado rojo desprendía un olor a rábano picante.cuando se quema. Este olor no era típico del arsénico, pero se conocía un olor similar de los compuestos de telurio . Por lo tanto, la primera carta de Berzelius a Alexander Marcet decía que se trataba de un compuesto de telurio. Sin embargo, la falta de compuestos de telurio en los minerales de la mina Falun eventualmente llevó a Berzelius a volver a analizar el precipitado rojo, y en 1818 le escribió una segunda carta a Marcet describiendo un elemento recientemente encontrado similar al azufre y al telurio. Debido a su similitud con el telurio, llamado así por la Tierra, Berzelius nombró al nuevo elemento en honor a la Luna . [26] [27]

En 1873, Willoughby Smith descubrió que la resistencia eléctrica del selenio gris dependía de la luz ambiental. [28] [29] Esto llevó a su uso como celda para detectar la luz. Los primeros productos comerciales que utilizan selenio fueron desarrollados por Werner Siemens a mediados de la década de 1870. La celda de selenio se utilizó en el fotófono desarrollado por Alexander Graham Bell en 1879. El selenio transmite una corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que cae sobre su superficie. Este fenómeno se utilizó en el diseño de fotómetros y dispositivos similares. Las propiedades de los semiconductores del selenio encontraron muchas otras aplicaciones en la electrónica. [30] [31] [32]El desarrollo de los rectificadores de selenio comenzó a principios de la década de 1930, y estos reemplazaron a los rectificadores de óxido de cobre porque eran más eficientes. [33] [34] [35] Estos duraron en aplicaciones comerciales hasta la década de 1970, después de lo cual fueron reemplazados por rectificadores de silicio menos costosos e incluso más eficientes .

El selenio llegó a la atención médica más tarde debido a su toxicidad para los trabajadores industriales. El selenio también fue reconocido como una importante toxina veterinaria, que se observa en animales que han comido plantas con alto contenido de selenio. En 1954, la bioquímica Jane Pinsent descubrió los primeros indicios de funciones biológicas específicas del selenio en microorganismos . [36] [37] Se descubrió que era esencial para la vida de los mamíferos en 1957. [38] [39] En la década de 1970, se demostró que estaba presente en dos conjuntos independientes de enzimas . A esto siguió el descubrimiento de la selenocisteína en las proteínas. Durante la década de 1980, se demostró que la selenocisteína estaba codificada por el codón UGA. El mecanismo de recodificación se elaboró ​​primero en bacterias y luego en mamíferos (ver elemento SECIS ). [40]

Ocurrencia [ editar ]

Selenio nativo en piedra arenisca, de una mina de uranio cerca de Grants, Nuevo México
Ver también: Categoría: Minerales selenidos

El selenio nativo (es decir, elemental) es un mineral raro, que generalmente no forma buenos cristales, pero, cuando lo hace, son romboedros empinados o cristales aciculares diminutos (en forma de cabello). [41] El aislamiento del selenio a menudo se complica por la presencia de otros compuestos y elementos.

El selenio se encuentra naturalmente en varias formas inorgánicas, como seleniuro , selenato y selenito , pero estos minerales son raros. El mineral común selenito no es un mineral de selenio y no contiene ion selenito , sino que es un tipo de yeso (sulfato de calcio hidratado) llamado como selenio para la luna mucho antes del descubrimiento del selenio. El selenio se encuentra más comúnmente como impureza, reemplazando una pequeña parte del azufre en minerales de sulfuro de muchos metales. [42] [43]

En los sistemas vivos, el selenio se encuentra en los aminoácidos selenometionina , selenocisteína y metilselenocisteína . En estos compuestos, el selenio juega un papel análogo al del azufre. Otro compuesto de organoselenio de origen natural es el seleniuro de dimetilo . [44] [45]

Ciertos suelos son ricos en selenio y algunas plantas pueden bioconcentrar el selenio . En los suelos, el selenio se presenta con mayor frecuencia en formas solubles como el selenato (análogo al sulfato), que se lixivia muy fácilmente a los ríos por la escorrentía. [42] [43] El agua del océano contiene cantidades significativas de selenio. [46] [47]

Las fuentes antropogénicas de selenio incluyen la quema de carbón y la extracción y fundición de minerales de sulfuro. [48]

Producción [ editar ]

El selenio se produce más comúnmente a partir de seleniuro en muchos minerales de sulfuro , como los de cobre , níquel o plomo . El refino electrolítico de metales es particularmente productivo con selenio como subproducto, obtenido del lodo anódico de las refinerías de cobre. Otra fuente fue el lodo de las cámaras de plomo de las plantas de ácido sulfúrico , un proceso que ya no se utiliza. El selenio se puede refinar a partir de estos lodos mediante varios métodos. Sin embargo, la mayor parte del selenio elemental es un subproducto del refinado de cobre o de la producción de ácido sulfúrico . [49] [50]Desde su invención, la producción de cobre mediante extracción por solventes y electrodeposición (SX / EW) produce una participación cada vez mayor en el suministro mundial de cobre. [51] Esto cambia la disponibilidad de selenio porque solo una pequeña parte comparable del selenio en el mineral se lixivia con el cobre. [52]

La producción industrial de selenio generalmente implica la extracción de dióxido de selenio de los residuos obtenidos durante la purificación del cobre. La producción común a partir del residuo comienza luego por oxidación con carbonato de sodio para producir dióxido de selenio, que se mezcla con agua y se acidifica para formar ácido selenoso ( paso de oxidación ). Se burbujea ácido selenoso con dióxido de azufre ( paso de reducción ) para dar selenio elemental. [53] [54]

En 2011 se produjeron alrededor de 2.000 toneladas de selenio en todo el mundo, principalmente en Alemania (650 t), Japón (630 t), Bélgica (200 t) y Rusia (140 t), y las reservas totales se estimaron en 93.000 toneladas. Estos datos excluyen a dos grandes productores: Estados Unidos y China. En 2004 se observó un fuerte aumento anterior de $ 4– $ 5 a $ 27 / lb. El precio se mantuvo relativamente estable durante 2004-2010 en alrededor de US $ 30 por libra (en lotes de 100 libras) pero aumentó a $ 65 / lb en 2011. El consumo en 2010 se dividió de la siguiente manera: metalurgia - 30%, fabricación de vidrio - 30%, agricultura - 10%, químicos y pigmentos - 10% y electrónica - 10%. China es el principal consumidor de selenio a razón de 1.500-2.000 toneladas / año. [55]

Aplicaciones [ editar ]

Fertilizantes [ editar ]

Los investigadores encontraron que la aplicación de fertilizante de selenio a los cultivos de lechuga disminuyó la acumulación de plomo y cadmio . Los melocotones y las peras que recibieron una pulverización foliar de selenio contenían niveles más altos de selenio y también permanecieron firmes y maduros por más tiempo cuando se almacenaron. En dosis bajas, el selenio ha mostrado un efecto beneficioso sobre la resistencia de las plantas a varios factores de estrés ambiental, como la sequía, los rayos UV-B, la salinidad del suelo y las temperaturas frías o calientes. Sin embargo, puede dañar las plantas en dosis más altas. [56]

Electrólisis de manganeso [ editar ]

Durante la electrodeposición de manganeso, la adición de dióxido de selenio disminuye la potencia necesaria para operar las celdas de electrólisis . China es el mayor consumidor de dióxido de selenio para este propósito. Por cada tonelada de manganeso, se utiliza un promedio de 2 kg de óxido de selenio. [55] [57]

Producción de vidrio [ editar ]

El uso comercial más grande de Se, que representa alrededor del 50% del consumo, es para la producción de vidrio. Los compuestos de se confieren un color rojo al vidrio. Este color anula los tintes verdes o amarillos que surgen de las impurezas de hierro típicas de la mayoría de los vidrios. Para ello, se añaden varias sales de selenito y selenato. Para otras aplicaciones, se puede desear un color rojo, producido por mezclas de CdSe y CdS. [58]

Aleaciones [ editar ]

El selenio se usa con bismuto en latones para reemplazar el plomo más tóxico . La regulación del plomo en aplicaciones de agua potable, como en los EE. UU. Con la Ley de Agua Potable Segura de 1974, hizo necesaria una reducción del plomo en el latón. El latón nuevo se comercializa con el nombre de EnviroBrass. [59] Al igual que el plomo y el azufre, el selenio mejora la maquinabilidad del acero en concentraciones de alrededor del 0,15%. [60] [61] El selenio produce la misma mejora de maquinabilidad en las aleaciones de cobre. [62]

Baterías de litio-selenio [ editar ]

La batería de litio-selenio (Li-Se) es uno de los sistemas más prometedores para el almacenamiento de energía en la familia de baterías de litio. [63] La batería Li-Se es una alternativa a la batería de litio-azufre , con la ventaja de una alta conductividad eléctrica.

Células solares [ editar ]

El seleniuro de cobre, indio, galio es un material utilizado en las células solares. [64]

Fotoconductores [ editar ]

Las películas delgadas de selenio amorfo (α-Se) han encontrado aplicación como fotoconductores en detectores de rayos X de panel plano . [65] Estos detectores utilizan selenio amorfo para capturar y convertir fotones de rayos X incidentes directamente en carga eléctrica. [66]

Rectificadores [ editar ]

Los rectificadores de selenio se usaron por primera vez en 1933. Su uso continuó hasta la década de 1990.

Otros usos [ editar ]

Se han utilizado pequeñas cantidades de compuestos de organoselenio para modificar los catalizadores utilizados para la vulcanización para la producción de caucho. [52]

La demanda de selenio por parte de la industria electrónica está disminuyendo. [55] Sus propiedades fotovoltaicas y fotoconductoras siguen siendo útiles en fotocopiado , [67] [68] [69] [70] fotocélulas , medidores de luz y células solares . Su uso como fotoconductor en copiadoras de papel normal fue una vez una aplicación líder, pero en la década de 1980, la aplicación de fotoconductor declinó (aunque todavía era un gran uso final) a medida que más y más copiadoras cambiaban a fotoconductores orgánicos. Aunque alguna vez se usaron ampliamente, los rectificadores de selenioen su mayoría han sido reemplazados (o están siendo reemplazados) por dispositivos basados ​​en silicio. La excepción más notable es la protección contra sobretensiones de CC , donde las capacidades superiores de energía de los supresores de selenio los hacen más deseables que los varistores de óxido metálico .

El seleniuro de zinc fue el primer material para los LED azules , pero el nitruro de galio domina ese mercado. [71] El seleniuro de cadmio fue un componente importante en los puntos cuánticos . Las láminas de selenio amorfo convierten las imágenes de rayos X en patrones de carga en xeroradiografía y en cámaras de rayos X de panel plano de estado sólido. [72] El selenio ionizado (Se + 24) es uno de los medios activos utilizados en los láseres de rayos X. [73]

El selenio es un catalizador en algunas reacciones químicas, pero no se usa ampliamente debido a problemas de toxicidad. En la cristalografía de rayos X , la incorporación de uno o más átomos de selenio en lugar de azufre ayuda con la dispersión anómala de longitud de onda múltiple y la fase de dispersión anómala de una sola longitud de onda . [74]

El selenio se utiliza en la tonificación de impresiones fotográficas y numerosos fabricantes fotográficos lo venden como tóner. El selenio intensifica y amplía la gama tonal de las imágenes fotográficas en blanco y negro y mejora la permanencia de las impresiones. [75] [76] [77]

El 75 Se se utiliza como fuente gamma en radiografía industrial. [78]

Contaminación [ editar ]

En altas concentraciones, el selenio actúa como contaminante ambiental . Las fuentes de contaminación incluyen materiales de desecho de ciertas operaciones de fabricación minera, agrícola, petroquímica e industrial. En Belews Lake North Carolina, 19 especies de peces fueron eliminadas del lago debido a 150-200 μg Se / L de aguas residuales descargadas de 1974 a 1986 desde una central eléctrica de carbón de Duke Energy. En el Refugio Nacional de Vida Silvestre Kesterson en California, miles de peces y aves acuáticas fueron envenenadas por selenio en el drenaje de riego agrícola.

Pueden ocurrir cambios fisiológicos sustanciales en peces con altas concentraciones tisulares de selenio. Los peces afectados por el selenio pueden experimentar hinchazón de las laminillas branquiales , lo que impide la difusión del oxígeno a través de las branquias y el flujo sanguíneo dentro de las branquias. La capacidad respiratoria se reduce aún más debido a la unión del selenio a la hemoglobina . Otros problemas incluyen la degeneración del tejido hepático, hinchazón alrededor del corazón, folículos del óvulo dañados en los ovarios, cataratas y acumulación de líquido en la cavidad corporal y la cabeza. El selenio a menudo causa un feto de pez malformado que puede tener problemas para alimentarse o respirar; La distorsión de las aletas o la columna también es común. Los peces adultos pueden parecer sanos a pesar de su incapacidad para producir crías viables.

El selenio se bioacumula en hábitats acuáticos, lo que resulta en concentraciones más altas en los organismos que en el agua circundante. Los compuestos de organoselenio se pueden concentrar más de 200.000 veces mediante el zooplancton cuando las concentraciones de agua están en el rango de 0,5 a 0,8 μg Se / L. El selenio inorgánico se bioacumula más fácilmente en el fitoplanctonque el zooplancton. El fitoplancton puede concentrar selenio inorgánico en un factor de 3000. Se produce una concentración adicional a través de la bioacumulación a lo largo de la cadena alimentaria, ya que los depredadores consumen presas ricas en selenio. Se recomienda que una concentración de agua de 2 μg Se / L se considere altamente peligrosa para peces sensibles y aves acuáticas. La intoxicación por selenio puede transmitirse de padres a hijos a través del huevo, y la intoxicación por selenio puede persistir durante muchas generaciones. La reproducción de los patos reales se ve afectada a concentraciones dietéticas de 7 ug Se / L. Muchos invertebrados bentónicos pueden tolerar concentraciones de selenio de hasta 300 μg / L de Se en su dieta. [79]

La contaminación por selenio está afectando los océanos de todo el mundo y es causada principalmente por factores antropogénicos como la escorrentía agrícola y los procesos industriales. [80] El pescado es una fuente importante de proteínas para los seres humanos. De hecho, el 16,7% de la ingesta mundial de proteínas animales provino del pescado en 2010. [81] Dado que el pescado es una fuente de proteínas para los seres humanos, es importante estar al tanto de la contaminación por selenio por su efecto potencial en los seres humanos.

La alta bioacumulación de selenio en ambientes acuáticos provoca la muerte de grandes peces dependiendo de la especie en el área afectada. [82] Sin embargo, hay algunas especies que han sobrevivido a estos eventos y toleran el aumento de selenio. [82] También se ha sugerido que la temporada podría tener un impacto en los efectos nocivos del selenio en el pescado. [82] Para ayudar a reducir la cantidad de selenio que ingresa a los océanos, se pueden implementar políticas como el uso de microbios o enzimas que se dirigen y descomponen metaloides como el selenio. [83]

Papel biológico [ editar ]

Artículo principal: Selenio en biología.
Selenio elemental
Peligros
NFPA 704 (diamante de fuego)
2
0
0

Aunque es tóxico en grandes dosis, el selenio es un micronutriente esencial para los animales. En las plantas, se presenta como un mineral transeúnte [se necesita clarificación ] , a veces en proporciones tóxicas en el forraje (algunas plantas pueden acumular selenio como defensa contra las comidas de los animales, pero otras plantas, como la hierba loca , requieren selenio y su crecimiento indica la presencia de selenio en el suelo). [5] Vea más abajo sobre nutrición vegetal. [ aclaración necesaria ]

El selenio es un componente de los aminoácidos inusuales selenocisteína y selenometionina . En los seres humanos, el selenio es un nutriente de oligoelementos que funciona como cofactor para la reducción de enzimas antioxidantes , como las glutatión peroxidasas [84] y ciertas formas de tiorredoxina reductasa que se encuentran en animales y algunas plantas (esta enzima se encuentra en todos los organismos vivos, pero no en todos). formas de la misma en plantas requieren selenio).

La familia de enzimas glutatión peroxidasa (GSH-Px) cataliza ciertas reacciones que eliminan especies reactivas de oxígeno como el peróxido de hidrógeno y los hidroperóxidos orgánicos :

2 GSH + H 2 O 2 ---- GSH-Px → GSSG + 2 H 2 O

La glándula tiroides y todas las células que usan la hormona tiroidea usan selenio, que es un cofactor de tres de los cuatro tipos conocidos de hormonas tiroideas desyodasas , que activan y luego desactivan varias hormonas tiroideas y sus metabolitos; las yodotironina desyodinasas son la subfamilia de enzimas desyodasas que usan selenio como el aminoácido selenocisteína, por lo demás raro. (Solo la desyodasa yodotirosina desyodasa , que actúa sobre los últimos productos de degradación de la hormona tiroidea, no utiliza selenio). [85]

El selenio puede inhibir la enfermedad de Hashimoto , en la que las propias células tiroideas del cuerpo son atacadas como extrañas. Se informa una reducción del 21% en los anticuerpos de TPO con la ingesta dietética de 0,2 mg de selenio. [86]

El aumento de selenio en la dieta reduce los efectos de la toxicidad del mercurio, [87] [88] [89] aunque sólo es eficaz en dosis bajas a modestas de mercurio. [90] La evidencia sugiere que los mecanismos moleculares de la toxicidad del mercurio incluyen la inhibición irreversible de las selenoenzimas necesarias para prevenir y revertir el daño oxidativo en el cerebro y los tejidos endocrinos. [91] [92] Un antioxidante, la selenoneína, que se deriva del selenio y se ha encontrado que está presente en la sangre del atún rojo, es objeto de investigación científica con respecto a sus posibles funciones en las enfermedades inflamatorias y crónicas, la desintoxicación del metilmercurio y Daños oxidativos. [93] [94]Parece que cuando los niveles de mercurio en un pez marino aumentan, también lo hacen los niveles de selenio. Según el conocimiento de los investigadores, no hay informes de niveles de mercurio que excedan los niveles de selenio en los peces del océano. [95]

Evolución en biología [ editar ]

Artículo principal: Evolución de los antioxidantes dietéticos.

Desde hace unos tres mil millones de años, las familias de selenoproteínas procariotas impulsan la evolución de la selenocisteína, un aminoácido. El selenio se incorpora en varias familias de selenoproteínas procariotas en bacterias, arqueas y eucariotas como selenocisteína, [96] donde las peroxiredoxinas de selenoproteína protegen a las células bacterianas y eucariotas contra el daño oxidativo. Las familias de selenoproteínas de GSH-Px y las desyodasas de células eucariotas parecen tener un origen filogenético bacteriano . La forma que contiene selenocisteína se presenta en especies tan diversas como algas verdes, diatomeas, erizos de mar, peces y pollos. Las enzimas de selenio están involucradas en las pequeñas moléculas reductoras de glutatión y tiorredoxina.. Una familia de moléculas portadoras de selenio (las glutatión peroxidasas ) destruye el peróxido y repara las membranas celulares peroxidizadas dañadas, utilizando glutatión. Otra enzima portadora de selenio en algunas plantas y en animales ( tiorredoxina reductasa ) genera tiorredoxina reducida, un ditiol que sirve como fuente de electrones para las peroxidasas y también la importante enzima reductora ribonucleótido reductasa que produce precursores de ADN a partir de precursores de ARN. [97]

Los oligoelementos involucrados en las actividades de las enzimas GSH-Px y superóxido dismutasa, es decir, selenio, vanadio , magnesio , cobre y zinc , pueden haber faltado en algunas áreas terrestres con deficiencia de minerales. [96] Los organismos marinos retuvieron y en ocasiones expandieron sus selenoproteomas, mientras que los selenoproteomas de algunos organismos terrestres se redujeron o se perdieron por completo. Estos hallazgos sugieren que, con la excepción de los vertebrados , la vida acuática apoya el uso de selenio, mientras que los hábitats terrestres conducen a un uso reducido de este oligoelemento. [98]Los peces marinos y las glándulas tiroides de los vertebrados tienen la mayor concentración de selenio y yodo. Desde hace unos 500 millones de años, las plantas de agua dulce y terrestres optimizaron lentamente la producción de "nuevos" antioxidantes endógenos como el ácido ascórbico (vitamina C), polifenoles (incluidos los flavonoides), tocoferoles , etc. Algunos de estos aparecieron más recientemente, en el últimos 50-200 millones de años, en frutos y flores de plantas angiospermas. De hecho, las angiospermas (el tipo de planta dominante en la actualidad) y la mayoría de sus pigmentos antioxidantes evolucionaron durante el período Jurásico tardío. [ cita requerida ]

Las isoenzimas deyodasas constituyen otra familia de selenoproteínas eucariotas con función enzimática identificada. Las deyodinasas son capaces de extraer electrones de yoduros y yoduros de yodotironinas. Por lo tanto, están involucrados en la regulación de la hormona tiroidea, participando en la protección de los tirocitos del daño por el H 2 O 2 producido para la biosíntesis de la hormona tiroidea. [99] Hace unos 200 millones de años, se desarrollaron nuevas selenoproteínas como enzimas GSH-Px de mamíferos. [100] [101] [102] [103]

Fuentes nutricionales de selenio [ editar ]

El selenio dietético proviene de la carne, nueces, cereales y hongos. Las nueces de Brasil son la fuente dietética más rica (aunque esto depende del suelo, ya que la nuez de Brasil no requiere altos niveles del elemento para sus propias necesidades). [104] [105]

La cantidad diaria recomendada (RDA) de selenio en los EE. UU. Para adolescentes y adultos es de 55  µg / día. El selenio como suplemento dietético está disponible en muchas formas, incluidos los suplementos multivitamínicos / minerales, que normalmente contienen 55 o 70 µg / ración. Los suplementos específicos de selenio normalmente contienen 100 o 200 µg / ración.

En junio de 2015, la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU . (FDA) publicó su regla final que establece el requisito de niveles mínimos y máximos de selenio en la fórmula infantil . [106]

Se cree que el contenido de selenio en el cuerpo humano está en el rango de 13 a 20 mg. [107]

Especies de plantas indicadoras [ editar ]

Ciertas especies de plantas se consideran indicadores de un alto contenido de selenio en el suelo porque requieren altos niveles de selenio para prosperar. Las principales plantas indicadoras de selenio son las especies de Astragalus (incluidas algunas plantas locas ), el penacho del príncipe ( Stanleya sp.), Los ásteres leñosos ( Xylorhiza sp.) Y el falso goldenweed ( Oonopsis sp.) [108]

Detección en fluidos biológicos [ editar ]

El selenio se puede medir en sangre, plasma, suero u orina para monitorear la exposición ambiental u ocupacional excesiva, para confirmar un diagnóstico de intoxicación en víctimas hospitalizadas o investigar un caso sospechoso de sobredosis fatal. Algunas técnicas analíticas son capaces de distinguir las formas orgánicas de las inorgánicas del elemento. Tanto las formas orgánicas como inorgánicas de selenio se convierten en gran parte en conjugados de monosacáridos (selenosazúcares) en el cuerpo antes de su eliminación en la orina. Los pacientes con cáncer que reciben dosis orales diarias de selenothionina pueden alcanzar concentraciones muy altas de selenio en plasma y orina. [109]

Toxicidad [ editar ]

Aunque el selenio es un oligoelemento esencial , es tóxico si se toma en exceso. Exceder el nivel máximo de ingesta tolerable de 400 microgramos por día puede provocar selenosis. [110] Este nivel máximo de ingesta tolerable de 400  µg se basa principalmente en un estudio de 1986 de cinco pacientes chinos que exhibieron signos evidentes de selenosis y un estudio de seguimiento en las mismas cinco personas en 1992. [111] El estudio de 1992 en realidad encontró el máximo La ingesta dietética segura de Se debe ser de aproximadamente 800 microgramos por día (15 microgramos por kilogramo de peso corporal), pero sugirió 400 microgramos por día para evitar crear un desequilibrio de nutrientes en la dieta y de acuerdo con los datos de otros países. [112]En China, las personas que ingirieron maíz cultivado en carbón pedregoso extremadamente rico en selenio ( esquisto carbonoso ) han sufrido toxicidad por selenio. Se demostró que este carbón tiene un contenido de selenio tan alto como 9.1%, la concentración más alta en carbón jamás registrada. [113]

Los signos y síntomas de la selenosis incluyen olor a ajo en el aliento, trastornos gastrointestinales, caída del cabello, desprendimiento de uñas, fatiga, irritabilidad y daño neurológico. Los casos extremos de selenosis pueden presentar cirrosis hepática, edema pulmonar o muerte. [114] El selenio elemental y la mayoría de los seleniuros metálicos tienen toxicidades relativamente bajas debido a su baja biodisponibilidad . Por el contrario, los selenatos y selenitos tienen un modo de acción oxidante similar al del trióxido de arsénico y son muy tóxicos. La dosis tóxica crónica de selenito para los seres humanos es de aproximadamente 2400 a 3000 microgramos de selenio por día.[115] El seleniuro de hidrógeno es un gas corrosivo extremadamente tóxico. [116] El selenio también se encuentra en compuestos orgánicos, como dimetil seleniuro, selenometionina , selenocisteína y metilselenocisteína , todos los cuales tienen una alta biodisponibilidad y son tóxicos en grandes dosis.

El 19 de abril de 2009, 21 caballos de polo murieron poco antes de un partido en el Abierto de Polo de Estados Unidos. Tres días después, una farmacia emitió un comunicado en el que explicaba que los caballos habían recibido una dosis incorrecta de uno de los ingredientes utilizados en un compuesto de suplemento de vitaminas / minerales que había sido preparado incorrectamente por una farmacia de compuestos . El análisis de los niveles sanguíneos de compuestos inorgánicos en el suplemento indicó que las concentraciones de selenio eran de 10 a 15 veces más altas de lo normal en las muestras de sangre y de 15 a 20 veces más altas de lo normal en las muestras de hígado. Más tarde se confirmó que el selenio es el factor tóxico. [117]

El envenenamiento por selenio de los sistemas de agua puede ocurrir siempre que la escorrentía agrícola fluya a través de tierras normalmente secas y no desarrolladas. Este proceso filtra compuestos naturales de selenio solubles (como los selenatos) en el agua, que luego pueden concentrarse en nuevos "humedales" a medida que el agua se evapora. La contaminación por selenio de las vías fluviales también ocurre cuando el selenio se lixivia de las cenizas de combustión de carbón, la minería y la fundición de metales, el procesamiento de petróleo crudo y los vertederos. [118] Se descubrió que los altos niveles de selenio resultantes en las vías fluviales causan trastornos congénitos en especies ovíparas, incluidas las aves de los humedales [119] y los peces. [120] Los niveles elevados de metilmercurio en la dieta pueden amplificar el daño de la toxicidad del selenio en especies ovíparas. [121] [122]

Relación entre la supervivencia de los salmones juveniles y la concentración de selenio en sus tejidos después de 90 días (salmón Chinook [123] ) o 45 días (salmón del Atlántico [124] ) de exposición al selenio de la dieta. El nivel de letalidad del 10% (LC10 = 1,84 µg / g) se obtuvo aplicando el modelo bifásico de Brain y Cousens [125] sólo a los datos del salmón Chinook. Los datos del salmón Chinook comprenden dos series de tratamientos dietéticos, combinados aquí porque los efectos sobre la supervivencia son indistinguibles.

En los peces y otros animales salvajes, el selenio es necesario para la vida, pero tóxico en dosis altas. Para el salmón, la concentración óptima de selenio es de aproximadamente 1 microgramo de selenio por gramo de peso corporal total. Muy por debajo de ese nivel, los salmones jóvenes mueren por deficiencia; [124] mucho más arriba, mueren por exceso tóxico. [123]

La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para el selenio en el lugar de trabajo en 0.2 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,2 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 1 mg / m 3 , el selenio es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [126]

Deficiencia [ editar ]

Artículo principal: deficiencia de selenio

La deficiencia de selenio puede ocurrir en pacientes con función intestinal severamente comprometida , aquellos que reciben nutrición parenteral total y [127] en aquellos de edad avanzada (mayores de 90 años). Además, las personas que dependen de alimentos cultivados en suelos deficientes en selenio están en riesgo. Aunque el suelo de Nueva Zelanda tiene niveles bajos de selenio, no se han detectado efectos adversos para la salud en los residentes. [128]

La deficiencia de selenio, definida por niveles bajos de actividad de selenoenzima (<60% de lo normal) en el cerebro y los tejidos endocrinos, ocurre solo cuando un nivel bajo de selenio está relacionado con un estrés adicional, como una alta exposición al mercurio [129] o un mayor estrés oxidativo por deficiencia de vitamina E. [130]

Interactúa selenio con otros nutrientes, tales como el yodo y vitamina E . El efecto de la deficiencia de selenio en la salud sigue siendo incierto, particularmente en relación con la enfermedad de Kashin-Beck . [131] Además, el selenio interactúa con otros minerales, como el zinc y el cobre . Las dosis altas de suplementos de Se en animales gestantes podrían alterar la relación Zn: Cu y provocar una reducción de Zn; en tales casos de tratamiento, deben controlarse los niveles de Zn. Se necesitan más estudios para confirmar estas interacciones. [132]

En las regiones (por ejemplo, varias regiones de América del Norte) donde los niveles bajos de selenio en el suelo conducen a bajas concentraciones en las plantas, algunas especies animales pueden ser deficientes a menos que el selenio se complemente con una dieta o una inyección. [133] Los rumiantes son particularmente susceptibles. En general, la absorción de selenio en la dieta es menor en los rumiantes que en otros animales y es menor en los forrajes que en los cereales. [134] Los rumiantes que pastan ciertos forrajes, por ejemplo, algunas variedades de trébol blanco que contienen glucósidos cianogénicos , pueden tener mayores requerimientos de selenio, [134] presumiblemente porque el cianuro se libera de la aglicona por la actividad glucosidasa en el rumen.[135] y las glutatión peroxidasas son desactivadas por el cianuro que actúa sobre el resto del glutatión. [136] A los rumiantes recién nacidos con riesgo de enfermedad del músculo blanco se les puede administrar tanto selenio como vitamina E por inyección; algunas de las miopatías de ADMresponden solo al selenio, algunas solo a la vitamina E y algunas a cualquiera de las dos. [137]

Efectos sobre la salud [ editar ]

Se ha sugerido que los suplementos de selenio pueden ayudar a prevenir la incidencia de cáncer en las personas, pero la investigación ha establecido que no hay evidencia que respalde tales afirmaciones. [138]

Ver también [ editar ]

  • Abundancia de elementos en la corteza terrestre
  • ACES (complemento nutricional)
  • Levadura de selenio

Notas [ editar ]

  1. ^ A todos los efectos prácticos, 82 Se es estable.

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Selenium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
  • National Institutes of Health page on Selenium
  • Assay Archived 2012-02-26 at the Wayback Machine
  • ATSDR – Toxicological Profile: Selenium
  • CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
  • Peter van der Krogt elements site