セレンとは何ですか?
セレン(記号Se)は周期表の元素34で、4周期、16族の非金属です。 目が機能するために必要で、複写機の存在を可能にした元素です。 室温では固体です。
構造
リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてセレンが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。
大きさ、実寸比
半径120 pmです。これは0.12 nmなので、約4.17百万個を横に並べると1ミリメートルになります。
熱範囲
セレンは、494 Kから958 Kまでの464 Kの範囲で液体です。
物語
セレンは、酸化による損傷から生命を守る一方で、現代のコピー機や太陽光パネルを支える驚くべき半金属です。この fascinating な元素は、性質がまったく異なる複数の形で存在します。赤色の粉末、灰色の金属に似た固体、黒色のガラス状物質などです。月を意味するギリシャ語の「selene」にちなんで名付けられたセレンは、かつては有毒廃棄物と考えられていましたが、必須栄養素であり、ハイテク材料でもある物質へと評価が変わりました。 1817年にスウェーデンの化学者Jöns Jacob Berzeliusによって発見されたセレンは、当初、硫酸製造の残留物中に含まれるテルルと取り違えられました。Berzeliusは、この残留物を燃やすとラディッシュのような特徴的なにおいがすることに気づき、それが新しい元素であると見抜きました。その後数十年にわたり、セレンは有益な用途を持たない純粋な毒物と考えられ、産業毒物としての評判を得ていました。 今日、セレンが極めて重要である理由は、その独特な光電的性質にあります。セレンに光が当たると、電気を発生させたり(光起電力効果)、電気伝導率を変化させたりします(光伝導効果)。この発見は技術に革命をもたらし、コピー機、露出計、太陽電池、写真機器へとつながりました。デジタルカメラが登場する前は、セレン露出計が写真撮影に不可欠でした。 しかし、さらに驚くべき生物学的側面があります。セレンは、すべての生命にとって必須の微量元素であることが判明したのです。セレンは、フリーラジカルによる損傷から細胞を守るグルタチオンペルオキシダーゼなどの抗酸化酵素の重要な構成成分です。セレン欠乏は、心疾患、免疫機能の低下、生殖上の問題を引き起こす可能性があります。ブラジルナッツにはセレンが非常に豊富に含まれており、わずか2粒で1日の必要量をすべて補給できます。 セレンには興味深い光学的性質もあります。セレンの形態によって赤色、灰色、黒色を示し、光にさらされると電気を伝導するようになります。この光伝導性によって、セレンは初期のテレビカメラや複写機に不可欠な材料となりました。
Jöns Jakob Berzeliusは、硫酸製造の残留物を調査していた1817年にセレンを発見しました。当初、テルルによる汚染だと考えていましたが、Berzeliusが慎重に分析した結果、性質は似ているものの明確な特徴を持つ新しい元素であることが明らかになりました。彼はこの元素を、月を意味するギリシャ語の「selene」にちなんでセレンと名付けました。
用途
セレン独特の光電的性質は電子工学に革命をもたらし、現在も太陽光発電技術を可能にしています。一方、その生物学的重要性により、人の健康や農業生産にも不可欠です。
銅・インジウム・ガリウム・セレン化合物(CIGS)薄膜太陽電池は、太陽エネルギー変換に適したセレンのバンドギャップ特性により、23%を超える効率を達成しています。これらの柔軟な太陽電池は、従来のケイ素パネルが実用的でない建材一体型太陽光発電や宇宙用途を可能にします。
セレンによる脱色は、鉄不純物によって生じるガラスの緑色の tint を取り除き、レンズ、窓、ラボ用ガラス器具に用いられる透明な光学ガラスを作ります。ルビーガラスの製造では、セレンを使って装飾や芸術用途で珍重される鮮やかな赤色を生み出します。
レーザープリンターやコピー機の感光体ドラムは、セレンの感光性を利用して静電潜像を作ります。整流ダイオードは、ケイ素が主流になる前にはセレンの半導体特性を利用していましたが、現在も特殊なセレン整流器が限られた用途で使われています。
起源
地殻に0.05 mg/kg存在し、40%の元素より存在度が高い
セレンは恒星の中心部で中性子捕獲過程によって形成され、その存在度は核結合エネルギーにおける鉄ピークの位置を反映しています。地球上のセレンは、原始的な凝縮と、その後の上層大気における宇宙線相互作用の両方に由来します。
地殻には約0.09 ppmのセレンが含まれており、安定な元素の中でも比較的希少なものの一つです。セレンは独立した鉱物を形成することはまれで、硫黄を含む鉱物中の微量置換成分や、貴金属鉱床中のセレン化物の状態として存在します。
市販されるセレンの大部分は銅精製の副産物です。電解による銅精製の過程で、セレンがアノードスライムに濃縮されます。これらのスライムには5~25%のセレンが含まれ、焙焼、酸浸出、化学還元の工程によって回収されます。
特定の植物、特にセレン蓄積植物種であるAstragalusやStanleyaは、土壌からセレンを濃縮し、ときには有毒な濃度に達します。こうした「セレン指標植物」は、セレンに富む地質構造の位置特定に役立つ一方、放牧家畜にセレン中毒を引き起こす可能性があります。
取り扱い
セレンは、必須栄養と毒性の間の許容範囲が狭い物質です。人の健康に必要である一方、過剰なセレン曝露はセレン中毒を引き起こし、脱毛、爪がもろくなる症状、神経症状などを生じさせます。
呼吸用保護具と局所排気換気により、セレンの粉じんや蒸気への曝露を防ぎます。セレン化水素は極めて毒性が強いため、セレン処理施設ではセレン化水素ガス検知システムが不可欠です。
簡単な回答
セレン(記号Se)は周期表の元素34で、4周期、16族の非金属です。 目が機能するために必要で、複写機の存在を可能にした元素です。 室温では固体です。
[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴で、2, 8, 18, 6という分布の電子殻が4個あります。 最外殻には6個の電子があり、これによって結合の性質が決まります。セレンの融点は494 K(220.9 °C)、沸点は958 K(684.9 °C)です。
セレンの標準原子量は78.971 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。
セレンの密度は4.81 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、セレンの塊は約4.8倍重いです。
セレンのポーリング電気陰性度は2.55です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 この中間の範囲の値では、強いイオン結合よりも共有結合を形成する傾向があります。
セレンは1817年にJons Jacob Berzeliusによって発見されました。 ギリシャ語のselene、月にちなんで名付けられました。
地球の地殻におけるセレンの割合は約0.05 mg/kgで、実際に希少であるため高価です。