34 Se 硒 78.971
非金属 p区 第4周期 第16族

硒

Se · 元素34 · 非金属

你的眼睛正常工作所需的元素,也是复印机得以存在的元素。

20°C时的状态 固态
原子量 78.971 u
电子排布[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

结构

硒原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

属性表

每个条形图显示硒在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 4.81 g/cm³ 27%
熔点 494 K 25%
沸点 958 K 23%
比热容 0.321 J/g·K
热导率 2.04 W/m·K 17%

原子

原子半径 120 pm 14%
共价半径 120 pm
范德华半径 190 pm

电子

电负性 2.55 90%
电离能 940.7 kJ/mol 83%
电子亲和能 194.9 kJ/mol 89%

存在情况

地壳中的丰度 0.05 mg/kg 40%

身份

符号Se
原子序数34
原子量78.971 u
类别非金属
区p
晶体结构六方
氧化态-2, +2, +4, +6
发现1817
发现者Jons Jacob Berzelius

来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

硒的原子有多大?

半径120 pm——即0.12 nm,因此大约4.17百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

硒在464 K的范围内呈液态,温度从494 K到958 K。

所在位置

在表中的位置

硒位于第4周期、第16族。 第16族中的所有元素具有相同的最外层电子数,因此它们的性质非常相似。

其他非金属

所有非金属

背后的故事

硒是什么,以及我们如何发现它

硒是一种非凡的类金属,既能保护生命免受氧化损伤,又为现代复印机和太阳能电池板提供支持!这种迷人的元素以多种形式存在,性质完全不同——它可以是红色粉末、灰色金属状固体,也可以是黑色玻璃状材料。硒的名称源自希腊语“selene”,意为月亮。它已经从一种被认为有毒的废料,转变为人体必需的营养素和高科技材料。 1817年,瑞典化学家Jöns Jacob Berzelius发现了硒。当时,他在硫酸生产残渣中发现了硒,最初误以为是碲。Berzelius注意到,这种残渣燃烧时会散发出一种独特的气味,类似萝卜味,于是意识到这是一种新元素。几十年来,硒一直被认为纯粹有毒且没有有益用途,因此获得了工业毒物的恶名。 如今,硒之所以至关重要,是因为它具有独特的光电性质。当光照射到硒上时,它会产生电流(光伏效应),或改变自身的电导率(光电导效应)。这一发现彻底改变了技术发展,推动了复印机、照度计、太阳能电池和摄影设备的诞生。在数码相机出现以前,硒曝光表是摄影不可或缺的工具。 但硒还有一个非凡的生物学特点:后来人们发现,硒是所有生命体都需要的必需微量元素!它是谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶的重要组成部分,可保护细胞免受自由基损伤。硒缺乏可能导致心脏病、免疫力减弱和生殖问题。巴西坚果的硒含量极高——仅两颗就能提供你一整天所需的硒。 硒还具有引人入胜的光学性质。硒的不同形态可以呈红色、灰色或黑色,并且在光照下会变得导电。这种光电导性使硒成为早期电视摄像机和复印机的关键材料。

硒的发现

碲杂质

Jöns Jakob Berzelius于1817年在研究硫酸生产残渣时发现了硒。Berzelius最初认为自己发现的是碲污染物,但经过仔细分析,他发现这是一种性质相似但特征不同的新元素,并以希腊语“selene”(意为月亮)为其命名。

用途

硒的用途

硒:光电领域的先驱

硒独特的光电性质彻底改变了电子学,并持续推动现代光伏技术的发展;同时,它在生物学上的重要性也使其成为人类健康和农业生产力不可或缺的元素。

光伏应用

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池利用硒适合太阳能转换的最佳带隙性质,实现了超过23%的效率。这些柔性太阳能电池可用于建筑一体化光伏系统和航天领域,而传统硅太阳能板在这些场景中往往不切实际。

玻璃制造

硒脱色可去除由铁杂质造成的玻璃绿色色调,从而制造出用于镜片、窗户和实验室玻璃器皿的晶莹透明光学玻璃。红宝石玻璃的生产利用硒形成鲜艳的红色,适用于装饰和艺术用途。

电子元件

激光打印机和复印机中的光导鼓利用硒的光敏性质来形成静电潜像。整流二极管在硅材料占据主导地位以前,曾利用硒的半导体性质;尽管如此,专用硒整流器至今仍服务于一些小众应用。

硒:隐藏的必需元素

  • 太阳能系统
    • 住宅和商业用途的薄膜太阳能板
    • 建筑一体化光伏系统
    • 用于曲面的柔性太阳能电池
    • 用于卫星的航天级太阳能板
  • 健康与营养
    • 膳食补充剂和复合维生素
    • 动物饲料补充剂(牲畜和家禽)
    • 富硒食品和饮料
    • 农业土壤改良剂
  • 制造业与工业
    • 玻璃脱色和着色工艺
    • 橡胶硫化和塑料添加剂
    • 金属合金生产和加工
    • 化学催化剂应用
  • 电子与印刷
    • 激光打印机和复印机光导鼓
    • 摄影设备和摄影工艺
    • 电子整流器和开关
    • 感光设备和传感器

来源

自然存在

地壳中含量为0.05 mg/kg · 比40%的元素更丰富

硒:稀有但分布广泛

硒通过恒星核心中的中子俘获过程形成,其丰度反映了该元素在核结合能铁峰中的位置。地球上的硒既来源于原始凝聚,也来源于后来宇宙射线在高层大气中的相互作用。

地球分布

地壳中约含有0.09 parts per million的硒,使其成为较为稀有的稳定元素之一。硒很少形成独立矿物,而是以微量替代元素的形式存在于含硫矿物中,并以硒化物状态存在于贵金属矿床中。

工业回收

大多数商业用硒是铜精炼的副产品。在电解精炼铜的过程中,硒会在阳极泥中富集。这些阳极泥含有5-25%的硒,可通过焙烧、酸浸和化学还原工艺进行回收。

生物富集

某些植物,尤其是黄芪属和Stanleya等硒富集植物,会从土壤中富集硒,有时会达到有毒水平。这些“硒指示植物”有助于定位富硒地质构造,并可能导致放牧牲畜发生硒中毒。

处理

安全

硒的安全性:必需但有毒

硒在必需营养与毒性之间的安全范围很窄。虽然人体健康需要硒,但过量接触硒会导致硒中毒,表现为脱发、指甲脆弱和神经系统症状。

职业接触限值

  • OSHA PEL:硒化合物为0.2 mg/m³(8小时TWA)
  • NIOSH REL:0.2 mg/m³(10小时TWA)
  • 硒化氢:0.05 ppm(极毒气体)

安全措施

呼吸防护和局部排风系统可防止接触硒粉尘和蒸气。由于硒化氢气体具有极强毒性,硒加工设施必须配备硒化氢气体检测系统。

快速解答

硒:常见问题

硒是什么?

硒(符号Se)是元素周期表中的第34号元素,属于4周期16族的非金属。 你的眼睛正常工作所需的元素,也是复印机得以存在的元素。 在室温下为固态。

硒的电子排布是什么?

硒的基态电子排布为[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴,共有4个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 6。 它的最外层有6个电子,这决定了它的成键行为。

硒的熔点和沸点是多少?

硒在494 K(220.9 °C)熔化,在958 K(684.9 °C)沸腾。

硒的原子量是多少?

硒的标准原子量为78.971 u。这是其自然存在的同位素的加权平均值,因此通常不是整数。

硒的密度是多少?

硒的密度为4.81 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³,因此硒块约重4.8倍。

硒的电负性是多少?

硒的鲍林电负性为2.55。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 处于这一中间范围的数值通常对应共价键,而不是强离子键。

谁发现了硒,是在什么时候?

硒由Jons Jacob Berzelius于1817年发现。 它以希腊语 selene,月亮命名。

硒在地球上有多常见?

硒约占地壳的0.05 mg/kg——确实很稀有,因此价格昂贵。