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Selen

Selenium

Eine Art der Mineral

Selen [zeˈleːn] ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Se und der Ordnungszahl 34. Im Periodensystem steht es in der 4. Periode sowie der 6. Hauptgruppe, bzw. der 16. IUPAC-Gruppe, zählt also zu den Chalkogenen. Es kommt in mehreren Modifikationen vor, die stabilste ist die graue, metallähnliche Form.

Härte:

Dichte:

4.809 g/cm³

Allgemeine Informationen über Selen

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Physikalische Eigenschaften von Selen

Farben

Grau bis grauschwarz, rötlichgrau, rot

Strichfarbe

rot

Härte

2 , Äußerst weich

Dichte

4.809 g/cm³, Offensichtlich schweres Gewicht

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Chemische Eigenschaften von Selen

Formel

Aufgeführte Elemente

Häufige Verunreinigungen

Gesundheitsrisiko von Selen

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Was sind die Gefahren von Selen?

Obwohl Selen ein essentielles Spurenelement ist, ist es bei übermäßiger Einnahme toxisch. Das Überschreiten des tolerierbaren oberen Aufnahmewerts von 400 Mikrogramm pro Tag kann zu Selenose führen. Dieser tolerierbare obere Aufnahmewert von 400 µg basiert hauptsächlich auf einer 1986 durchgeführten Studie mit fünf chinesischen Patienten, die offensichtliche Anzeichen von Selenose aufwiesen, und einer Folgestudie an denselben fünf Personen im Jahr 1992. Die Studie von 1992 ergab tatsächlich die maximale sichere Aufnahme von Se über die Nahrung ungefähr 800 Mikrogramm pro Tag (15 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht), aber 400 Mikrogramm pro Tag empfohlen, um ein Ungleichgewicht der Nährstoffe in der Ernährung zu vermeiden und mit Daten aus anderen Ländern übereinzustimmen. In China haben Menschen, die Mais aus extrem selenreicher Steinkohle (kohlenstoffhaltiger Schiefer) aufgenommen haben, unter Selentoxizität gelitten. Es wurde gezeigt, dass diese Kohle einen Selengehalt von bis zu 9,1% aufweist, die höchste Konzentration in Kohle, die jemals gemessen wurde. Anzeichen und Symptome einer Selenose sind ein Knoblauchgeruch im Atem, Magen-Darm-Störungen, Haarausfall, Ablösen der Nägel, Müdigkeit, Reizbarkeit und neurologische Schäden. Extreme Fälle von Selenose können Leberzirrhose, Lungenödem oder Tod aufweisen. Elementares Selen und die meisten metallischen Selenide weisen aufgrund der geringen Bioverfügbarkeit relativ geringe Toxizitäten auf. Im Gegensatz dazu haben Selenate und Selenite eine ähnliche oxidative Wirkungsweise wie Arsentrioxid und sind sehr toxisch. Die chronisch toxische Selenitdosis für den Menschen beträgt etwa 2400 bis 3000 Mikrogramm Selen pro Tag. Selenwasserstoff ist ein extrem giftiges, ätzendes Gas. Selen kommt auch in organischen Verbindungen wie Dimethylselenid, Selenomethionin, Selenocystein und Methylselenocystein vor, die alle eine hohe Bioverfügbarkeit aufweisen und in hohen Dosen toxisch sind. Am 19. April 2009 starben 21 Poloponys kurz vor einem Spiel bei den United States Polo Open. Drei Tage später veröffentlichte eine Apotheke eine Erklärung, in der erklärt wurde, dass die Pferde eine falsche Dosis eines der Inhaltsstoffe erhalten hatten, die in einer Vitamin / Mineralstoff-Ergänzungsverbindung verwendet wurden, die von einer Compoundier-Apotheke falsch hergestellt worden war. Die Analyse der Blutspiegel anorganischer Verbindungen in der Ergänzung ergab, dass die Selenkonzentrationen in den Blutproben 10 bis 15 Mal höher als normal und in den Leberproben 15 bis 20 Mal höher als normal waren. Später wurde bestätigt, dass Selen der toxische Faktor ist. Eine Selenvergiftung von Wassersystemen kann immer dann auftreten, wenn neue landwirtschaftliche Abflüsse durch normalerweise trockenes, unbebautes Land verlaufen. Durch diesen Prozess werden natürliche lösliche Selenverbindungen (wie Selenate) in das Wasser ausgelaugt, die dann beim Verdampfen des Wassers in neuen "Feuchtgebieten" konzentriert werden können. Die Selenverschmutzung von Wasserstraßen tritt auch auf, wenn Selen aus Kohlenstaubasche, Bergbau und Metallschmelze, Rohölverarbeitung und Deponie ausgelaugt wird. Es wurde festgestellt, dass die daraus resultierenden hohen Selenwerte in Wasserstraßen angeborene Störungen bei oviparen Arten, einschließlich Feuchtvögeln und Fischen, verursachen. Erhöhte Methylquecksilberwerte in der Nahrung können den Schaden der Selentoxizität bei oviparen Arten verstärken. In Fischen und anderen Wildtieren ist Selen lebensnotwendig, in hohen Dosen jedoch giftig. Für Lachs beträgt die optimale Selenkonzentration etwa 1 Mikrogramm Selen pro Gramm des gesamten Körpergewichts. Weit unter diesem Niveau sterben junge Lachse an Mangel; viel darüber sterben sie an toxischem Überschuss. Die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat die gesetzliche Grenze (zulässige Expositionsgrenze) für Selen am Arbeitsplatz auf 0,2 mg / m über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Das Nationale Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH) hat eine empfohlene Expositionsgrenze (REL) von 0,2 mg / m über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Bei Konzentrationen von 1 mg / m ist Selen sofort lebens- und gesundheitsschädlich.

Eigenschaften von Selen

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Eigenschaften von Selen

Selen kommt wie Schwefel in mehreren Modifikationen vor: Rotes Selen, löslich in Kohlenstoffdisulfid, besteht zu etwa 30 % aus Se8-Ringen und zu 70 % aus Se8+n, welches sich oberhalb 80 °C in das graue Halbleitermetall umwandelt. Elementares rotes Selen ist ein Isolator. Schwarzes amorphes Selen, das sich oberhalb 60 °C in das schwarze, glasartige Selen umwandelt. Beide Formen wandeln sich beim Erwärmen oberhalb von 80 °C in die graue, halbmetallische Modifikation um. Graues „metallisches“ Selen ist die stabilste Modifikation und verhält sich wie ein Halbmetall. Oberhalb des Schmelzpunktes von 220 °C bildet es eine schwarze Flüssigkeit. Der bei weiterer Temperaturerhöhung entstehende Selendampf ist gelb. Bei Abscheidung aus der Dampfphase an einer kühleren Oberfläche (um einiges unter dem Schmelzpunkt) scheidet es sich in Form hexagonaler, metallisch-grauer Kristallnadeln ab. Die Bandlücke des Selens beträgt etwa 1,74 eV (an der Grenze vom sichtbaren Licht zum Infrarot). Durch Belichtung ändert es seine elektrische Leitfähigkeit. Zusätzlich zeigt es einen photovoltaischen Effekt. Die Leitfähigkeit wird nicht durch Elektronen in einem Leitungsband verursacht, sondern durch Leitung von Löchern (siehe bei Elektrische Leitfähigkeit und Defektelektron), also positiv geladenen Elektronenfehlstellen, wodurch unter anderem das Vorzeichen des Hall-Effekts negativ wird. Als Mechanismus für diese Löcherleitung wird eine so genannte „Hopping-Leitfähigkeit“ (der Löcher von einer Kristallfehlstelle zur nächsten) vorgeschlagen. Beim Erhitzen in Luft verbrennt Selen mit blauer Flamme zum Selendioxid, SeO2. Oberhalb von 400 °C setzt es sich mit Wasserstoff zum Selenwasserstoff, H2Se, um. Mit Metallen bildet es in der Regel Selenide, zum Beispiel Natriumselenid, Na2Se. Das chemische Verhalten ist dem Schwefel ähnlich, allerdings ist Selen schwerer oxidierbar. Die Reaktion mit Salpetersäure bildet „nur“ Selenige Säure, eine Selen(IV)-Verbindung.

Bildung von Selen

In der unbelebten Natur und bei industriellen Prozessen spielen vor allem die anorganischen Verbindungen eine Rolle. In der belebten Natur dominieren die organischen Verbindungen. In Hefen und Pflanzen kommt Selen vor allem als Selenomethionin vor. Als essentielles Spurenelement ist Selen Bestandteil der 21. biogenen Aminosäure Selenocystein, sowie in Bakterien, Archaea und Eukaryoten enthalten. Tiere bilden kein Selenomethionin, wohl aber Selenocystein. Selenocystein ist der spezifische katalytische Bestandteil der selenabhängigen Enzyme. Im Gegensatz dazu wird Selenomethionin an Stelle von Methionin unspezifisch in viele Proteine eingebaut, ohne dabei eine Funktion auszuüben; es wird als Selenspeicherform angesehen. Die Menge von Selen in Nahrungsmitteln hängt stark vom Selengehalt des Bodens ab. Selenarme Böden in Europa finden sich insbesondere in Deutschland, Schottland, Dänemark, Finnland, in Teilen der Balkanländer und in der Schweiz. In manchen selenarmen Gebieten werden dem Boden selenathaltige Düngemittel zugeführt, z. B. in Finnland seit 1984. In kleinen Mengen kommt gediegenes Selen natürlich vor. Selenmineralien wie Clausthalit und Naumannit sind selten. Selen ist, meist in Form von Metallseleniden, Begleiter schwefelhaltiger Erze der Metalle Kupfer, Blei, Zink, Gold und Eisen. Beim Abrösten dieser Erze sammelt sich das feste Selendioxid in der Flugasche oder in der nachgeschalteten Schwefelsäureherstellung als Selenige Säure. Selen kann in Tragant-Arten, in Brassica oder im Knoblauch als Se-Methylselenocystein angereichert werden. Die reichhaltigste bekannte Selenquelle unter den Nahrungsmitteln ist die Paranuss.

Kulturelle Bedeutung von Selen

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Verwendungsmöglichkeiten von Selen

Selen ist für alle Lebensformen essentiell. Selenverbindungen werden daher als Nahrungsergänzung angeboten und zu Futter- und Düngemittelzusätzen verarbeitet. In der Glasindustrie verwendet man es zum Entfärben grüner Gläser sowie zur Herstellung rotgefärbter Gläser. Weitere Anwendungen: Belichtungstrommeln für Fotokopierer und Laserdrucker Halbleiterherstellung Latexzusatz zur Erhöhung der Abrasionsbeständigkeit Toner für Schwarz-Weiß-Fotografien zur Kontrasterhöhung (helle Töne bleiben unverändert, man kann dunklere Schwärzen erreichen, die dunklen Teile wirken insgesamt plastischer), Haltbarkeitserhöhung (nicht eindeutig nachgewiesen) und zur leichten Färbung der dunklen Bildbestandteile ins aubergine-farbene (ebenfalls zur Plastizitätserhöhung) zur Herstellung roter Farbpigmente auf der Basis von Cadmiumselenid (wegen des Cadmiumgehaltes heute eher selten) Legierungszusatz zur Verbesserung der mechanischen Bearbeitbarkeit für Automatenstähle und Kupfer-Legierungen Verwendung in dem Selen-Gleichrichter und der Selen-Zelle, heute allerdings weitgehend durch Silicium (Halbleiter) abgelöst. zur Brünierung von Aluminium, Messing o. Ä. (Selendioxid) mit Kupfer und Indium Bestandteil der photoaktiven Schicht von CIGS-Solarzellen in analogen Belichtungsmessern für die Fotografie als Selen(IV)-sulfid (Selendisulfid) in Anti-Schuppen-Haarshampoos (max. 1 %) und medizinisch (beispielsweise 2,5 %) zur Vorbeugung/Therapie von Pityriasis versicolor, einer durch einen Hefepilz verursachten Hauterkrankung arzneilich bei einem Selenmangel, der nicht durch Ernährung ausgeglichen werden kann, etwa bei Verdauungs- und Verwertungsstörungen, oder bei einer Fehl- und Mangelernährung (als Natriumselenit). Umsetzung mit Grignard-Verbindungen, R–Mg–Hal, führt zu Organoselenverbindungen, R-Se-Mg-Hal, aus denen sich durch Hydrolyse Selenole, R–Se–H herstellen lassen Als Zinkselenid wird es zur Herstellung optisch hochreflektiver Oberflächen verwendet, im Infrarotbereich ist es aber transparent und wird hier zur Herstellung von Fenstern und Fokuslinsen für z. B. CO2-Laser verwendet Größere Mengen von Selendioxid werden bei der Elektrolyse von Mangan verbraucht. Der Zusatz von Selendioxid verringert den Energieverbrauch bei der Elektrolyse. Pro Tonne Mangan werden bis zu 2 kg Selendioxid verbraucht.

Die Geschichte von Selen

Selen (griechisch σελήνη ‚Selene‘, Bedeutung „Mond“) wurde 1817 von Jöns Jacob Berzelius und Johan Gottlieb Gahn entdeckt. Beide Chemiker besaßen eine Chemiefabrik in der Nähe von Gripsholm, Schweden, die nach dem Bleikammerverfahren Schwefelsäure herstellte. Das Pyrit aus der Falun-Mine erzeugte einen roten Niederschlag in den Bleikammern, von dem angenommen wurde, dass es sich um eine Arsenverbindung handelte, weswegen die Pyritverwendung zur Säureherstellung eingestellt wurde. Berzelius und Gahn wollten das Pyrit verwenden und beobachteten außerdem, dass der rote Niederschlag beim Verbrennen geruchlich an Meerrettich erinnerte. Dieser Geruch war für Arsen nicht typisch, aber ein ähnlicher Geruch war von Tellurverbindungen bekannt. Daher erklärte Berzelius in seinem ersten Brief an Alexander Marcet, dass dies eine Tellurverbindung sei. Das Fehlen von Tellurverbindungen in den Mineralien der Falun-Mine führte Berzelius jedoch dazu, den roten Niederschlag erneut zu analysieren. Im Jahr 1818 schrieb er einen zweiten Brief an Marcet, in dem er ein neues Element beschrieb, das Schwefel und Tellur ähnlich war. Aufgrund seiner Ähnlichkeit zu Tellur, das nach der Erde benannt wurde, benannte Berzelius das neue Element nach dem Mond. Im Jahr 1873 fand Willoughby Smith heraus, dass der elektrische Widerstand von grauem Selen vom Umgebungslicht abhängt. Dies führte zu seiner Verwendung als Zelle zur Lichtmessung. Die ersten kommerziellen Produkte, die Selen verwenden, wurden von Werner Siemens in den mittleren 1870er Jahren entwickelt. Die Selenzelle wurde in dem von Alexander Graham Bell 1879 entwickelten Photophon verwendet. Selen überträgt einen elektrischen Strom proportional zur Lichtmenge, die auf seine Oberfläche fällt. Dieses Phänomen wurde bei der Gestaltung von Belichtungsmessern und ähnlichen Geräten verwendet. Die Halbleitereigenschaften von Selen fanden zahlreiche andere Anwendungen in der Elektronik. Die Entwicklung von Selengleichrichtern begann in den frühen 1930er Jahren und ersetzte Kupferoxid-Gleichrichter, da sie effizienter waren. Diese hielten sich in kommerziellen Anwendungen bis in die 1970er Jahre, wonach sie durch weniger teure und noch effizientere Silizium-Gleichrichter ersetzt wurden. Selen wurde später aufgrund seiner Toxizität für Industriearbeiter medizinisch erkannt. Es wurde auch als wichtiger tierärztlicher Toxin anerkannt, das bei Tieren, die Pflanzen mit hohem Selengehalt gefressen haben, vorkommt. 1954 wurden die ersten Hinweise auf spezifische biologische Funktionen von Selen in Mikroorganismen durch die Biochemikerin Jane Pinsent entdeckt. Es wurde 1957 als essentiell für das Leben von Säugetieren entdeckt. In den 1970er Jahren wurde gezeigt, dass es in zwei unabhängigen Enzymsätzen vorhanden ist. Dies wurde gefolgt von der Entdeckung von Selenocystein in Proteinen. In den 1980er Jahren wurde gezeigt, dass Selenocystein durch das Codon UGA kodiert wird. Der Rekodierungsmechanismus wurde zuerst in Bakterien und dann in Säugetieren ausgearbeitet (siehe SECIS-Element).

Häufig gestellte Fragen

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