Sélénium - Selenium

Sélénium élémentaire
Dangers
NFPA 704 (diamant de feu)	0 2 0

Sélénium, ₃₄ Se
Sélénium
Prononciation	/ S ɪ l i n i ə m / ( sə- LEE -neE-əm )
Apparence	Allotropes noirs, rouges et gris (non illustrés)
Poids atomique standard A r, std (Se)	78,971 (8)
Sélénium dans le tableau périodique
	arsenic ← sélénium → brome
Numéro atomique ( Z )	34
Groupe	groupe 16 (chalcogènes)
Période	période 4
Bloquer	bloc p
Catégorie d'élément	Non-métal réactif , parfois considéré comme un métalloïde
Configuration électronique	[ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 4
Électrons par coquille	2, 8, 18, 6
Propriétés physiques
Phase à STP	solide
Point de fusion	494 K (221 ° C, 430 ° F)
Point d'ébullition	958 K (685 ° C, 1265 ° F)
Densité (près de RT )	gris: 4,81 g / cm 3 ; alpha: 4,39 g / cm 3 ; vitreux: 4,28 g / cm 3
quand liquide (à mp )	3,99 g / cm 3
Point critique	1766 K, 27,2 MPa
Température de fusion	gris: 6,69 kJ / mol
Chaleur de vaporisation	95,48 kJ / mol
Capacité thermique molaire	25,363 J / (mol · K)
Propriétés atomiques
États d'oxydation	−2 , −1, +1, +2 , +3, +4 , +5, +6 (unoxydefortement acide )
Électronégativité	Échelle de Pauling: 2,55
Énergies d'ionisation
Rayon atomique	empirique: 120 h
Rayon covalent	120 ± 16 heures
Rayon de Van der Waals	190 h
	Raies spectrales de sélénium
Autres propriétés
Occurrence naturelle	primordial
Structure en cristal	hexagonal
Vitesse du son tige mince	3350 m / s (à 20 ° C)
Dilatation thermique	amorphe: 37 µm / (m · K) (à 25 ° C)
Conductivité thermique	amorphe: 0,519 W / (m · K)
Commande magnétique	diamagnétique
Susceptibilité magnétique	−25,0 · 10 −6 cm 3 / mol (298 K)
Module d'Young	10 GPa
Module de cisaillement	3,7 GPa
Module de masse	8,3 GPa
Coefficient de Poisson	0,33
Dureté Mohs	2.0
Dureté Brinell	736 MPa
Numero CAS	7782-49-2
Histoire
Appellation	d'après Sélène , déesse grecque de la lune
Découverte et premier isolement	Jöns Jakob Berzelius et Johann Gottlieb Gahn (1817)
Principaux isotopes du sélénium
γ	-
γ	-
	Catégorie: Sélénium; vue; parler; Éditer; \| les références

Le sélénium est un élément chimique avec le symbole Se et le numéro atomique 34. C'est un non - métal (plus rarement considéré comme un métalloïde ) avec des propriétés intermédiaires entre les éléments ci-dessus et ci-dessous dans le tableau périodique , le soufre et le tellure , et présente également des similitudes avec l'arsenic . Il se produit rarement dans son état élémentaire ou sous forme de composés de minerai purs dans la croûte terrestre. Le sélénium - du grec ancien σελήνη (selḗnē) «Lune» - a été découvert en 1817 par Jöns Jacob Berzelius , qui a noté la similitude du nouvel élément avec le tellure précédemment découvert (nommé pour la Terre).

Le sélénium se trouve dans les minerais sulfurés métalliques , où il remplace partiellement le soufre. Commercialement, le sélénium est produit comme sous-produit du raffinage de ces minerais, le plus souvent pendant la production. Les minéraux qui sont des composés de séléniure ou de sélénate purs sont connus mais rares. Les principales utilisations commerciales du sélénium sont aujourd'hui la verrerie et les pigments . Le sélénium est un semi - conducteur et est utilisé dans les cellules photoélectriques . Les applications en électronique , autrefois importantes, ont été pour la plupart remplacées par des dispositifs à semi-conducteurs en silicium . Le sélénium est encore utilisé dans quelques types de protecteurs de surtension CC et un type de point quantique fluorescent .

Les sels de sélénium sont toxiques en grandes quantités, mais des traces sont nécessaires au fonctionnement cellulaire de nombreux organismes, y compris tous les animaux. Le sélénium est un ingrédient de nombreuses multivitamines et autres compléments alimentaires, y compris les préparations pour nourrissons . C'est un composant des enzymes antioxydantes glutathion peroxydase et thiorédoxine réductase (qui réduisent indirectement certaines molécules oxydées chez les animaux et certaines plantes). On le trouve également dans trois enzymes déiodinase , qui convertissent une hormone thyroïdienne en une autre. Les besoins en sélénium des plantes diffèrent selon les espèces, certaines plantes nécessitant des quantités relativement importantes et d'autres n'en nécessitant apparemment aucune.

Caractéristiques

Propriétés physiques

Structure du sélénium hexagonal (gris)

Le sélénium forme plusieurs allotropes qui interconvertissent avec les changements de température, en fonction quelque peu du taux de changement de température. Lorsqu'il est préparé dans des réactions chimiques, le sélénium est généralement une poudre rouge brique amorphe . Lorsqu'il fond rapidement, il forme la forme vitreuse noire, généralement vendue dans le commerce sous forme de perles. La structure du sélénium noir est irrégulière et complexe et se compose de cycles polymères avec jusqu'à 1000 atomes par cycle. Le Se noir est un solide brillant et cassant légèrement soluble dans le CS ₂ . Lors du chauffage, il se ramollit à 50 ° C et se transforme en sélénium gris à 180 ° C; la température de transformation est réduite par la présence d' halogènes et d' amines .

Les formes rouges α, β et γ sont produites à partir de solutions de sélénium noir en faisant varier la vitesse d'évaporation du solvant (généralement CS ₂ ). Ils ont tous des symétries cristallines monocliniques relativement faibles et contiennent des anneaux Se ₈ plissés presque identiques avec des arrangements différents, comme dans le soufre . L'emballage est le plus dense sous la forme α. Dans les anneaux Se ₈ , la distance Se-Se est de 233,5 pm et l'angle Se-Se-Se est de 105,7 °. D'autres allotropes de sélénium peuvent contenir des anneaux Se ₆ ou Se ₇ .

La forme la plus stable et la plus dense de sélénium est grise et possède un réseau cristallin hexagonal constitué de chaînes polymères hélicoïdales, où la distance Se-Se est de 237,3 pm et l'angle Se-Se-Se est de 130,1 °. La distance minimale entre les chaînes est de 343,6 pm. Le Gray Se est formé par un léger chauffage d'autres allotropes, par un refroidissement lent du Se fondu ou par condensation de la vapeur de Se juste en dessous du point de fusion. Alors que les autres formes de Se sont des isolants, le Se gris est un semi-conducteur présentant une photoconductivité appréciable . Contrairement aux autres allotropes, il est insoluble dans CS ₂ . Il résiste à l'oxydation par l'air et n'est pas attaqué par les acides non oxydants . Avec des agents réducteurs puissants, il forme des polysélénures. Le sélénium ne présente pas les changements de viscosité que le soufre subit lorsqu'il est chauffé progressivement.

Propriétés optiques

En raison de son utilisation comme photoconducteur dans les détecteurs de rayons X à écran plat (voir ci - dessous ), les propriétés optiques des couches minces de sélénium amorphe (α-Se) ont fait l'objet d'intenses recherches.

Les isotopes

Le sélénium a sept isotopes naturels . Cinq d'entre eux, ⁷⁴ Se, ⁷⁶ Se, ⁷⁷ Se, ⁷⁸ Se, ⁸⁰ Se, sont stables, ⁸⁰ Se étant le plus abondant (49,6% d'abondance naturelle). Le radionucléide primordial ⁸² Se à longue durée de vie est également naturel , avec une demi-vie de 9,2 × 10 ¹⁹ ans. Le radio-isotope non primordial ⁷⁹ Se est également présent en quantités infimes dans les minerais d' uranium en tant que produit de la fission nucléaire . Le sélénium possède également de nombreux isotopes synthétiques instables allant de ⁶⁴ Se à ⁹⁵ Se; les plus stables sont le ⁷⁵ Se avec une demi-vie de 119,78 jours et le ⁷² Se avec une demi-vie de 8,4 jours. Les isotopes plus légers que les isotopes stables subissent principalement une désintégration bêta plus en isotopes de l'arsenic , et les isotopes plus lourds que les isotopes stables subissent une désintégration bêta moins en isotopes du brome , avec quelques branches d' émission de neutrons mineures dans les isotopes les plus lourds connus.

Isotopes de sélénium de plus grande stabilité
Isotope	La nature	Origine	Demi vie
⁷⁴ Se	Primordial		Stable
⁷⁶ Se	Primordial		Stable
⁷⁷ Se	Primordial	Produit de fission	Stable
⁷⁸ Se	Primordial	Produit de fission	Stable
⁷⁹ Se	Trace	Produit de fission	327 000 ans
⁸⁰ Se	Primordial	Produit de fission	Stable
⁸² Se	Primordial	Produit de fission *	~ 10 ²⁰ ans

Composants chimiques

Les composés de sélénium existent généralement dans les états d'oxydation -2, +2, +4 et +6.

Composés chalcogènes

Le sélénium forme deux oxydes : le dioxyde de sélénium (SeO ₂ ) et le trioxyde de sélénium (SeO ₃ ). Le dioxyde de sélénium est formé par la réaction du sélénium élémentaire avec l'oxygène:

Se ₈ + 8 O ₂ → 8 SeO ₂

Structure du polymère SeO ₂ : Les atomes Se (pyramidaux) de Se sont jaunes.

C'est un solide polymère qui forme des molécules monomères de SeO ₂ en phase gazeuse. Il se dissout dans l'eau pour former de l' acide sélénique , H ₂ SeO ₃ . L'acide séléneux peut également être fabriqué directement en oxydant le sélénium élémentaire avec de l'acide nitrique :

3 Se + 4 HNO ₃ + H ₂ O → 3 H ₂ SeO ₃ + 4 NON

Contrairement au soufre, qui forme un trioxyde stable , le trioxyde de sélénium est thermodynamiquement instable et se décompose en dioxyde au-dessus de 185 ° C:

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

Le trioxyde de sélénium est produit en laboratoire par réaction de sélénate de potassium anhydre (K ₂ SeO ₄ ) et de trioxyde de soufre (SO ₃ ).

Les sels d'acide séléneux sont appelés sélénites. Il s'agit notamment du sélénite d'argent (Ag ₂ SeO ₃ ) et du sélénite de sodium (Na ₂ SeO ₃ ).

Le sulfure d'hydrogène réagit avec l'acide séléneux aqueux pour produire du disulfure de sélénium :

H ₂ SeO ₃ + 2 H ₂ S → SeS ₂ + 3 H ₂ O

Le disulfure de sélénium se compose de cycles à 8 chaînons. Il a une composition approximative de SeS ₂ , avec des anneaux individuels de composition variable, tels que Se ₄ S ₄ et Se ₂ S ₆ . Le disulfure de sélénium a été utilisé dans les shampooings comme agent antipelliculaire , inhibiteur de la chimie des polymères, colorant pour verre et agent réducteur dans les feux d'artifice .

Le trioxyde de sélénium peut être synthétisé par déshydratation de l' acide sélénique , H ₂ SeO ₄ , lui-même produit par l'oxydation du dioxyde de sélénium avec du peroxyde d'hydrogène :

SeO ₂ + H ₂ O ₂ → H ₂ SeO ₄

L'acide sélénique chaud et concentré peut réagir avec l'or pour former du sélénate d'or (III).

Composés halogènes

Les iodures de sélénium ne sont pas bien connus. Le seul chlorure stable est le monochlorure de sélénium (Se ₂ Cl ₂ ), qui pourrait être mieux connu sous le nom de chlorure de sélénium (I); le bromure correspondant est également connu. Ces espèces sont structurellement analogues au dichlorure de disulfure correspondant . Le dichlorure de sélénium est un réactif important dans la préparation de composés de sélénium (par exemple la préparation de Se ₇ ). Il est préparé en traitant le sélénium avec du chlorure de sulfuryle (SO ₂ Cl ₂ ). Le sélénium réagit avec le fluor pour former de l' hexafluorure de sélénium :

Se ₈ + 24 F ₂ → 8 SeF ₆

En comparaison avec son homologue soufré ( hexafluorure de soufre ), l' hexafluorure de sélénium (SeF ₆ ) est plus réactif et est un irritant pulmonaire toxique . Certains des oxyhalogénures de sélénium, tels que l' oxyfluorure de sélénium (SeOF ₂ ) et l' oxychlorure de sélénium (SeOCl ₂ ) ont été utilisés comme solvants spéciaux.

Sélénides

Comme le comportement d'autres chalcogènes, le sélénium forme du séléniure d'hydrogène , H ₂ Se. C'est un gaz fortement odifère , toxique et incolore. Il est plus acide que H ₂ S. En solution, il s'ionise en HSe ^- . Le séléniure dianion Se ²⁻ forme une variété de composés, y compris les minéraux à partir desquels le sélénium est obtenu commercialement. Séléniures illustratifs comprennent le mercure séléniure (HgSe), du séléniure de plomb (PbSe), le séléniure de zinc (ZnSe) et le cuivre indium gallium diséléniure (Cu (Ga, In) Se ₂ ). Ces matériaux sont des semi - conducteurs . Avec les métaux hautement électropositifs, comme l' aluminium , ces séléniures sont sujets à l'hydrolyse:

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

Les séléniures de métaux alcalins réagissent avec le sélénium pour former des polysélénures, Se²⁻
_n, qui existent sous forme de chaînes.

Autres composés

Le tétranitrure de tétrasélénium, Se ₄ N ₄ , est un composé orange explosif analogue au tétranitrure de tétrasulfure (S ₄ N ₄ ). Il peut être synthétisé par la réaction du tétrachlorure de sélénium (SeCl ₄ ) avec [((CH
₃)
₃Si)
₂N]
₂Se .

Le sélénium réagit avec les cyanures pour donner des sélénocyanates :

8 KCN + Se ₈ → 8 KSeCN

Composés organosélénium

Le sélénium, en particulier à l'état d'oxydation II, forme des liaisons stables avec le carbone , qui sont structurellement analogues aux composés organosulfurés correspondants . Les séléniures (R ₂ Se, analogues de thioéthers ), les disélénures (R ₂ Se ₂ , analogues de disulfures ) et les sélénols (RSeH, analogues de thiols ) sont particulièrement courants . Les représentants des séléniures, diséléniures et sélénols comprennent respectivement la sélénométhionine , le diphényldiséléniure et le benzènesélénol . Le sulfoxyde en chimie du soufre est représenté en chimie du sélénium par les sélénoxydes (formule RSe (O) R), qui sont des intermédiaires en synthèse organique, comme l'illustre la réaction d' élimination du sélénoxyde . Conformément aux tendances indiquées par la règle des doubles liaisons , les sélénocétones, R (C = Se) R, et les sélénaldéhydes, R (C = Se) H, sont rarement observées.

Histoire

Le sélénium ( grec σελήνη selene signifiant "Lune") a été découvert en 1817 par Jöns Jacob Berzelius et Johan Gottlieb Gahn . Les deux chimistes possédaient une usine de chimie près de Gripsholm , en Suède, produisant de l'acide sulfurique par le procédé à chambre de plomb . La pyrite de la mine Falun a créé un précipité rouge dans les chambres de plomb qui était présumé être un composé d'arsenic, de sorte que l'utilisation de la pyrite pour fabriquer de l'acide a été interrompue. Berzelius et Gahn voulaient utiliser la pyrite et ils ont également observé que le précipité rouge dégageait une odeur de raifort lorsqu'il était brûlé. Cette odeur n'était pas typique de l'arsenic, mais une odeur similaire était connue des composés de tellure . Par conséquent, la première lettre de Berzelius à Alexander Marcet a déclaré qu'il s'agissait d'un composé tellure. Cependant, le manque de composés de tellure dans les minéraux de la mine de Falun a finalement conduit Berzelius à réanalyser le précipité rouge, et en 1818 il a écrit une deuxième lettre à Marcet décrivant un élément nouvellement trouvé similaire au soufre et au tellure. En raison de sa similitude avec le tellure, du nom de la Terre, Berzelius a nommé le nouvel élément après la Lune .

En 1873, Willoughby Smith a découvert que la résistance électrique du sélénium gris dépendait de la lumière ambiante. Cela a conduit à son utilisation comme cellule pour détecter la lumière. Les premiers produits commerciaux utilisant du sélénium ont été développés par Werner Siemens au milieu des années 1870. La cellule au sélénium a été utilisée dans le photophone développé par Alexander Graham Bell en 1879. Le sélénium transmet un courant électrique proportionnel à la quantité de lumière tombant sur sa surface. Ce phénomène a été utilisé dans la conception de photomètres et appareils similaires. Les propriétés des semi-conducteurs du sélénium ont trouvé de nombreuses autres applications en électronique. Le développement des redresseurs au sélénium a commencé au début des années 1930, et ceux-ci ont remplacé les redresseurs à oxyde de cuivre parce qu'ils étaient plus efficaces. Ceux-ci ont duré dans les applications commerciales jusqu'aux années 1970, après quoi ils ont été remplacés par des redresseurs au silicium moins chers et encore plus efficaces .

Le sélénium est venu à la connaissance médicale plus tard en raison de sa toxicité pour les travailleurs industriels. Le sélénium a également été reconnu comme une toxine vétérinaire importante, qui est observée chez les animaux qui ont mangé des plantes riches en sélénium. En 1954, les premiers indices de fonctions biologiques spécifiques du sélénium ont été découverts dans des micro-organismes par la biochimiste Jane Pinsent . Il a été découvert comme essentiel à la vie des mammifères en 1957. Dans les années 1970, il a été démontré qu'il était présent dans deux ensembles indépendants d' enzymes . Cela a été suivi par la découverte de la sélénocystéine dans les protéines. Au cours des années 1980, la sélénocystéine s'est avérée codée par le codon UGA . Le mécanisme de recodage a été élaboré d'abord chez les bactéries puis chez les mammifères (voir élément SECIS ).

Occurrence

Sélénium natif dans le grès, d'une mine d'uranium près de Grants, Nouveau Mexique

Le sélénium natif (c'est-à-dire élémentaire) est un minéral rare, qui ne forme généralement pas de bons cristaux, mais, quand c'est le cas, ce sont des rhomboèdres raides ou de minuscules cristaux aciculaires (ressemblant à des cheveux). L'isolement du sélénium est souvent compliqué par la présence d'autres composés et éléments.

Le sélénium se produit naturellement sous un certain nombre de formes inorganiques, y compris le séléniure , le sélénate et le sélénite , mais ces minéraux sont rares. Le sélénite minéral commun n'est pas un minéral sélénium, et ne contient pas d' ion sélénite , mais plutôt un type de gypse (sulfate de calcium hydraté) nommé comme le sélénium pour la lune bien avant la découverte du sélénium. Le sélénium est le plus souvent trouvé sous forme d'impureté, remplaçant une petite partie du soufre dans les minerais sulfurés de nombreux métaux.

Dans les systèmes vivants, le sélénium se trouve dans les acides aminés sélénométhionine , sélénocystéine et méthylsélénocystéine . Dans ces composés, le sélénium joue un rôle analogue à celui du soufre. Un autre composé organosélénium naturel est le séléniure de diméthyle .

Certains sols sont riches en sélénium et le sélénium peut être bioconcentré par certaines plantes. Dans les sols, le sélénium se présente le plus souvent sous des formes solubles telles que le sélénate (analogue au sulfate), qui sont très facilement lessivées dans les rivières par ruissellement. L'eau de l'océan contient des quantités importantes de sélénium.

Les sources anthropiques de sélénium comprennent la combustion du charbon et l'extraction et la fusion de minerais sulfurés.

Production

Sélénium est le plus souvent produite à partir de séléniure dans de nombreux sulfures minerais , tels que ceux du cuivre , du nickel ou de plomb . Le raffinage électrolytique des métaux est particulièrement productif de sélénium comme sous-produit, obtenu à partir de la boue anodique des raffineries de cuivre. Une autre source était la boue des chambres de plomb des usines d' acide sulfurique , un processus qui n'est plus utilisé. Le sélénium peut être raffiné à partir de ces boues par un certain nombre de méthodes. Cependant, la plus grande partie du sélénium élémentaire est un sous-produit du raffinage du cuivre ou de la production d'acide sulfurique . Depuis son invention, la production de cuivre par extraction au solvant et par électro-extraction (SX / EW) produit une part croissante de l'approvisionnement mondial en cuivre. Cela modifie la disponibilité du sélénium parce que seule une petite partie du sélénium dans le minerai est lixiviée avec le cuivre.

La production industrielle de sélénium implique généralement l'extraction de dioxyde de sélénium à partir de résidus obtenus lors de la purification du cuivre. La production courante à partir du résidu commence alors par oxydation avec du carbonate de sodium pour produire du dioxyde de sélénium, qui est mélangé avec de l'eau et acidifié pour former de l' acide séléneux ( étape d' oxydation ). L'acide séléneux est barboté avec du dioxyde de soufre ( étape de réduction ) pour donner du sélénium élémentaire.

Environ 2 000 tonnes de sélénium ont été produites en 2011 dans le monde, principalement en Allemagne (650 t), au Japon (630 t), en Belgique (200 t) et en Russie (140 t), et les réserves totales ont été estimées à 93 000 tonnes. Ces données excluent deux grands producteurs: les États-Unis et la Chine. Une forte augmentation a déjà été observée en 2004, passant de 4 à 5 dollars à 27 dollars la livre. Le prix était relativement stable en 2004-2010 à environ 30 $ US la livre (en lots de 100 livres) mais a augmenté à 65 $ / lb en 2011. La consommation en 2010 a été divisée comme suit: métallurgie - 30%, fabrication de verre - 30%, agriculture - 10%, produits chimiques et pigments - 10% et électronique - 10%. La Chine est le principal consommateur de sélénium à raison de 1 500 à 2 000 tonnes / an.

Applications

Les engrais

Les chercheurs ont découvert que l'application d'engrais sélénium sur les cultures de laitue réduisait l'accumulation de plomb et de cadmium . Les pêches et les poires traitées par pulvérisation foliaire de sélénium contenaient des niveaux plus élevés de sélénium et restaient également fermes et mûres plus longtemps lorsqu'elles étaient entreposées. À faibles doses, le sélénium a montré un effet bénéfique sur la résistance des plantes à divers facteurs de stress environnemental, notamment la sécheresse, les UV-B, la salinité du sol et les températures froides ou chaudes. Cependant, il peut endommager les plantes à des doses plus élevées.

Electrolyse du manganèse

Lors de l' extraction électrolytique du manganèse, l'ajout de dioxyde de sélénium diminue la puissance nécessaire au fonctionnement des cellules d'électrolyse . La Chine est le plus gros consommateur de dioxyde de sélénium à cette fin. Pour chaque tonne de manganèse, on utilise en moyenne 2 kg d'oxyde de sélénium.

Production de verre

La plus grande utilisation commerciale de Se, représentant environ 50% de la consommation, est la production de verre. Les composés Se confèrent une couleur rouge au verre. Cette couleur annule les teintes vertes ou jaunes qui résultent des impuretés de fer typiques de la plupart des verres. A cet effet, divers sels de sélénite et de sélénate sont ajoutés. Pour d'autres applications, une couleur rouge peut être souhaitée, produite par des mélanges de CdSe et CdS.

Alliages

Le sélénium est utilisé avec le bismuth dans les laitons pour remplacer le plomb plus toxique . La réglementation du plomb dans les applications d'eau potable comme aux États-Unis avec le Safe Drinking Water Act de 1974, a rendu nécessaire une réduction du plomb dans le laiton. Le nouveau laiton est commercialisé sous le nom d'EnviroBrass. Comme le plomb et le soufre, le sélénium améliore l'usinabilité de l'acier à des concentrations d'environ 0,15%. Le sélénium produit la même amélioration d'usinabilité dans les alliages de cuivre.

Batteries au lithium-sélénium

La batterie au lithium-sélénium (Li-Se) est l'un des systèmes de stockage d'énergie les plus prometteurs de la famille des batteries au lithium. La batterie Li-Se est une alternative à la batterie lithium-soufre , avec l'avantage d'une conductivité électrique élevée.

Cellules solaires

Le séléniure de cuivre indium et gallium est un matériau utilisé dans les cellules solaires.

Photoconducteurs

Des films minces de sélénium amorphe (α-Se) ont trouvé une application comme photoconducteurs dans les détecteurs de rayons X à écran plat . Ces détecteurs utilisent du sélénium amorphe pour capturer et convertir les photons X incidents directement en charge électrique.

Redresseurs

Les redresseurs au sélénium ont été utilisés pour la première fois en 1933. Leur utilisation s'est poursuivie dans les années 1990.

Autres utilisations

De petites quantités de composés organosélénium ont été utilisées pour modifier les catalyseurs utilisés pour la vulcanisation pour la production de caoutchouc.

La demande de sélénium par l'industrie électronique est en baisse. Ses photovoltaïques et photoconductrices propriétés sont encore utiles à la photocopie , photocellules , posemètres et cellules solaires . Son utilisation en tant que photoconducteur dans les copieurs à papier ordinaire était autrefois une application de premier plan, mais dans les années 1980, l'application des photoconducteurs a décliné (même si elle était encore une grande utilisation finale) alors que de plus en plus de copieurs passaient aux photoconducteurs organiques. Bien qu'autrefois largement utilisés, les redresseurs au sélénium ont pour la plupart été remplacés (ou sont en train d'être remplacés) par des dispositifs à base de silicium. L'exception la plus notable concerne la protection contre les surtensions CC de puissance , où les capacités énergétiques supérieures des suppresseurs de sélénium les rendent plus souhaitables que les varistances à oxyde métallique .

Le séléniure de zinc a été le premier matériau pour les LED bleues , mais le nitrure de gallium domine ce marché. Le séléniure de cadmium était un composant important des points quantiques . Des feuilles de sélénium amorphe convertissent les images radiographiques en motifs de charge en xéroradiographie et dans des caméras à rayons X à écran plat à semi-conducteurs. Le sélénium ionisé (Se + 24) est l'un des milieux actifs utilisés dans les lasers à rayons X.

Le sélénium est un catalyseur dans certaines réactions chimiques, mais il n'est pas largement utilisé en raison de problèmes de toxicité. En cristallographie aux rayons X , l'incorporation d'un ou plusieurs atomes de sélénium à la place du soufre aide à la dispersion anormale à plusieurs longueurs d'onde et à la mise en phase de dispersion anormale à une seule longueur d'onde .

Le sélénium est utilisé dans le virage des tirages photographiques , et il est vendu comme toner par de nombreux fabricants photographiques. Le sélénium intensifie et étend la gamme tonale des images photographiques en noir et blanc et améliore la permanence des impressions.

^{Le 75} Se est utilisé comme source gamma en radiographie industrielle.

la pollution

À des concentrations élevées, le sélénium agit comme un contaminant environnemental . Les sources de pollution comprennent les déchets provenant de certaines opérations de fabrication minière, agricole, pétrochimique et industrielle. Dans le lac Belews en Caroline du Nord, 19 espèces de poissons ont été éliminées du lac en raison de 150 à 200 μg Se / L d'eaux usées rejetées de 1974 à 1986 d'une centrale électrique au charbon de Duke Energy. Au Kesterson National Wildlife Refuge en Californie, des milliers de poissons et d'oiseaux aquatiques ont été empoisonnés par le sélénium dans le drainage agricole d'irrigation.

Des changements physiologiques importants peuvent survenir chez les poissons présentant des concentrations tissulaires élevées de sélénium. Les poissons affectés par le sélénium peuvent présenter un gonflement des lamelles branchiales , ce qui empêche la diffusion de l'oxygène à travers les branchies et la circulation sanguine dans les branchies. La capacité respiratoire est encore réduite en raison de la liaison du sélénium à l' hémoglobine . D'autres problèmes incluent la dégénérescence du tissu hépatique, le gonflement autour du cœur, les follicules ovariens endommagés dans les ovaires, les cataractes et l'accumulation de liquide dans la cavité corporelle et la tête. Le sélénium provoque souvent un fœtus de poisson mal formé qui peut avoir des problèmes d'alimentation ou de respiration, la déformation des nageoires ou de la colonne vertébrale est également fréquente. Les poissons adultes peuvent sembler en bonne santé malgré leur incapacité à produire une progéniture viable.

Le sélénium est bioaccumulé dans les habitats aquatiques, ce qui entraîne des concentrations plus élevées dans les organismes que dans l'eau environnante. Les composés organoséléniums peuvent être concentrés plus de 200 000 fois par le zooplancton lorsque les concentrations dans l'eau se situent entre 0,5 et 0,8 μg Se / L. Le sélénium inorganique se bioaccumule plus facilement dans le phytoplancton que dans le zooplancton. Le phytoplancton peut concentrer le sélénium inorganique d'un facteur de 3000. Une concentration supplémentaire par bioaccumulation se produit le long de la chaîne alimentaire, car les prédateurs consomment des proies riches en sélénium. Il est recommandé qu'une concentration dans l'eau de 2 μg Se / L soit considérée comme hautement dangereuse pour les poissons et les oiseaux aquatiques sensibles. L'intoxication au sélénium peut être transmise des parents à la progéniture par l'œuf, et l'intoxication au sélénium peut persister pendant de nombreuses générations. La reproduction des canards colverts est altérée à des concentrations alimentaires de 7 ug Se / L. De nombreux invertébrés benthiques peuvent tolérer des concentrations de sélénium allant jusqu'à 300 μg / L de Se dans leur alimentation.

Rôle biologique

Bien qu'il soit toxique à fortes doses, le sélénium est un micronutriment essentiel pour les animaux. Chez les plantes, il se produit comme un minéral spectateur, parfois dans des proportions toxiques dans le fourrage (certaines plantes peuvent accumuler du sélénium pour se défendre contre la consommation d'animaux, mais d'autres plantes, comme les locoweed , ont besoin de sélénium et leur croissance indique la présence de sélénium. dans le sol). En savoir plus sur la nutrition des plantes ci-dessous.

Le sélénium est un composant des acides aminés inhabituels sélénocystéine et sélénométhionine . Chez l'homme, le sélénium est un oligo-élément nutritif qui fonctionne comme cofacteur pour la réduction des enzymes antioxydantes , telles que les glutathion peroxydases et certaines formes de thiorédoxine réductase trouvées chez les animaux et certaines plantes (cette enzyme est présente dans tous les organismes vivants, mais pas dans toutes les formes de celle-ci. dans les plantes nécessitent du sélénium).

La famille des enzymes de la glutathion peroxydase (GSH-Px) catalyse certaines réactions qui éliminent les espèces réactives de l'oxygène telles que le peroxyde d'hydrogène et les hydroperoxydes organiques :

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

La glande thyroïde et chaque cellule qui utilise sélénium l' utilisation d'hormones de la thyroïde, qui est un cofacteur pour trois des quatre types connus d' hormones thyroïdiennes désiodases , qui activent et désactivent ensuite diverses hormones thyroïdiennes et leurs métabolites; les iodothyronine déiodinases sont la sous-famille des enzymes déiodinases qui utilisent le sélénium comme acide aminé par ailleurs rare sélénocystéine. (Seule la déiodinase iodotyrosine déiodinase , qui agit sur les derniers produits de dégradation de l'hormone thyroïdienne, n'utilise pas de sélénium.)

Le sélénium peut inhiber la maladie de Hashimoto , dans laquelle les propres cellules thyroïdiennes du corps sont attaquées comme étrangères. Une réduction de 21% des anticorps TPO est rapportée avec un apport alimentaire de 0,2 mg de sélénium.

Une augmentation du sélénium alimentaire réduit les effets de la toxicité du mercure, bien qu'elle ne soit efficace qu'à des doses faibles à modestes de mercure. Les preuves suggèrent que les mécanismes moléculaires de la toxicité du mercure comprennent l'inhibition irréversible des sélénoenzymes qui sont nécessaires pour prévenir et inverser les dommages oxydatifs dans les tissus cérébraux et endocriniens. Un antioxydant, la sélénonéine, qui est dérivé du sélénium et s'est avéré présent dans le sang du thon rouge, fait l'objet de recherches scientifiques concernant ses rôles possibles dans les maladies inflammatoires et chroniques, la désintoxication du méthylmercure et les dommages oxydatifs.

Évolution en biologie

Depuis environ trois milliards d'années, les familles de sélénoprotéines procaryotes dirigent l'évolution de la sélénocystéine, un acide aminé. Le sélénium est incorporé dans plusieurs familles de sélénoprotéines procaryotes chez les bactéries, les archées et les eucaryotes sous forme de sélénocystéine, où les peroxiredoxines de sélénoprotéine protègent les cellules bactériennes et eucaryotes contre les dommages oxydatifs. Les familles de sélénoprotéines du GSH-Px et les déiodinases des cellules eucaryotes semblent avoir une origine phylogénétique bactérienne . La forme contenant de la sélénocystéine est présente chez des espèces aussi diverses que les algues vertes, les diatomées, les oursins, les poissons et les poulets. Les enzymes sélénium sont impliquées dans les petites molécules réductrices glutathion et thiorédoxine . Une famille de molécules contenant du sélénium (les glutathion peroxydases ) détruit le peroxyde et répare les membranes cellulaires peroxydées endommagées à l'aide de glutathion. Une autre enzyme contenant du sélénium dans certaines plantes et chez les animaux (la thiorédoxine réductase ) génère de la thiorédoxine réduite, un dithiol qui sert de source d'électrons pour les peroxydases et également l'importante enzyme réductrice ribonucléotide réductase qui fabrique des précurseurs d'ADN à partir de précurseurs d'ARN.

Les oligo-éléments impliqués dans les activités des enzymes GSH-Px et superoxyde dismutase, c'est-à-dire le sélénium, le vanadium , le magnésium , le cuivre et le zinc , peuvent avoir manqué dans certaines régions terrestres déficientes en minéraux. Les organismes marins ont conservé et parfois élargi leurs sélénoprotéomes, tandis que les sélénoprotéomes de certains organismes terrestres ont été réduits ou complètement perdus. Ces résultats suggèrent qu'à l'exception des vertébrés , la vie aquatique soutient l'utilisation du sélénium, tandis que les habitats terrestres conduisent à une utilisation réduite de cet oligo-élément. Les poissons marins et les glandes thyroïdiennes vertébrées ont la plus forte concentration de sélénium et d'iode. Depuis environ 500 millions d'années, les plantes d'eau douce et terrestres ont lentement optimisé la production de «nouveaux» antioxydants endogènes tels que l'acide ascorbique (vitamine C), les polyphénols (y compris les flavonoïdes), les tocophérols , etc. Quelques-uns d'entre eux sont apparus plus récemment, dans le 50–200 millions d'années, dans les fruits et les fleurs des angiospermes. En fait, les angiospermes (le type de plante dominant aujourd'hui) et la plupart de leurs pigments antioxydants ont évolué à la fin du Jurassique .

Les isoenzymes déiodinase constituent une autre famille de sélénoprotéines eucaryotes avec une fonction enzymatique identifiée. Les déiodinases sont capables d'extraire les électrons des iodures et les iodures des iodothyronines. Ils sont donc impliqués dans la régulation des hormones thyroïdiennes, participant à la protection des thyrocytes contre les dommages causés par l'H ₂ O ₂ produit pour la biosynthèse des hormones thyroïdiennes. Il y a environ 200 millions d'années, de nouvelles sélénoprotéines ont été développées sous forme d'enzymes GSH-Px de mammifères.

Sources nutritionnelles de sélénium

Le sélénium alimentaire provient de la viande, des noix, des céréales et des champignons. Les noix du Brésil sont la source alimentaire la plus riche (bien que cela dépende du sol, car la noix du Brésil n'a pas besoin de niveaux élevés de l'élément pour ses propres besoins).

L' apport alimentaire recommandé aux États-Unis (AJR) de sélénium pour les adolescents et les adultes est de 55 µg / jour. Le sélénium en tant que complément alimentaire est disponible sous de nombreuses formes, y compris des suppléments multi-vitamines / minéraux, qui contiennent généralement 55 ou 70 µg / portion. Les suppléments spécifiques au sélénium contiennent généralement 100 ou 200 µg / portion.

En juin 2015, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a publié sa règle finale établissant l'exigence de niveaux minimum et maximum de sélénium dans les préparations pour nourrissons .

On pense que la teneur en sélénium dans le corps humain se situe entre 13 et 20 mg.

Espèces végétales indicatrices

Certaines espèces de plantes sont considérées comme des indicateurs d'une teneur élevée en sélénium du sol car elles nécessitent des niveaux élevés de sélénium pour se développer. Les principales plantes indicatrices de sélénium sont les espèces d' Astragalus (y compris certaines locoweeds ), le panache de prince ( Stanleya sp.), Les asters ligneux ( Xylorhiza sp.) Et la fausse herbe dorée ( Oonopsis sp.)

Détection dans les fluides biologiques

Le sélénium peut être mesuré dans le sang, le plasma, le sérum ou l'urine pour surveiller une exposition environnementale ou professionnelle excessive, pour confirmer un diagnostic d'empoisonnement chez des victimes hospitalisées ou pour enquêter sur un cas suspect de surdosage mortel. Certaines techniques analytiques sont capables de distinguer les formes organiques des formes inorganiques de l'élément. Les formes organiques et inorganiques de sélénium sont en grande partie converties en conjugués de monosaccharide (sélénosucres) dans le corps avant leur élimination dans l'urine. Les patients cancéreux recevant des doses orales quotidiennes de sélénothionine peuvent atteindre des concentrations plasmatiques et urinaires très élevées de sélénium.

Toxicité

Bien que le sélénium soit un oligo-élément essentiel , il est toxique s'il est pris en excès. Le dépassement de la dose maximale tolérable de 400 microgrammes par jour peut entraîner une sélénose. Cette dose maximale tolérable de 400 µg est basée principalement sur une étude de 1986 sur cinq patients chinois qui présentaient des signes manifestes de sélénose et sur une étude de suivi sur les cinq mêmes personnes en 1992. L'étude de 1992 a en fait révélé que l'apport alimentaire maximal en Se était environ 800 microgrammes par jour (15 microgrammes par kilogramme de poids corporel), mais a suggéré 400 microgrammes par jour pour éviter de créer un déséquilibre des nutriments dans l'alimentation et pour s'accorder avec les données d'autres pays. En Chine, les personnes qui ont ingéré du maïs cultivé dans du charbon pierreux extrêmement riche en sélénium ( schiste carboné ) ont souffert de la toxicité du sélénium. Il a été démontré que ce charbon avait une teneur en sélénium aussi élevée que 9,1%, la plus forte concentration de charbon jamais enregistrée.

Les signes et symptômes de la sélénose comprennent une odeur d'ail sur la respiration, des troubles gastro-intestinaux, la perte de cheveux, la desquamation des ongles, la fatigue, l'irritabilité et des dommages neurologiques. Les cas extrêmes de sélénose peuvent présenter une cirrhose du foie, un œdème pulmonaire ou la mort. Le sélénium élémentaire et la plupart des séléniures métalliques ont des toxicités relativement faibles en raison de leur faible biodisponibilité . En revanche, les sélénates et les sélénites ont un mode d'action oxydant similaire à celui du trioxyde d'arsenic et sont très toxiques. La dose toxique chronique de sélénite pour l'homme est d'environ 2 400 à 3 000 microgrammes de sélénium par jour. Le séléniure d'hydrogène est un gaz corrosif extrêmement toxique. Le sélénium est également présent dans des composés organiques, tels que le séléniure de diméthyle, la sélénométhionine , la sélénocystéine et la méthylsélénocystéine , qui ont tous une biodisponibilité élevée et sont toxiques à fortes doses.

Le 19 avril 2009, 21 poneys de polo sont morts peu de temps avant un match à l'Open de polo des États-Unis. Trois jours plus tard, une pharmacie a publié une déclaration expliquant que les chevaux avaient reçu une dose incorrecte de l'un des ingrédients utilisés dans un composé de supplément de vitamines / minéraux qui avait été mal préparé par une pharmacie de préparation . L'analyse des taux sanguins de composés inorganiques dans le supplément a indiqué que les concentrations de sélénium étaient 10 à 15 fois plus élevées que la normale dans les échantillons sanguins et 15 à 20 fois plus élevées que la normale dans les échantillons hépatiques. Le sélénium a ensuite été confirmé comme étant le facteur toxique.

Un empoisonnement au sélénium des systèmes d'eau peut survenir chaque fois que de nouveaux ruissellements agricoles traversent des terres normalement sèches et non développées. Ce processus lessive les composés de sélénium solubles naturels (tels que les sélénates) dans l'eau, qui peuvent ensuite être concentrés dans de nouvelles «zones humides» lorsque l'eau s'évapore. La pollution par le sélénium des cours d'eau se produit également lorsque le sélénium est lessivé des cendres de charbon, de l'exploitation minière et de la fusion des métaux, du traitement du pétrole brut et des décharges. On a constaté que les niveaux élevés de sélénium qui en résultaient dans les cours d'eau causaient des troubles congénitaux chez les espèces ovipares, y compris les oiseaux et les poissons des zones humides. Des niveaux élevés de méthylmercure dans l'alimentation peuvent amplifier les méfaits de la toxicité du sélénium chez les espèces ovipares.

Relation entre la survie des saumons juvéniles et la concentration de sélénium dans leurs tissus après 90 jours (saumon quinnat) ou 45 jours (saumon atlantique) d'exposition au sélénium alimentaire. Le niveau de létalité de 10% (CL10 = 1,84 µg / g) a été calculé en appliquant le modèle biphasique de Brain and Cousens uniquement aux données sur le saumon quinnat. Les données sur le saumon quinnat comprennent deux séries de traitements diététiques, combinées ici parce que les effets sur la survie sont indiscernables.

Chez les poissons et autres animaux sauvages, le sélénium est nécessaire à la vie, mais toxique à fortes doses. Pour le saumon, la concentration optimale de sélénium est d'environ 1 microgramme de sélénium par gramme de poids corporel total. Bien au-dessous de ce niveau, les jeunes saumons meurent de carence; bien au-dessus, ils meurent d'un excès toxique.

L' Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a fixé la limite légale (limite d' exposition admissible ) pour le sélénium sur le lieu de travail à 0,2 mg / m ³ sur une journée de travail de 8 heures. Le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) a fixé une limite d'exposition recommandée (REL) de 0,2 mg / m ³ sur une journée de travail de 8 heures. À des niveaux de 1 mg / m ³ , le sélénium est immédiatement dangereux pour la vie et la santé .

Carence

Une carence en sélénium peut survenir chez les patients dont la fonction intestinale est gravement altérée , ceux qui subissent une nutrition parentérale totale et ceux d'un âge avancé (plus de 90 ans). En outre, les personnes dépendantes de la nourriture provenant d'un sol carencé en sélénium sont à risque. Bien que le sol néo-zélandais ait de faibles niveaux de sélénium, aucun effet néfaste sur la santé n'a été détecté chez les résidents.

Une carence en sélénium, définie par de faibles niveaux d'activité en sélénoenzyme (<60% de la normale) dans les tissus cérébraux et endocriniens, se produit uniquement lorsqu'un faible niveau de sélénium est lié à un stress supplémentaire, tel qu'une exposition élevée au mercure ou un stress oxydant accru dû à une carence en vitamine E. .

Sélénium interagit avec d' autres nutriments, tels que l' iode et la vitamine E . L'effet d'une carence en sélénium sur la santé reste incertain, en particulier en ce qui concerne la maladie de Kashin-Beck . En outre, le sélénium interagit avec d'autres minéraux, tels que le zinc et le cuivre . Des doses élevées de suppléments de Se chez les animaux gravides peuvent perturber le rapport Zn: Cu et entraîner une réduction du Zn; dans de tels cas de traitement, les taux de Zn doivent être surveillés. Des études complémentaires sont nécessaires pour confirmer ces interactions.

Dans les régions (par exemple diverses régions d'Amérique du Nord) où de faibles niveaux de sélénium dans le sol entraînent de faibles concentrations dans les plantes, certaines espèces animales peuvent être déficientes à moins que le sélénium ne soit complété par un régime alimentaire ou une injection. Les ruminants sont particulièrement sensibles. En général, l'absorption du sélénium alimentaire est plus faible chez les ruminants que chez les autres animaux, et est plus faible dans les fourrages que dans les céréales. Les ruminants qui broutent certains fourrages, par exemple certaines variétés de trèfle blanc contenant des glycosides cyanogènes , peuvent avoir des besoins en sélénium plus élevés, probablement parce que le cyanure est libéré de l' aglycone par l' activité glucosidase dans le rumen et que les peroxydases de glutathion sont désactivées par le cyanure agissant sur le groupement glutathion . Les ruminants nouveau-nés à risque de maladie du muscle blanc peuvent recevoir à la fois du sélénium et de la vitamine E par injection; certaines myopathies ADM ne répondent qu'au sélénium, certaines uniquement à la vitamine E et certaines aux deux.

Effets sur la santé

Il a été suggéré que la supplémentation en sélénium peut aider à prévenir l'incidence du cancer chez les personnes, mais la recherche a établi qu'il n'y a aucune preuve à l'appui de telles allégations.

Voir également

Remarques

Les références

Liens externes

Sélénium au tableau périodique des vidéos (Université de Nottingham)
Page des National Institutes of Health sur le sélénium
Essai
ATSDR - Profil toxicologique: sélénium
CDC - Guide de poche NIOSH des risques chimiques
Site des éléments de Peter van der Krogt

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