K čemu se hodí – selen?

Víte, že vás denně zdržuje a zároveň vám ušetří spoustu času? Je pro život nezbytný a přitom je prudce jedovatý. Doktor Jekyll a pan Hyde periodické soustavy se jmenuje selen. (délka blogu 10 min.)  

Na samém začátku dnešního příběhu je jako vždy - výbuch obří hvězdy. Selen vzniká při explozi supernovy (tzv. rychlý proces) nebo v jádrech rudých obrů (pomalý proces). Některé izotopy mohou vznikat při výbuších obřích hvězd, konkrétně při procesech, na kterých se účastní větší množství gama záření (tzv. gama-procesy).

Odkud se ve vesmíru bere selen?

Polovinu všech jader selenu tvoří izotop Se-80 (49,61 %), téměř čtvrtinu Se-78 (23,77 %). Se-80 vzniká reakcemi: 78Se + 2n › 80Se + 16,88 MeV (tzv. pomalý proces) a 56Fe + 24n › 80Se + 8ß- + 211 MeV (rychlý proces). Se-78 přichází na svět podobnou cestou: 77Se + n › 78Se + 10,50 MeV (s-proces) nebo 56Fe + 22n › 78Se + 8ß- + 194 MeV (r-proces).

Daleko méně je izotopu Se-76 (9,37 %) a Se-82 (8,73 %). Se-76 vzniká jen pomalým procesem, 75As + n › 76Se + ß- + 10,29 MeV. Se-82 může vnikat jak pomalým procesem v jádrech rudých obrů, tak rychlým procesem, záchytem několika neutronů při explozích supernov. 80Se + 2n › 82Se + 15,98 MeV, 56Fe + 26n › 82Se + 8ß- + 227 MeV.

Stabilní nuklid Se-77 má lichý počet neutronů. Je ho ve vesmíru méně, než selenových izotopů se sudým počtem neutronů (7,63 %). Také on vzniká oběma procesy, rychlým i pomalým. 76Se + n › 77Se + 7,42 MeV, 56Fe + 21n › 77Se + 8ß- + 183 MeV.

Vzácný Se-74 vzniká gama procesy z Ge-74 (0,89 %) reakcí  74Ge + 1,21 MeV › 74Se + 2ß-

Zastoupení ve vesmíru a na Zemi

Ve vesmírné hmotě je selen zastoupen v průměru 30 µg / kg a nachází se na 31. příčce v žebříčku nejhojnějších prvků. Vzhledem k tomu, že se rád přidružuje ke kovům, které tvoří jádro naší planety, je na Zemi zastoupen o něco hojněji než ve vesmíru. Se svými 9,6 mg/kg hmoty je to 25. nejčastější prvek. S jeho afinitou k železu a niklu souvisí také relativně nízké zastoupení v samotné zemské kůře.  Téměř všechen selen se totiž koncentroval v kovovém jádru naší planety a na kůru připadá průměrně jen 50 µg selenu v jednom kilogramu hmoty..

Dva z izotopů selenu jsou lehce radioaktivní (Se-74 a Se-82). Při práci s prvkem to ale prakticky nemá význam. Radioaktivita je tak slabá, že nepředstavuje žádné riziko. Pro srovnání – je 70 000 000x slabší než radioaktivita srovnatelného množství draslíku, prvku, který se běžně nachází v našich tělech.

Výskyt selenu 

Na Zemi nacházíme selen v podobných sloučeninách, jako jsou ty, které obsahují síru. To není moc překvapivé, síra je totiž jeho lehčím chemickým sourozencem. Oba prvky pocházejí ze stejné chemické „rodiny“. Pokud selen tvoří minerály, jsou to různorodé selenidy, které se podobají příslušným sulfidům.

Jako příklad se dají uvést minerály Clausthalit a Tiemannit (PbSe a HgSe) nebo Naumannit (AgSe). Jen nepatrná část zásob selenu se v přírody vyskytuje v čisté formě, buď jako šedá modifikace selenu nebo směs selenu a síry. Podobně jako se H2S vyskytuje ve vulkanických plynech, dá se v nich nalézt také H2Se. Stejně jako se SO2 rozpouští ve vodě, dá se nalézt SeO3 ve vodě světových moří a oceánů. Je v nich zastoupen průměrně 0,45 mikrogramy v litru vody.

Selen v mnoha převlecích

Nebýt toho, že je selen tak jedovatý, mohl by být zajímavou hračkou ve školách při hodinách chemie. Selen se totiž podobá své chemické sestře síře různorodostí modifikací. Nejstabilnější z těch, které se vyskytují při normálních podmínkách, je tzv. „šedý selen“. Vzniká tehdy, když se ostatní modifikace zahřejí na teplotu vyšší než 80 °C. Taje při 221 °C. Tavenina je hnědočervená. Při 685 °C se vypařuje – jeho páry jsou hnědožluté. Pokud se rychle ochladí, vzniká červený prášek. Je to amorfní, nekovová modifikace, tzv. „červený selen“.

Jiný způsob, jak získat červený selen vyžaduje menší teplotu. Pokud se roztavený selen rychle ochladí, vzniká amorfní, červenohnědá skelná hmota, která se dá rozemlít na výše zmiňovaný typický červený prášek.

Když se červený selen rozpustí v sirouhlíku (CS2), krystalizují z něj jednoduché červené krystaly. Je to jiná, krystalická modifikace selenu. V závislosti na vnějších podmínkách se tak dají získat dokonce další tři druhy krystalů.

Fotoefekt

Šedý selen má jednu zajímavou vlastnost. Když se nachází ve tmě, je špatným vodičem elektrického proudu. Když na něj ale dopadá světlo, je jeho vodivost tisíckrát vyšší. Selen je tedy prvkem, který se dobře hodí k výrobě elektrických součástek, citlivých na světlo – fotodiod a fototranzistorů.

Možná si někdo vzpomene na fotoaparáty, které měly selenové měřiče.

Objev selenu

Švédský chemik Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) objevil v roce 1817 neobvyklé červené zbarvení odpadu z výroby kyseliny sírové. Obstaral si vzorky zvláštní sloučeniny a začal s ní experimentovat. Podařilo se mu extrahovat kovově lesklou látku, kterou nazval „seléne“. Název pochází z řeckého názvu pro měsíc. Objevitel se inspiroval dříve nalezeným prvkem, telurem. Ten totiž dostal jméno podle řeckého slova „země“.

Selen v živé přírodě

Pro živé organismy je selen nezbytným stopovým prvkem. V těle s hmotností 70 kg se nachází 7 mg selenu. Selen je obsažen v selenocysteinu. Je to aminokyselina podobná cysteinu, ale na rozdíl od něj má místo atomu síry atom selenu. Selen v selenocysteinu se například podílí na aktivní ochraně buněčných membrán a chrání je před oxidativním poškozením - má roli antioxidantu.

Ve vyšších koncentracích je selen ale pro živé organismy toxický. Nepříjemný je pro nás ovšem relativně malý rozdíl mezi příliš nízkou koncentrací, která vyvolává příznaky nedostatku selenu a příliš vysokou koncentrací, která vyvolává příznaky otravy.

Selenové sloučeniny se na rozdíl od selenu dají zařadit poměrně jednoduše – všechny jsou více nebo méně jedovaté. Mezi příznaky otravy selenem patří změny na kůži, problémy trávení, malátnost, srdeční nedostatečnost. Velice jedovatý je H2Se. Plyn, jehož vdechnutí může vést k úmrtí už během několika vteřin, je mimochodem velice záludný. Vyšší koncentrace totiž ochromují naše čichové buňky, takže původně varující signál – silný česnekový zápach – mizí. Podobně se chová také H2S, který páchne po shnilých vejcích. (Odtud tedy lidová laboratorní moudrost: „Dokud to smrdí, je to v pořádku.“)

K čemu se hodí selen?

Roční produkce selenu se pohybuje kolem 1500 tun.

Selen je díky svým vlastnostem přímo předurčen k výrobě fotočlánků, solárních panelů, měřičů světelného toku, radarů a také například fotoaktivních vrstev ve fotokopírkách.

Ten, kdo fotografoval v dobách, kdy se používaly analogové přístroje, zná nejspíš selen z měřičů osvětlení, které nepotřebovaly baterie.

Selen se používá také ve sklářství. Přidáním 1 – 2 gramu selenu ke kilogramu skelné hmoty způsobí obarvení skla intenzivní červenou barvou. Tzv. selenové rubínové sklo dobře znáte – používá se v semaforech. Selen nás denně „zdržuje“ při cestách autem.

Nízké koncentrace selenu naopak skelnou hmotu odbarvují. Používají se při výrobě čirého skla.

Selen naleznete také v kosmetice. Selensulfid (SeS2) se přidává do šampónů, které odstraňují lupy. Selénové preparáty využívá také kožní medicína. Léčí se jimi některé kožní nemoci.