Селен и теллур
Водородные соединения и простые вещества
Селен и теллур находятся в той же группе периодической системы, что и сера. У этих элементов есть сходные по составу соединения, однако их свойства заметно изменяются при переходе от серы к теллуру. Сначала сравним водородные соединения.
history_eduЛуна и Земля
Теллур открыл Франц Мюллер фон Райхенштейн в 1782 году, исследуя золотые руды Трансильвании. Название элементу дал Мартин Клапрот в 1798 году: оно происходит от латинского tellus — «Земля». В 1817 году Йёнс Берцелиус обнаружил в шламе сернокислотного завода сходный элемент и назвал его селеном, от греческого selene — «Луна», по аналогии с названием теллура.
| Свойство | \(\ce{H2S}\) | \(\ce{H2Se}\) | \(\ce{H2Te}\) |
|---|---|---|---|
| Показатель кислотности \(pK_{a1}\) | 7,0 | 3,9 | 2,6 |
| Устойчивость | устойчиво | разлагается при нагревании | разлагается при комнатной температуре |
| Восстановительные свойства | сильные | сильнее | ещё сильнее |
При переходе от \(\ce{H2S}\) к \(\ce{H2Te}\) показатель \(pK_{a1}\) уменьшается, следовательно, кислотность возрастает. Одновременно усиливаются восстановительные свойства, но снижается устойчивость соединений. Все три газа ядовиты; селеноводород относится к самым ядовитым газам и опаснее сероводорода в десятки раз.
Простые вещества. Красный селен имеет аморфное строение и выделяется из растворов. Наиболее устойчивая форма селена — серый селен с металлическим блеском и цепями \(\ce{Se_n}\) в структуре. Он является полупроводником: при освещении его проводимость возрастает в сотни раз. Такое изменение проводимости называют фотопроводимостью. Теллур представляет собой серебристо-белое хрупкое вещество и также является полупроводником.
auto_awesomeКсерокс
В 1938 году Честер Карлсон изобрёл электрофотографию. В этом способе заряженная пластина из селена теряет заряд в освещённых местах, а порошок тонера прилипает к участкам, оставшимся в темноте. Первые ксероксы (1959) использовали барабаны с аморфным селеном. Селеновые фотоэлементы применяли и в экспонометрах фотоаппаратов.
Кислородные соединения
Различия между элементами проявляются и в кислородных соединениях. Для их сравнения важно рассмотреть степени окисления +4 и +6.
Степень окисления +4. Диоксид селена \(\ce{SeO2}\) представляет собой белое твёрдое вещество с цепочечным полимерным строением; при 315 °C он возгоняется. Селенистую кислоту \(\ce{H2SeO3}\) можно выделить в виде кристаллов, в отличие от сернистой кислоты. При этом селен(IV) является окислителем: в реакции \(\ce{H2SeO3 + 2SO2 + H2O -> Se v + 2H2SO4}\) сернистый газ восстанавливает его до красного селена. Именно красную окраску шлама заметили при открытии элемента.
Степень окисления +6. Селеновая кислота \(\ce{H2SeO4}\) по силе близка к серной кислоте, но является гораздо более сильным окислителем. Это различие относят к аномалии 4-го периода (урок 111):
Горячая концентрированная селеновая кислота растворяет золото. Среди отдельных кислот такая способность встречается крайне редко.
Степень окисления теллура +6. Для теллура(VI) характерна ортотеллуровая кислота \(\ce{Te(OH)6}\). В её молекуле крупный атом теллура окружён шестью группами OH. Число непосредственно связанных с ним атомов кислорода называют координационным числом (КЧ); здесь оно равно 6. Такое же координационное число имеет иод в \(\ce{H5IO6}\), хотя не все связанные с иодом атомы кислорода входят в группы OH. Ортотеллуровая кислота очень слабая: \(pK_{a1} = 7{,}7\).
scienceСравнение с серой
- \(\ce{SeO2 + 2SO2 + 2H2O -> Se + 2H2SO4}\) — диоксид серы восстанавливает селен(IV) до простого вещества, а сам окисляется до серной кислоты.
- \(\ce{H2SeO4 + 2HCl -> H2SeO3 + Cl2 + H2O}\) — селеновая кислота окисляет соляную кислоту до хлора, тогда как серная кислота её так не окисляет.
- \(\ce{Te + 2H2SO4 (конц) -> TeO2 + 2SO2 + 2H2O}\) — концентрированная серная кислота окисляет теллур до диоксида теллура и восстанавливается до диоксида серы.
Селен в жизни и технике
Свойства селена важны не только для химических реакций и технического применения. Организму человека селен необходим, но его избыток опасен.
auto_awesomeНеобходим и ядовит
Селен входит в активные центры ферментов в составе аминокислоты селеноцистеина (21-я аминокислота). Содержащая селен глутатионпероксидаза разрушает пероксиды в клетках. Недостаток селена в почвах некоторых районов Китая вызывал болезнь Кешана — поражение сердца. Избыток селена токсичен: у скота, поедающего растения-накопители селена, выпадает шерсть. Суточная норма для человека составляет около 55 мкг; длительное поступление селена в количестве, лишь в несколько раз превышающем эту норму, опасно.
Теллур тоже может заметно влиять на организм даже в очень малых количествах.
auto_awesomeЧесночное дыхание
Даже микрограммы теллура, попавшие в организм, превращаются в диметилтеллурид с сильным чесночным запахом. Поэтому запах от человека может сохраняться неделями. Работавшие с теллуром химики жаловались, что окружающие избегают их.
Техника. Соединение \(\ce{CdTe}\) применяют в тонкоплёночных солнечных батареях; по распространённости этот материал уступает только кремнию. Соединение \(\ce{Bi2Te3}\) является термоэлектриком: его используют в охлаждающих элементах Пельтье, в том числе в автомобильных холодильниках. Селен добавляют в стекло, чтобы компенсировать зелёный оттенок, придаваемый железом, или получить рубиновую окраску с помощью \(\ce{CdSe}\).
scienceСоединения в технике
- \(\ce{Cd + Te ->[t] CdTe}\) — при нагревании кадмия с теллуром образуется полупроводниковое соединение.
- \(\ce{Na2SeO3}\) — селенит натрия добавляют к кормам и удобрениям в селенодефицитных районах.
- \(\ce{2CuSe + 3O2 ->[t] 2CuO + 2SeO2}\) — при обжиге селенида меди образуется диоксид селена, что позволяет извлекать селен из шламов электролиза меди.
push_pinГлавное
В ряду \(\ce{H2S}\), \(\ce{H2Se}\), \(\ce{H2Te}\) кислотность и восстановительные свойства возрастают: \(pK_{a1}\) последовательно уменьшается (7,0, 3,9 и 2,6). Устойчивость этих ядовитых соединений, напротив, снижается. Диоксид селена \(\ce{SeO2}\) — твёрдое вещество с полимерным строением; соединения селена(IV) окисляют серу(IV). Селеновая кислота \(\ce{H2SeO4}\) является сильным окислителем, что объясняют аномалией 4-го периода, и при нагревании растворяет золото. Для теллура(VI) характерна кислота \(\ce{Te(OH)6}\) с КЧ 6. Фотопроводимость серого селена используют при ксерокопировании, \(\ce{CdTe}\) — в солнечных батареях; кроме того, селен необходим организму в составе селеноцистеина.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.