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Selenio

El selenio es un elemento químico ; su símbolo es Se y su número atómico es 34. Presenta diversas apariencias físicas, como un polvo rojo ladrillo, un sólido negro vítreo y una ...

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El selenio es un elemento químico ; su símbolo es Se y su número atómico es 34. Presenta diversas apariencias físicas, como un polvo rojo ladrillo, un sólido negro vítreo y una forma gris de aspecto metálico. Rara vez se encuentra en este estado elemental o como compuestos minerales puros en la corteza terrestre . El selenio (del griego σελήνη , « luna » ) fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius , quien observó la similitud del nuevo elemento con el telurio , descubierto previamente (y que recibió su nombre de la Tierra).

El selenio se encuentra en los minerales de sulfuro metálico , donde sustituye al azufre . Comercialmente, el selenio se produce como subproducto en el refinado de estos minerales. Los minerales que son compuestos puros de seleniuro o selenato son raros. Los principales usos comerciales del selenio en la actualidad son la fabricación de vidrio y pigmentos . El selenio es un semiconductor y se utiliza en células fotovoltaicas . Las aplicaciones en electrónica , que alguna vez fueron importantes, han sido reemplazadas en su mayoría por dispositivos semiconductores de silicio . El selenio todavía se utiliza en algunos tipos de protectores contra sobretensiones de corriente continua y en un tipo de punto cuántico fluorescente .

Aunque cantidades mínimas de selenio son necesarias para la función celular en muchos animales, incluidos los humanos, tanto el selenio elemental como (especialmente) las sales de selenio son tóxicas incluso en pequeñas dosis, causando selenosis . [ 12 ] Los síntomas incluyen (en orden decreciente de frecuencia): diarrea, fatiga, caída del cabello, dolor articular, fragilidad o decoloración de las uñas, náuseas, dolor de cabeza, hormigueo, vómitos y fiebre. [ 13 ]

El selenio figura como ingrediente en muchos multivitamínicos y otros suplementos dietéticos, así como en fórmulas infantiles , y es un componente de las enzimas antioxidantes glutatión peroxidasa y tiorredoxina reductasa (que reducen indirectamente ciertas moléculas oxidadas en animales y algunas plantas), así como de tres enzimas deiodinasas . Los requerimientos de selenio en las plantas varían según la especie; algunas requieren cantidades relativamente grandes y otras aparentemente no requieren ninguna. [ 14 ]

Características

Propiedades físicas

Estructura del selenio hexagonal (gris)

El selenio forma varios alótropos que se interconvierten con los cambios de temperatura , dependiendo en cierta medida de la velocidad de cambio de temperatura. Cuando se prepara mediante reacciones químicas, el selenio suele ser un polvo amorfo de color rojo ladrillo. Al fundirse rápidamente, forma la forma negra y vítrea, que generalmente se vende comercialmente en forma de perlas. [ 15 ] La estructura del selenio negro es irregular y compleja, y consiste en anillos poliméricos con hasta 1000  átomos por anillo. El selenio negro es un sólido brillante y quebradizo, ligeramente soluble en CS₂ . Al calentarse, se ablanda a 50  °C y se convierte en selenio gris a 180  °C; la temperatura de transformación se reduce en presencia de halógenos y aminas . [ 16 ] : 751

Las formas rojas α, β y γ se producen a partir de soluciones de selenio negro variando la velocidad de evaporación del disolvente (generalmente CS₂ ) . Todas tienen una simetría cristalina monoclínica relativamente baja ( grupo espacial 14) y contienen anillos de ciclooctaselenio (Se₈ ) plegados casi idénticos a los del azufre . [ 17 ] Los ocho átomos de un anillo no son equivalentes (es decir, no se mapean uno sobre otro mediante ninguna operación de simetría) y, de hecho, en la forma γ-monoclínica, la mitad de los anillos están en una configuración (y su imagen especular) y la otra mitad en otra. [ 18 ] [ 19 ] El empaquetamiento es más denso en la forma α. En los anillos de Se₈ , la distancia Se–Se varía dependiendo de dónde se encuentre el par de átomos en el anillo, pero el promedio es de 233,5  pm y el ángulo Se–Se–Se es en promedio de 105,7°. Otros alótropos de selenio pueden contener anillos Se 6 o Se 7. [ 16 ]

La forma más estable y densa del selenio es gris y tiene una red cristalina hexagonal quiral (grupo espacial 152 o 154 dependiendo de la quiralidad) [ 20 ] que consiste en cadenas poliméricas helicoidales, donde la distancia Se–Se es 237,3 pm y el ángulo Se–Se–Se es 103,1°. La distancia mínima entre cadenas es 343,6 pm. El selenio gris se forma por calentamiento suave de otros alótropos, por enfriamiento lento de selenio fundido o por condensación de vapor de selenio justo por debajo del punto de fusión. Mientras que otras formas de selenio son aislantes , el selenio gris es un semiconductor que muestra una fotoconductividad apreciable . A diferencia de los otros alótropos, es insoluble en CS 2 . [ 16 ] Resiste la oxidación por el aire y no es atacado por ácidos no oxidantes . Con agentes reductores fuertes, forma poliselenuros. El selenio no exhibe los cambios en la viscosidad que experimenta el azufre cuando se calienta gradualmente. [ 15 ] [ 21 ]  

isótopos

El selenio tiene siete isótopos naturales . Cinco de ellos, 74 Se, 76 Se, 77 Se, 78 Se, 80 Se, son estables, siendo 80 Se el más abundante (49,6% de abundancia natural). También se encuentra de forma natural el radionúclido primordial de larga vida 82 Se, con una vida media de 8,76 × 10¹⁹ años . [ 11 ] El radioisótopo no primordial 79 Se también se encuentra en cantidades ínfimas en los minerales de uranio como producto de la fisión nuclear . El selenio también tiene numerosos isótopos sintéticos inestables que van desde 64 Se hasta 95 Se; los más estables son 75 Se con una vida media de 119,78  días y 72 Se con una vida media de 8,4  días. [ 22 ] Los isótopos más ligeros que los isótopos estables experimentan principalmente desintegración beta más a isótopos de arsénico , y los isótopos más pesados ​​que los isótopos estables experimentan desintegración beta menos a isótopos de bromo , con algunas ramas menores de emisión de neutrones en los isótopos más pesados ​​conocidos.

compuestos químicos

Los compuestos de selenio suelen existir en los estados de oxidación −2, +2, +4 y +6. Es un no metal (más raramente considerado un metaloide ) con propiedades intermedias entre los elementos que se encuentran por encima y por debajo en la tabla periódica , el azufre y el telurio , y también presenta similitudes con el arsénico . [ 16 ]

compuestos de calcógeno

Estructura del polímero SeO 2 : Los átomos de selenio (piramidales) son amarillos.

El selenio forma dos óxidos : dióxido de selenio (SeO₂ ) y trióxido de selenio (SeO₃ ) . El dióxido de selenio se forma por combustión del selenio elemental: [ 15 ]

Se + O 2 → SeO 2

Es un sólido polimérico que forma moléculas monoméricas de SeO₂ en fase gaseosa. Se disuelve en agua para formar ácido selenioso , H₂SeO₃ . El ácido selenioso también puede obtenerse directamente oxidando selenio elemental con ácido nítrico : [ 25 ]

3 Se + 4 HNO 3 + H 2 O → 3 H 2 SeO 3 + 4 NO

A diferencia del azufre, que forma un trióxido estable , el trióxido de selenio es termodinámicamente inestable y se descompone en dióxido por encima de 185  °C: [ 15 ] [ 25 ]

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

El trióxido de selenio se produce en el laboratorio mediante la reacción de selenato de potasio anhidro (K₂SeO₄ ) y trióxido de azufre ( SO₃ ) . [ 16 ] : 780

Las sales del ácido selenioso se llaman selenitos. Estos incluyen el selenito de plata (Ag 2 SeO 3 ) y el selenito de sodio (Na 2 SeO 3 ).

El sulfuro de hidrógeno reacciona con ácido selenioso acuoso para producir disulfuro de selenio :

H₂SeO₃ + 2 H₂S → SeS₂ + 3 H₂O​​

El disulfuro de selenio consta de anillos de ocho miembros. Su composición aproximada es SeS₂ , aunque la composición de los anillos individuales varía, por ejemplo, Se₄S₄ y Se₂S₆ . El disulfuro de selenio se ha utilizado en champús como agente anticaspa , inhibidor en la química de polímeros, colorante para vidrio y agente reductor en fuegos artificiales . [ 25 ]

El trióxido de selenio se puede sintetizar deshidratando el ácido selénico , H₂SeO₄ , que a su vez se produce por la oxidación del dióxido de selenio con peróxido de hidrógeno : [ 26 ]

SeO 2 + H 2 O 2 → H 2 SeO 4

compuestos halogenados

El selenio reacciona con el flúor para formar hexafluoruro de selenio :

Se 8 + 24 F 2 → 8 SeF 6

En comparación con su homólogo de azufre ( hexafluoruro de azufre ), el hexafluoruro de selenio (SeF 6 ) es más reactivo y es un irritante pulmonar tóxico . [ 27 ] El tetrafluoruro de selenio es un agente fluorante a escala de laboratorio .

Los únicos cloruros estables son el tetracloruro de selenio (SeCl₄ ) y el monocloruro de selenio (Se₂Cl₂ ) , que podría ser más conocido como cloruro de selenio(I) y es estructuralmente análogo al dicloruro de disulfuro . Se pueden preparar soluciones metaestables de dicloruro de selenio a partir de cloruro de sulfurilo y selenio (la reacción de los elementos genera el tetracloruro en su lugar), y constituyen un reactivo importante en la preparación de compuestos de selenio (por ejemplo, Se₇ ) . Los bromuros correspondientes son todos conocidos y reproducen la misma estabilidad y estructura que los cloruros. [ 28 ]

Los yoduros de selenio no son bien conocidos y durante mucho tiempo se creyó que no existían. [ 29 ] Existe evidencia espectroscópica limitada de que los yoduros inferiores pueden formarse en soluciones bielementales con disolventes no polares, como el disulfuro de carbono [ 30 ] y el tetracloruro de carbono ; [ 29 ] pero incluso estos parecen descomponerse bajo iluminación . [ 31 ]

Algunos oxihaluros de selenio —fluoruro de seleninilo (SeOF₂ ) y oxicloruro de selenio (SeOCl₂ ) — se han utilizado como disolventes especiales. [ 15 ]

seleniuros metálicos

Estructuras de dos aniones poliseleniuro [ 16 ] : 763

De forma análoga al comportamiento de otros calcógenos, el selenio forma seleniuro de hidrógeno , H₂Se . Es un gas incoloro , tóxico y de olor fuerte. Es más ácido que el H₂S. En disolución se ioniza a HSe⁻ . El dianión seleniuro Se²⁻ forma una variedad de compuestos, incluidos los minerales de los que se obtiene comercialmente el selenio. Algunos ejemplos de seleniuros son el seleniuro de mercurio (HgSe), el seleniuro de plomo (PbSe), el seleniuro de zinc (ZnSe) y el diselenuro de cobre, indio y galio (Cu(Ga,In)Se₂ ) . Estos materiales son semiconductores . Con metales altamente electropositivos, como el aluminio , estos seleniuros son propensos a la hidrólisis, que puede describirse mediante esta ecuación idealizada: [ 15 ]

Al 2 Se 3 + 6 H 2 O → 2 Al (OH) 3 + 3 H 2 Se

Los seleniuros de metales alcalinos reaccionan con el selenio para formar poliseleniuros, Se 2− n , que existen como cadenas y anillos.

Otros compuestos

El tetranitruro de tetraselenio, Se₄N₄ , es un compuesto explosivo de color naranja análogo al tetranitruro de tetrasulfuro ( S₄N₄ ) . [ 15 ] [ 32 ] [ 33 ] Se puede sintetizar mediante la reacción del tetracloruro de selenio (SeCl₄ ) con [((CH₄ ) ₂ ]3 )3 Si)2 N]2 Se. [ 34 ]

El selenio reacciona con cianuros para producir selenocianatos : [ 15 ]

8 KCN + Se 8 → 8 KSeCN

compuestos de organoselenio

El selenio, especialmente en el estado de oxidación II, forma una variedad de derivados orgánicos. Estos son estructuralmente análogos a los compuestos organosulfurados correspondientes . Son particularmente comunes los seleniuros (R₂Se , análogos de los tioéteres ), los diselenuros (R₂Se₂ , análogos de los disulfuros ) y los selenoles (RSeH, análogos de los tioles ). Entre los representantes de los seleniuros, diselenuros y selenoles se incluyen, respectivamente, la selenometionina , el difenildiselenuro y el bencenoselenol . El sulfóxido en la química del azufre está representado en la química del selenio por los selenóxidos (fórmula RSe(O)R), que son intermedios en la síntesis orgánica, como lo ilustra la reacción de eliminación de selenóxido . De acuerdo con las tendencias indicadas por la regla del doble enlace , las selenocetonas, R(C=Se)R, y los selenaldehídos, R(C=Se)H, se observan con poca frecuencia. [ 35 ]

Historia

El selenio recibe su nombre de Selene , la diosa griega de la Luna.

El selenio (del griego σελήνη , selene , que significa ' Luna ' ) fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius y Johan Gottlieb Gahn . [ 36 ] Ambos químicos poseían una planta química cerca de Gripsholm , Suecia, donde producían ácido sulfúrico mediante el proceso de cámara de plomo . Las muestras de pirita de la mina Falun produjeron un precipitado sólido rojo en las cámaras de plomo, que se presumió que era un compuesto de arsénico, por lo que se suspendió el uso de pirita para fabricar ácido. Berzelius y Gahn, que querían utilizar la pirita, observaron que el precipitado rojo desprendía un olor similar al del rábano picante al quemarse. Este olor no era típico del arsénico, pero se conocía un olor similar en los compuestos de telurio . Por lo tanto, en su primera carta a Alexander Marcet , Berzelius afirmó que se trataba de un compuesto de telurio. Sin embargo, la falta de compuestos de telurio en los minerales de la mina Falun llevó finalmente a Berzelius a reanalizar el precipitado rojo, y en 1818 escribió una segunda carta a Marcet describiendo un elemento recién descubierto similar al azufre y al telurio. Debido a su similitud con el telurio, que recibe su nombre de la Tierra, Berzelius nombró al nuevo elemento en honor a la Luna . [ 37 ] [ 38 ]

En 1873, Willoughby Smith descubrió que la conductividad eléctrica del selenio gris se veía afectada por la luz. [ 39 ] [ 40 ] Esto llevó a su uso como celda para la detección de luz. Los primeros productos comerciales que utilizaban selenio fueron desarrollados por Werner Siemens a mediados de la década de 1870. La celda de selenio se utilizó en el fotófono desarrollado por Alexander Graham Bell en 1879. El selenio transmite una corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que incide sobre su superficie. Este fenómeno se utilizó en el diseño de medidores de luz y dispositivos similares. Las propiedades semiconductoras del selenio encontraron numerosas otras aplicaciones en electrónica. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] El desarrollo de rectificadores de selenio comenzó a principios de la década de 1930, y estos reemplazaron a los rectificadores de óxido de cobre porque eran más eficientes. [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] Estos se mantuvieron en aplicaciones comerciales hasta la década de 1970, después de lo cual fueron reemplazados por rectificadores de silicio menos costosos y aún más eficientes .

El selenio cobró relevancia médica posteriormente debido a su toxicidad para los trabajadores industriales. También se reconoció como una importante toxina veterinaria, presente en animales que habían ingerido plantas con alto contenido de selenio. En 1954, la bioquímica Jane Pinsent descubrió los primeros indicios de funciones biológicas específicas del selenio en microorganismos . [ 47 ] [ 48 ] En 1957 se descubrió su importancia para la vida de los mamíferos. [ 49 ] [ 50 ] En la década de 1970, se demostró su presencia en dos conjuntos independientes de enzimas . Posteriormente, se descubrió la selenocisteína en las proteínas. Durante la década de 1980, se demostró que la selenocisteína está codificada por el codón UGA . El mecanismo de recodificación se dilucidó primero en bacterias y luego en mamíferos (véase el elemento SECIS ). [ 51 ]

Aparición

Selenio nativo en arenisca, procedente de una mina de uranio cerca de Grants, Nuevo México.

El selenio nativo (es decir, elemental) es un mineral raro que no suele formar buenos cristales, pero, cuando lo hace, son romboedros empinados o diminutos cristales aciculares (con forma de cabello). [ 52 ] El aislamiento del selenio suele ser complicado por la presencia de otros compuestos y elementos.

El selenio se presenta de forma natural en diversas formas inorgánicas, como el seleniuro , el selenato y el selenito , pero estos minerales son raros. El mineral común selenito no es un mineral de selenio y no contiene iones selenito , sino que es un tipo de yeso (sulfato de calcio hidratado) que recibió su nombre, al igual que el selenio, por la luna, mucho antes del descubrimiento del selenio. El selenio se encuentra con mayor frecuencia como impureza, reemplazando una pequeña parte del azufre en los minerales sulfurados de muchos metales. [ 53 ] [ 54 ]

En los sistemas vivos, el selenio se encuentra en los aminoácidos selenometionina , selenocisteína y metilselenocisteína . En estos compuestos, el selenio desempeña una función análoga a la del azufre. Otro compuesto organoselénico natural es el dimetil seleniuro . [ 55 ] [ 56 ]

Ciertos suelos son ricos en selenio, y algunas plantas pueden bioconcentrarlo . En los suelos, el selenio se presenta con mayor frecuencia en formas solubles como el selenato (análogo al sulfato), que se lixivian fácilmente hacia los ríos por escorrentía. [ 53 ] [ 54 ] El agua del océano contiene cantidades significativas de selenio. [ 57 ] [ 58 ]

Las concentraciones típicas de fondo de selenio no superan 1  ng/m³ en la atmósfera; 1  mg/kg en el suelo y la vegetación y 0,5  μg/L en agua dulce y agua de mar, con una abundancia media en la corteza de 0,05 a 0,09 mg/kg. [ 59 ]

Las fuentes antropogénicas de selenio incluyen la quema de carbón y la extracción y fundición de minerales sulfurados. [ 60 ]

Producción

El selenio se produce con mayor frecuencia a partir del seleniuro presente en muchos minerales sulfurados , como los de cobre , níquel o plomo . El refinado electrolítico de metales es particularmente productivo en la obtención de selenio como subproducto, proveniente del lodo anódico de las refinerías de cobre. Otra fuente era el lodo de las cámaras de plomo de las plantas de ácido sulfúrico , un proceso que ya no se utiliza. El selenio puede refinarse a partir de estos lodos mediante diversos métodos. Sin embargo, la mayor parte del selenio elemental se obtiene como subproducto del refinado de cobre o de la producción de ácido sulfúrico . [ 61 ] Desde su invención, la extracción por solventes y la electroobtención (SX/EW) de cobre producen una proporción cada vez mayor del suministro mundial de cobre. [ 62 ] Esto modifica la disponibilidad de selenio, ya que solo una parte relativamente pequeña del selenio presente en el mineral se lixivia junto con el cobre. [ 63 ]

La producción industrial de selenio generalmente implica la extracción de dióxido de selenio a partir de los residuos obtenidos durante la purificación del cobre. La producción común a partir de estos residuos comienza con la oxidación con carbonato de sodio para producir dióxido de selenio, que se mezcla con agua y se acidifica para formar ácido selenioso ( etapa de oxidación ). El ácido selenioso se burbujea con dióxido de azufre ( etapa de reducción ) para obtener selenio elemental. [ 64 ] [ 65 ]

 En 2011, se produjeron a nivel mundial alrededor de 2000 toneladas de selenio, principalmente en Alemania (650  t), Japón (630  t), Bélgica (200  t) y Rusia (140  t), y las reservas totales se estimaron en 93 000  toneladas. Estos datos excluyen a dos importantes productores: Estados Unidos y China. En 2004 se observó un fuerte aumento previo, de 4-5 dólares a 27 dólares por libra. El precio se mantuvo relativamente estable entre 2004 y 2010 en torno a los 30 dólares  por libra (en  lotes de 100 libras), pero aumentó a 65 dólares por libra en 2011. El consumo en 2010 se distribuyó de la siguiente manera: metalurgia (30%), fabricación de vidrio (30%), agricultura (10%), productos químicos y pigmentos (10%) y electrónica (10%). China es el principal consumidor de selenio, con un consumo de entre 1500 y 2000  toneladas anuales. [ 66 ]

Aplicaciones

Electrólisis de manganeso

Durante la electroobtención de manganeso, la adición de dióxido de selenio disminuye la energía necesaria para operar las celdas de electrólisis . China es el mayor consumidor de dióxido de selenio para este fin. Por cada tonelada de manganeso,  se utilizan en promedio 2 kg de óxido de selenio. [ 66 ] [ 67 ]

Producción de vidrio

El principal uso comercial del selenio, que representa aproximadamente el 50 % del consumo, es la producción de vidrio. Los compuestos de selenio confieren un color rojo al vidrio. Este color neutraliza los tonos verdes o amarillos que se originan por las impurezas de hierro típicas de la mayoría de los vidrios. Para ello, se añaden diversas sales de selenito y selenato. Para otras aplicaciones, puede ser deseable un color rojo, que se obtiene mediante mezclas de CdSe y CdS. [ 68 ]

Aleaciones

El selenio se utiliza con bismuto en latones para reemplazar el plomo, que es más tóxico . La regulación del plomo en aplicaciones de agua potable, como en EE. UU. con la Ley de Agua Potable Segura de 1974, hizo necesaria una reducción del plomo en el latón. El nuevo latón se comercializa con el nombre de EnviroBrass. [ 69 ] Al igual que el plomo y el azufre, el selenio mejora la maquinabilidad del acero en concentraciones cercanas al 0,15 %. [ 70 ] [ 71 ] El selenio produce la misma mejora en la maquinabilidad de las aleaciones de cobre. [ 72 ]

baterías de litio-selenio

La batería de litio-selenio (Li-Se) se consideró para el almacenamiento de energía en la familia de baterías de litio en la década de 2010. [ 73 ]

Celdas solares

El selenio se utilizó como capa fotoabsorbente en la primera célula solar de estado sólido, demostrada por el físico inglés William Grylls Adams y su estudiante Richard Evans Day en 1876. [ 74 ] Solo unos años después, Charles Fritts fabricó la primera célula solar de película delgada, también utilizando selenio como fotoabsorbente. Sin embargo, con la aparición de las células solares de silicio en la década de 1950, la investigación sobre células solares de película delgada de selenio disminuyó. Como resultado, la eficiencia récord del 5,0 % demostrada por Tokio Nakada y Akio Kunioka en 1985 se mantuvo sin cambios durante más de 30 años. [ 75 ] En 2017, investigadores de IBM lograron una nueva eficiencia récord del 6,5 % al rediseñar la estructura del dispositivo. [ 76 ] Tras este logro, el selenio ha recuperado el interés como fotoabsorbente de banda prohibida ancha con el potencial de integrarse en tándem con fotoabsorbentes de banda prohibida más baja. [ 77 ] En 2024, se demostró la primera celda solar tándem basada en selenio, que mostraba una celda superior de selenio integrada monolíticamente con una celda inferior de silicio. [ 78 ] Sin embargo, un déficit significativo en el voltaje de circuito abierto es actualmente el principal factor limitante para mejorar aún más la eficiencia, lo que requiere estrategias de ingeniería de defectos para películas delgadas de selenio para mejorar la vida útil de los portadores . [ 79 ] [ 80 ] Estudios teóricos recientes que utilizan cálculos de defectos de primeros principios han demostrado que el selenio exhibe tolerancia intrínseca a defectos puntuales, lo que sugiere que las interfaces y los defectos extendidos son los factores principales que limitan el rendimiento del dispositivo. [ 81 ] Hasta ahora, la única estrategia de ingeniería de defectos que se ha investigado para celdas solares de película delgada de selenio implica la cristalización del selenio utilizando un láser . [ 82 ]

Fotoconductores

Las películas delgadas de selenio amorfo (α-Se) se han utilizado como fotoconductores en detectores de rayos X de panel plano . Estos detectores emplean selenio amorfo para capturar y convertir los fotones de rayos X incidentes directamente en carga eléctrica. El selenio se ha elegido para esta aplicación entre otros semiconductores debido a una combinación de sus favorables propiedades tecnológicas y físicas: [ 83 ] [ 84 ]

  1. El selenio amorfo posee un bajo punto de fusión, alta presión de vapor y una estructura uniforme. Estas tres propiedades permiten la deposición rápida y sencilla de películas uniformes de gran superficie, con un espesor de hasta 1  mm y una velocidad de 1 a 5  μm/min. Su uniformidad y la ausencia de límites de grano, características de los materiales policristalinos, mejoran la calidad de la imagen de rayos X. Además, la gran superficie resulta esencial para escanear el cuerpo humano o el equipaje.
  2. El selenio es menos tóxico que muchos semiconductores compuestos que contienen arsénico o metales pesados ​​como el mercurio o el plomo.
  3. La movilidad en el campo eléctrico aplicado es suficientemente alta tanto para electrones como para huecos, de modo que en un  dispositivo típico de 0,2 mm de espesor, aproximadamente el 98 % de los electrones y huecos producidos por rayos X se recogen en los electrodos sin quedar atrapados por diversos defectos. En consecuencia, la sensibilidad del dispositivo es alta y su comportamiento se describe fácilmente mediante ecuaciones de transporte sencillas.

Rectificadores

Los rectificadores de selenio se utilizaron por primera vez en 1933. En su mayoría, han sido reemplazados por dispositivos basados ​​en silicio. Una excepción notable se encuentra en la protección contra sobretensiones de CC , donde la capacidad energética superior de los supresores de selenio los hace más deseables que los varistores de óxido metálico .

Otros usos

La demanda de selenio por parte de la industria electrónica está disminuyendo. [ 66 ] Sus propiedades fotovoltaicas y fotoconductoras siguen siendo útiles en fotocopiadoras , [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] fotocélulas , medidores de luz y células solares . Su uso como fotoconductor en fotocopiadoras de papel normal fue en su momento una aplicación principal, pero en la década de 1980, la aplicación de fotoconductores disminuyó (aunque seguía siendo un uso final importante) a medida que más y más fotocopiadoras cambiaron a fotoconductores orgánicos.

El seleniuro de zinc fue el primer material para los LED azules , pero el nitruro de galio domina ese mercado. [ 89 ] El seleniuro de cadmio se puede utilizar para hacer puntos cuánticos . [ 90 ] Las láminas de selenio amorfo convierten las imágenes de rayos X en patrones de carga en la xerorradiografía y en las cámaras de rayos X de panel plano de estado sólido. [ 84 ] El selenio ionizado (Se+24, donde 24 de los orbitales externos D, S y P se eliminan debido a las altas energías de entrada ) es uno de los medios activos utilizados en los láseres de rayos X. [ 91 ] El 75 Se se utiliza como fuente de rayos gamma en la radiografía industrial. [ 92 ]

El selenio cataliza algunas reacciones químicas, pero no se usa ampliamente debido a problemas de toxicidad. [ 93 ] En cristalografía de rayos X , la incorporación de uno o más átomos de selenio en lugar de azufre ayuda con la dispersión anómala de múltiples longitudes de onda y la fase de dispersión anómala de una sola longitud de onda . [ 94 ]

El selenio se utiliza en el virado de impresiones fotográficas y es vendido como tóner por numerosos fabricantes de productos fotográficos. El selenio intensifica y extiende el rango tonal de las imágenes fotográficas en blanco y negro y mejora la permanencia de las impresiones. [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] Se han utilizado pequeñas cantidades de compuestos de organoselenio para modificar los catalizadores utilizados para la vulcanización en la producción de caucho. [ 63 ] El selenio se utiliza en algunos champús anticaspa en forma de disulfuro de selenio, como las marcas Selsun y Vichy Dereos [ 98 ] .

Contaminación

La contaminación por selenio podría afectar algunos sistemas acuáticos y puede ser causada por factores antropogénicos como la escorrentía agrícola y los procesos industriales. [ 99 ] Las personas que comen más pescado son generalmente más saludables que las que comen menos, [ 100 ] lo que sugiere que no existe una preocupación importante para la salud humana por la contaminación por selenio, aunque el selenio tiene un efecto potencial en los seres humanos. [ 101 ]

La intoxicación por selenio en los sistemas hídricos puede ocurrir cuando la escorrentía agrícola fluye a través de tierras áridas. Este proceso lixivia compuestos de selenio solubles naturales (como los selenatos) en el agua, que luego pueden concentrarse en los humedales a medida que el agua se evapora. La contaminación por selenio de las vías fluviales también ocurre cuando el selenio se lixivia de las cenizas de combustión del carbón, la minería y la fundición de metales , el procesamiento de petróleo crudo y los vertederos. [ 102 ] Se ha descubierto que los altos niveles de selenio en las vías fluviales causan trastornos congénitos en especies ovíparas, incluidas las aves de humedal [ 103 ] y los peces. [ 104 ] Los niveles elevados de metilmercurio en la dieta pueden amplificar el daño de la toxicidad del selenio en las especies ovíparas. [ 105 ] [ 106 ]

El selenio se bioacumula en los hábitats acuáticos, lo que resulta en concentraciones más altas en los organismos que en el agua circundante. Los compuestos organoselénicos pueden concentrarse más de 200 000 veces en el zooplancton cuando las concentraciones en el agua están en el rango de 0,5 a 0,8  μg Se/L. El selenio inorgánico se bioacumula más fácilmente en el fitoplancton que en el zooplancton. El fitoplancton puede concentrar el selenio inorgánico hasta 3000 veces. La concentración adicional por bioacumulación ocurre a lo largo de la cadena alimentaria, ya que los depredadores consumen presas ricas en selenio. Se recomienda que una concentración en el agua de 2  μg Se/L se considere altamente peligrosa para los peces y aves acuáticas sensibles . La intoxicación por selenio puede transmitirse de padres a hijos a través del huevo, y puede persistir durante muchas generaciones. La reproducción de los patos ánade real se ve afectada con concentraciones dietéticas de 7  μg Se/L. Muchos invertebrados bentónicos pueden tolerar concentraciones de selenio de hasta 300  μg/L en su dieta. [ 107 ]

La bioacumulación de selenio en ambientes acuáticos provoca la muerte de peces, dependiendo de la especie en el área afectada. Sin embargo, se ha observado que algunas especies sobreviven a estos eventos y toleran el aumento de selenio. También se ha sugerido que la estación del año podría tener un impacto en los efectos nocivos del selenio en los peces. [ 108 ] Pueden ocurrir cambios fisiológicos sustanciales en peces con altas concentraciones de selenio en los tejidos. Los peces afectados por el selenio pueden experimentar hinchazón de las lamelas branquiales , lo que impide la difusión de oxígeno a través de las branquias y el flujo sanguíneo dentro de ellas. La capacidad respiratoria se reduce aún más debido a la unión del selenio a la hemoglobina . Otros problemas incluyen degeneración del tejido hepático, hinchazón alrededor del corazón, folículos ováricos dañados, cataratas y acumulación de líquido en la cavidad corporal y la cabeza. El selenio a menudo causa malformaciones en los fetos de peces, que pueden tener problemas para alimentarse o respirar; la distorsión de las aletas o la columna vertebral también es común. Los peces adultos pueden parecer sanos a pesar de su incapacidad para producir descendencia viable.

Ejemplos

En Belews Lake , Carolina del Norte, 19 especies de peces desaparecieron del lago debido a  las aguas residuales con una concentración de 150–200 μg Se/L vertidas entre 1974 y 1986 por una central eléctrica de carbón de Duke Energy . [ 109 ] En el Refugio Nacional de Vida Silvestre Kesterson , en California, miles de peces y aves acuáticas se envenenaron con selenio en el drenaje de riego agrícola.

Función biológica

Aunque es tóxico en grandes dosis, el selenio es un micronutriente esencial para los animales. En las plantas, se presenta como un mineral secundario, [ 110 ] a veces en proporciones tóxicas en el forraje (algunas plantas pueden acumular selenio como defensa contra ser devoradas por animales, [ 111 ] pero otras plantas, como la locaweed , requieren selenio, y su crecimiento indica la presencia de selenio en el suelo). [ 112 ] Se cree que el contenido de selenio en el cuerpo humano está en el rango de 13 a 20  mg. [ 113 ]

El selenio es un componente de los aminoácidos inusuales selenocisteína y selenometionina . En los seres humanos, el selenio es un oligoelemento que actúa como cofactor para la reducción de enzimas antioxidantes , como las peroxidasas de glutatión y ciertas formas de tiorredoxina reductasa presentes en animales y algunas plantas (esta enzima se encuentra en todos los organismos vivos, pero no todas sus formas en las plantas requieren selenio). [ 114 ]

La familia de enzimas glutatión peroxidasa (GSH-Px) cataliza reacciones que eliminan especies reactivas de oxígeno como el peróxido de hidrógeno y los hidroperóxidos orgánicos . [ 115 ]

La glándula tiroides y todas las células que utilizan hormona tiroidea también utilizan selenio, que es un cofactor para tres de los cuatro tipos conocidos de desyodinasas de hormona tiroidea , las cuales activan y luego desactivan diversas hormonas tiroideas y sus metabolitos; las desyodinasas de yodotironina son la subfamilia de enzimas desyodinasas que utilizan selenio como el aminoácido selenocisteína, que de otro modo sería poco común.

El aumento del selenio en la dieta reduce los efectos de la toxicidad del mercurio, [ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] aunque es efectivo solo en dosis bajas a moderadas de mercurio. [ 119 ] La evidencia sugiere que los mecanismos moleculares de la toxicidad del mercurio incluyen la inhibición irreversible de las selenoenzimas que son necesarias para prevenir y revertir el daño oxidativo en los tejidos cerebrales y endocrinos. [ 116 ] [ 120 ] El compuesto que contiene selenio, la selenoneína, está presente en la sangre del atún rojo . [ 121 ] [ 122 ] Ciertas plantas se consideran indicadores de un alto contenido de selenio en el suelo porque requieren altos niveles de selenio para prosperar. Las principales plantas indicadoras de selenio son las especies de Astragalus (incluidas algunas locaweeds ), la pluma del príncipe ( Stanleya sp.), los ásteres leñosos ( Xylorhiza sp.) y la falsa hierba dorada ( Oonopsis sp.). [ 123 ]

Fuentes nutricionales de selenio

El selenio dietético proviene de la carne, los frutos secos, los cereales y los hongos. Las nueces de Brasil son la fuente dietética más rica (aunque esto depende del suelo, ya que la nuez de Brasil no requiere altos niveles de este elemento para sus propias necesidades). [ 124 ] [ 125 ]

La ingesta diaria recomendada (IDR) de selenio en EE. UU. para adolescentes y adultos es de 55 μg /día. El selenio como suplemento dietético está disponible en muchas formas, incluyendo suplementos multivitamínicos/minerales, que generalmente contienen 55 o 70 μg/porción. Los suplementos específicos de selenio generalmente contienen 100 o 200 μg/porción. [ 126 ] En junio de 2015, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU . (FDA) publicó su norma final que establece un requisito para los niveles mínimos y máximos de selenio en la fórmula infantil . [ 127 ]   

Toxicidad

Aunque el selenio es un oligoelemento esencial , es tóxico si se toma en exceso. Superar el Nivel Máximo de Ingesta Tolerable de 400 microgramos por día puede provocar selenosis. [ 128 ] Este Nivel Máximo de Ingesta Tolerable de 400 microgramos ( μg ) se basa principalmente en un estudio de 1986 de cinco pacientes chinos que exhibieron signos evidentes de selenosis y un estudio de seguimiento de las mismas cinco personas en 1992. [ 129 ] El estudio de 1992 en realidad encontró que la ingesta dietética máxima segura de Se era de aproximadamente 800 microgramos por día (15 microgramos por kilogramo de peso corporal), pero sugirió 400 microgramos por día no solo para evitar la toxicidad , sino también para evitar crear un desequilibrio de nutrientes en la dieta y para tener en cuenta los datos de otros países. [ 130 ] En China, las personas que ingirieron maíz cultivado en carbón pétreo extremadamente rico en selenio ( esquisto carbonáceo ) han sufrido toxicidad por selenio. Se demostró que este carbón tenía un contenido de selenio de hasta el 9,1 %, la concentración más alta jamás registrada en carbón en la literatura. [ 131 ]

Los síntomas de la selenosis incluyen un olor a ajo en el aliento, trastornos gastrointestinales, caída del cabello, descamación de las uñas, fatiga, irritabilidad y daño neurológico. Los casos extremos de selenosis pueden provocar cirrosis hepática, edema pulmonar y la muerte. [ 132 ] El selenio elemental y la mayoría de los seleniuros metálicos tienen toxicidades relativamente bajas debido a su baja biodisponibilidad . Por el contrario, los selenatos y selenitos son muy tóxicos, con un modo de acción oxidante similar al del trióxido de arsénico. La dosis tóxica crónica de selenito para los humanos es de aproximadamente 2400 a 3000 microgramos de selenio por día durante un largo período. [ 133 ] El seleniuro de hidrógeno es un gas extremadamente tóxico y corrosivo. [ 134 ] El selenio también se encuentra en compuestos orgánicos, como el dimetil seleniuro, la selenometionina , la selenocisteína y la metilselenocisteína , todos los cuales tienen una alta biodisponibilidad y son tóxicos en grandes dosis.

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para el selenio en el lugar de trabajo en 0,2  mg/m³ durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,2  mg/m³ durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 1  mg/m³ , el selenio es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [ 135 ]

Detección en fluidos biológicos

El selenio puede medirse en sangre, plasma, suero u orina para controlar la exposición ambiental u ocupacional excesiva, confirmar un diagnóstico de intoxicación en víctimas hospitalizadas o colaborar en una investigación forense en caso de sobredosis mortal. Algunas técnicas analíticas permiten distinguir las formas orgánicas de las inorgánicas del elemento. Tanto las formas orgánicas como las inorgánicas del selenio se convierten en gran medida en conjugados de monosacáridos (selenoazúcares) en el organismo antes de ser eliminadas por la orina. Los pacientes con cáncer que reciben dosis orales diarias de selenotiona pueden alcanzar concentraciones muy elevadas de selenio en plasma y orina. [ 136 ]

Deficiencia

El selenio es esencial para la reproducción y el crecimiento humanos. La deficiencia moderada de selenio está relacionada con debilidad muscular y enfermedades musculares . Los efectos en la salud mental incluyen bajo estado de ánimo, confusión y ansiedad. [ 137 ]

El selenio interactúa con otros nutrientes, como el yoduro y la vitamina E. Esta interacción se observa en la etiología de muchas enfermedades por deficiencia en animales, y la deficiencia pura de selenio es poco frecuente. El efecto de la deficiencia de selenio en la salud sigue siendo incierto, particularmente en relación con la enfermedad de Kashin-Beck . [ 138 ]

En las regiones (por ejemplo, regiones dentro de América del Norte) donde los bajos niveles de selenio en el suelo conducen a bajas concentraciones en las plantas, algunas especies animales pueden ser deficientes a menos que el selenio se suplemente con la dieta o inyección. [ 139 ] Los rumiantes son particularmente susceptibles. En general, la absorción de selenio dietético es menor en rumiantes que en otros animales y es menor en forrajes que en granos. [ 140 ] Los rumiantes que pastan ciertos forrajes, por ejemplo, algunas variedades de trébol blanco que contienen glucósidos cianogénicos , pueden tener mayores requerimientos de selenio, [ 140 ] presumiblemente porque el cianuro se libera de la aglicona por la actividad de la glucosidasa en el rumen [ 141 ] y las peroxidasas de glutatión se desactivan por el cianuro que actúa sobre la porción de glutatión . [ 142 ] A los rumiantes neonatos en riesgo de enfermedad del músculo blanco se les puede administrar tanto selenio como vitamina E por inyección; Algunas de las miopatías WMD responden solo al selenio, otras solo a la vitamina E y otras a cualquiera de las dos. [ 143 ]

Efectos generales sobre la salud

Los efectos de la ingesta de selenio sobre el cáncer se han estudiado en varios ensayos clínicos y estudios epidemiológicos en humanos. El selenio podría tener un papel quimiopreventivo en el riesgo de cáncer como antioxidante y podría desencadenar la respuesta inmunitaria. En bajas concentraciones, el cuerpo lo utiliza para crear selenoproteínas antioxidantes ; en dosis superiores a las normales, provoca la muerte celular. [ 144 ]

El selenio (en estrecha relación con el yodo ) desempeña un papel importante en la salud tiroidea. Es un cofactor de las tres desyodinasas de hormonas tiroideas , ayudando a activar y desactivar diversas hormonas tiroideas y sus metabolitos. Actualmente se investiga la deficiencia aislada de selenio por su papel en la inducción de reacciones autoinmunes en la glándula tiroides en la enfermedad de Hashimoto . [ 145 ] En un caso de deficiencia combinada de yodo y selenio, se demostró que el selenio tenía un efecto protector sobre la tiroides. [ 146 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ A efectos prácticos, el 82Se es estable.

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