فصل اول- خصوصیات سلنیوم
مقدمه:
اولین اطلاعات ثبت شده در این مورد توسط مارکو پولو در سال 1295 میلادی بوده است که در مناطق غربی چین ونزدیک تبت و مغولستان حیواناتش بعد از چرای گیاهان آن منطقه شروع به تلو خوردن می‌نمودند که امروزه می‌دانیم ناشی سمیت حاد سلنیومی‌بوده است.
برای اولین بار سلنیوم توسط Berzelius که در سال 1817 یا 1818 رسوبات و لجنهایی که از اکسیداسیون اکسید سولفور سنگ مس بدست می‌آمد را مورد بررسی قرار داد کشف شد وی متوجه شد که در بین آن عنصر جدیدی وجود دارد اما در آن هنگام آنرا با تلوریم اشتباه گرفتند بعد از گذشت ربع قرن Arnold به گوگرد قرمز توجه کرد و متوجه موادی در رسوبات آن شد و آنرا Sulfurrubeum نامید. به هر حال تا سال 1950 کسی متوجه وجود سلنیوم نبود فقط می‌دانستند که درجدول تناوبی عنصری وجود دارد که بار گوگرد (s) و عنصر تلوریم (Ti) هم خصوصیات است. و حتی خصوصیاتی به طور مشترک با هر یک از آنها دارد یعنی هم خصوصیات فلزی و هم غیر فلزی را داراست و در حالت سمیت،5 برابر خطرناک تر از آرسنیک میباشد؛ در نهایت آنرا سلنیوم نامیدند و بیان نمودند که این عنصر در محدوده خیلی کوچکی برای جانواران قابل استفاده میباشد.
در کل سلنیوم از عناصر کم مصرف میباشد که باعث سلامتی فرد یا گیاه یا حیوان می‌گردد، ولی همانطور که گفته شد مقدار نیاز به سلنیوم خیلی کم است.
سلنیوم اغلب در پروتئن ها موجب ساختن سلنوپروتئن ها می‌گردد که برای تولید آنزیمهای آنتی اکسیدان مهم هستند این آنتی اکسیدانها به کمک Se-Pt ها در حفظ سلامتی سلولها که مورد خطر رادیکالهای آزاد اکسیژن می‌باشند موثرند به صورت خلاصه باید گفت رادیکالهای آزاد بطور طبیعی در متابولیسم اکسیژن ساخته می‌شوند که ممکن است در ایجاد بیمارهای مزمن مثل سرطان و بیمار قلبی و عروقی و یا حتی در انجام فعالیتهای منظم غده تیروئید و سیستم دفاعی بدن نقش داشته باشند.
یکی از راههای مطمئن جذب سلنیوم خوردن غذاهای گوشتی وگیاهانی است که در مناطقی با خاکهای سرشار از سلنیوم می‌رویند که در ادامه بطور مفصل راجع به آن بحث خواهد شد. و در نهایت نتجه گیری می‌گردد که کمبود یا سمیت سلنیوم در بدن انسان تحت تاثیر مقدار سلینوم در بدن دامها و حیواناتی است که انسان از آن تغذیه می‌کند و آنها هم به نوبه خود متاثر از گیاهان منطقه و خاک آن نواحی اند البته در این میان عواملی چون اقلیم و pH هم موثر خواهند بود.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی: سلینوم
همانطور که در جدول شماره یک نشان داده شد سلنیوم عنصری با عدد اتمی34 و وزن اتمی78.96 و چگالی 79/4 گرم بر سانتیمتر مکعب در 20 درجه سانتگراد است. حجم اتم آن 45/16 سانتیمتر مکعب بر مول میباشد و جزء عناصر غیر فلزی و از گروه شش جدول تناوبی است که معروف به chalcogen میباشد.
جدول 1: خصوصیات عمومی‌سلینوم
Name Selenium Symbol Se
Atomic number 34 Atomic weight 78.96
Density @ 293 K 4.79 g/cm3 Atomic volume 16.45 cm3/mol
Group Non-Metal, Chalcogen Discovered 1818
همانطور که در جدول شماره دو نشان داده شده است دمای ذوب این عنصر 490.2 درجه کلوین و دمای جوش آن 958 درجه کلوین برابر با 685 درجه سانتیگراد میباشد و همچنین انرژی ویژه ذوب آن 6.694 کیلو ژول بر مول است و گرمای ویژه تبخیر آن 37.7 همچنین فشار بخار این عنصر در 494 درجه کلوین برابر 0.695 پاسکال است میباشد.
جدول 2: خصوصیات فیزیکی سلینوم
State (s, l, g) s
Melting point 490.2 K Boiling point 958 K
Heat of fusion 6.694 kJ/mol Heat of vaporization 37.70 kJ/mol
Vapor pressure 0.695 pa at 494 K Speed of sound 3350 m/s at 293.15 K
همانطور که در جدول (شماره-3) انرژیهای یونش عنصر سلنیوم نشان داده شده است.
اولین انرژی یونش این عنصر490.9 کیلو ژول بر مول و دومین انرژی یونش آن 2044.5 کیلوژول بر مول و سومین انرژی یونش آن 2973.7 کیلو ژول بر مول و چهارمین یونش آن 4144 کیلو ژول بر مول میباشد و با توجه به اینکه گرمای یونیزاسیون آن 227 کیلوژول بر مول اتم است دارای الکترونگاتیوی 2.55 میباشد.
جدول 3: انرژی یونش سلنیوم
1st ionization energy 940.9 kJ/mole Electronegativity 2.55
2nd ionization energy 2044.5 kJ/mole Electron affinity 194.97 kJ/mole
3rd ionization energy 2973.7 kJ/mole Specific heat 0.32 J/gK
4th ionization potential 4144 Kj/mol Heat atomization 227 kJ/mole atoms
در جدول (شماره –4) نشان داده شده است که آرایش الکترونی این عنصر به صورت میباشد و حداقل عدد اکسیداسیون آن -2 و حداکثر آن 6 است.
جدول 4: آرایش اتمی‌و عدد اکسیداسیون سلنیوم
Shells 2,8,18,6 Electron configuration [Ar] 3d10 4s2 4p4
Minimum oxidation number -2 Maximum oxidation number 6
Minimum common oxidation number -2 Maximum common oxidation number 6
همانطور که در جدول (شماره –5) نشان داده شده است. آرایش فضایی آن به صورت ساختار صندلی شکل است به رنگ مشکی،با حالت سمیت برای مصارف پزشکی و صنایع چاپ است که دارای سختی 2 در جدول موس میباشد و به 6 فرم در طبیعت یافت می‌شود.
جدول 5: خصوصیات ظاهری سلنیوم
Structure parallel chains Color black
Uses Xerography, medicines Toxicity yes
Hardness 2 mohs Characteristics 6 forms
در جدول (شماره-6) نشان داده شده است که سلنیوم در واکنشهای شیمیایی شرکت کرده و مثلا در واکنش با هوا به صورت Seo2 در می‌آید و یا در واکنش با NaoHوHcl 6 مولار واکنشی نشان نمی‌دهد ولی در واکنش با HNo3 15 مولار واکنش به صورت ملایم صورت می‌گیرد و حاصل آنx H2Seo3,No است.
جدول 6: واکنشهای سلنیوم با مواد دیگر
Reaction with air vigorous, w/ht =>SeO2 Reaction with 6M HCl none
Reaction with 6M HCl none Reaction with 15M HNO3 mild, =>H2SeO3, NOx
Reaction with 6M NaOH
در جدول (شماره –7) اشکال سلنیوم مشخص گردیده است. این عنصر دارای 9 ایزوتوپ شخص میباشد و در کل برای آن 15 ایزوتوپ پیشبینی می‌کنند.
و فرمهای مختلفی در طبیعت دارد که به صورت هیدرید (seH2)، اکسید (Seo2,Seo3) کلرید (Se2Cl2,Se4 Cl16) می‌باشند.
جدول 7: اشکال سلنیوم
Number of isotopes 6 Hydride(s) SeH2
Oxide(s) SeO2 SeO3 Chloride(s) Se2Cl2 Se4Cl16
در جدول (شماره-8 )شعاعهای اتمی‌و یونی و نیز شعاعهای کووالانسی و واندروالسی عنصر سلنیوم نشان داده شده است.
جدول 8: شعاعهای اتم و یون سلنیوم
Ionic radius (2- ion) 184 pm Atomic radius 119 pm
Covalent radius 116 pm Vander waals radius 190 pm
در جدول 9: هدایت الکتریکی سلنیوم نشان داده شده است.
جدول9: هدایت الکتریکی سلنیوم
Thermal conductivity 0.52 J/m-sec-deg Electrical conductivity 106/m.ohm
Polarizability 3.8 A^3
در جدول (شماره-10 )همانطور که نشان داده شده است به نه مورد از ایزوتوپهای سلنیوم اشاره گردیده که از میان آنها دو ایزوتوپ se 72 و se 79 در طبیعت وجود ندارد و ایزوتوپهای se 76و se 77 و se 78 هر کدام به ترتیب با 44,43,42 نوترون پایدار می‌باشند و سه ایزوتوپ باقی مانده یعنی se 75 با 119.7 روز، se 79 با
1.13 106 سال و se 82 با1020 1.08 سال دارای نیمه عمری نسبتا طولانی می‌باشند
جدول 10: ایزوتوپهای عنصر سلنویم
iso
NA
half-life
DM
DE MeV
DP
72Se {syn.}
8.4 d
Ε
0.335 72As
74Se 0.87% Se is stable with 40 neutrons
74Se 0.87% Se is stable with 40 neutrons
75Se {syn.} 119.779 d Ε 0.864 75As
76Se 9.36% Se is stable with 42 neutrons 76Se 9.36% Se is stable with 42 neutrons
77Se 7.63% Se is stable with 43 neutrons 77Se 7.63% Se is stable with 43 neutrons
78Se 23.78% Se is stable with 44 neutrons 78Se 23.78% Se is stable with 44 neutrons
79Se {syn.} 1.13 E6 y
β
0.151 79Br
80Se 49.61% Se is stable with 46 neutrons 80Se 49.61% Se is stable with 46 neutrons
82Se 8.73% 1.08 E20 y β 2.995 82Kr
خصوصیات و اشکال سلنیوم در طبیعت:
برای سلنیوم شکلهای زیاد آلوتروپیک وجود دارد که از بین 3 گونه آن کاملا شناسایی شده است.
سلنیوم می‌تواند به صورت آمورف و یا کریستالی باشد نوع آمورف آن به رنگ مشکی و یا قرمز مایل به شکلی و نوع منوکریستالی آن به رنگ تیره است و نوع کریستالی هگزاگونال آن که دارای پایداری زیادی است به رنگ خاکستری با جلای فلزی میباشد.
در واقع عنصر سلینوم به حالت غیر رسمی‌است و به طور کلی به عنوان یک عنصر ریز مغذی (trace element) معرفی شده است، اما به هر حال هیدروژن س؟ و ترکیبات دیگر سلنیوم به شدت سمی‌می‌باشد و خصوصیاتی مشابه آرسنیک در واکنشهای بیولوژیکی دارد.
سلنیوم در طبیعت دارای 9 ایزوتوپ شناخته شده است که در کل برای آن حدود 15 ایزوتوپ تخمین می‌زنند و با توجه به آنکه عضو گروه گوگرد است خصوصیاتی مشابه به آن برایش در نظر می‌گیرند.
شایان ذکر است که در زمان نبودن اکسیژن خاک حالت اسیدی پیدا کرده در این زمان سلنیوم می‌تواند وارد گیاهان و میکروارگانیزمها (به مقدار کمتر) گردد. مورد بعدی اینکه سلنیوم عنصری نمی‌تواند به راحتی در آب حل گردد و از اشکال محلول خود پویایی کمتری دارد بنابراین حتی در حالت اسیدی بودن خاک هم در خاک باقی می‌ماند که البته در این حالت از نظر سمیت خطر کمتری دارد.
ترکیبات مختلف سلنیوم می‌توانند نسبتا در آب حل گردند و اغلب اوقات بسیار متحرک و پویا هستند و شانس افزایش غلظت آنها در گیاه به مراتب بیشتر از نوع عنصری آن است.
برخی از شواهد بر این دلالت دارند که سلنیوم می‌تواند جذب بافتهای زنده شود و ممکن است غلظت سلنیوم در آنها افزایش یابد و طی مراحل بعد به صورت تجمعی میزان سلنیوم را در زنجیره غذایی بالا ببرداین افزایش غلظت در بافتهای زنده مشکلاتی را موجب می‌گردد که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.
اشکال سلنیوم در طبیعت علاوه بر حالت سلنیوم عنصری به صورت سلناید، سلنات و سلنیت و سلنیوم آلی است که از بین آنها سلنات و سلینت بیشترین آمادگی جذب توسط گیاه را دارند.
حضور و تولید سلنیوم در طبیعت
سلنیوم در تعداد کانیهای کمی‌یافت می‌گردد مثل .calusthalite, crooksite که بعد از چند سال در اثر هوازدگی به صورت گرد و غبار وارد محیط می‌گردد. البته انفجارهای آتشفشانی نیز ممکن است سلنیوم را وارد هوا کند اما اغلب مقادیر موجود سلنیوم در محیط حاصل از فعالیتهای بشری مثل سوختن زغال سنگ و نفت و دیگر سوختهای فسیلی میباشد سلینوم موجود در این سوختها هنگام سوختن با اکسیژن ترکیب شده که در هنگام برخورد با محیط آبی آنرا به صورت محلول در می‌آورد.
در کل ذرات سلنیوم معلق در هوا مثل آنهایی که در ash وجود دارد می‌توانند در سطح خاک یا آب نشست کنند. این روند در مناطق صنعتی که سلنیوم از طریق دود به هدر می‌رود موجب افزایش مقدار سلنیوم در خاک می‌گردد و این نکته را یاد آور می‌شود که سرنوشت سلنیوم در خاک به pH محیط و واکنش با اکسیژن آن جدا مربوط می‌گردد. اما در روش تولید مصنوعی سلنیوم امروزه آنرا از کنار الکترود آند الکترولیت استخراج مس از سنگ مس بدست می‌آورند و قیمت تجاری آن حدودا 300 دلار برای هر پوند (معادل 456 گرم) میباشد و در درجات خلوص بالاتر قیمت آن بیشتر نیز می‌گردد. همانطور که گفته شد یکی از مطمئن ترین منابع سلنیوم سنگهای آتشفشانی، رسوبات آتشفشانی گوگردی، رسوبات گرمابی، رسوبات مس و سنگهای رسوبی از قبیل carboonaceous siltstone, sandstone و سنگهای فسفری و limestone کربن دار سنگ آهن و زغال سنگ هستند.
سلنیوم این سنگها بعد از هوازدگی آزاد شده و به روشهای مختلف به داخل خاک وارد می‌شود و در بین ذرات خاک نفوذ می‌کند تا جایی که توسط ذرات رس یا هیدروکسیدهای آهن و یا ذرات آلی خاک جذب سطحی گردند و در اثر عوامل فرسایشی در سطح خاک تجمع پیدا کند سلنیوم بعد از این شاید وارد چرخه فعالیتهای بیولوژیکی نیز گردد و از طریق قارچها و باکتریها این مناطق اکسید شود.
در همین مورد Sara thchandra & watkinson (1980) گزارش دادند که قدرت باکتریها در طبیعت در حد ایزوله کردن سلنیوم است ولی در آزمایشگاه آنها توانایی اکسید کردن عنصر سلنیوم به سلنیت و سلنات را دارند.
مقدار سلنیوم در پوسته زمین در حدود ppm0.05-ppm0.02 است. سلنیوم یک عنصر chalcophil میباشد ومقدار آن در شیلهای سیاه بیشتر از ppm675 میباشد. البته مقداری سلنیوم در carbonaceous debris از sandstone ها ممکن است در شرایط احیا آزاد شود.
بطور کلی مقدار سلنیوم خاک مناطق مربوط به سنگهایی است که خاک از آنها تولید شده است مثلا خاکهای مناطقی مثل شمال غربی و جنوب شرقی آمریکا و مناطقی که قبلا دریاچه های بزرگ داشته اند دارای مقادیر کمتر از ppm0.5 سلنیوم هستند ومناطقی که خاک آنها از سنگهای ولکانیک و خاکهایی که از رسوبات شسته شده انباشته شده باشد و نیز خاکهایی که سر منشاء آنها شیلهای حاوی گچ فراوانند مثل داکوتا، مونتانا، نبراسکا و کانزاس دارای مقادیر زیاد تری از سلنیوم هستند که بعدا مفصل راجع به آن بحث
خواهد شد.
در مورد حضور اشکال مختلف سلنیوم در طبیعت باید گفت در خاکهای قلیایی سلنیوم عموما به صورت سلنات و سلنیت دیده می‌شود و در خاکهای اسیدی و خاکهایی با تهویه نامناسب به صورت سلنید و سلنیوم عنصری وجود دارد که این دو فرم دارای حلالیت کمتری نسبت به دو فرم شرایط قلیایی هستند.
غلظت سلنیوم در آبهای زیر زمینی، چشمه ها، رودها و دریاچه ها عموما کم است و به عنوان منابع معنی دار برای تامین سلنیوم یا افزایش غلظت آن در ارگانیزمها و ایجاد سمیت در آنها محسوب نمی‌گردد حتی آبهای مناطق سلنیومی‌که حاوی مقادیر بیشتری از سلنیوم هستند هم نمی‌توانند تامین کننده این خواسته باشد. در جدول (شماره- 11)غلظت سلنیوم در آبهای مختلف نشان داده شده است.
جدول 11: غلظت سلنیوم در آب و ارگانهای مربوط به آن
Water Use Guideline for total Selenium
Drinking Water 10 µg/L maximum
Aquatic Life (freshwater) 2.0 µg/L mean
Aquatic Life (marine) 2.0 µg/L mean
Aquatic Life (sediments) 2.0 µg/g
(dry weight) mean
Aquatic Life (tissue) 1.0 µg/g body weight (wet weight) mean
Wildlife 4.0 µg/L mean
Irrigation 10 µg/L mean
Livestock watering 30.0 µg/L mean
سلنیوم به طور طبیعی در روی زمین و در سنگها وجود دارد و می‌تواند به طرق مختلف وارد سیستم آب و از طریق آن ها یعنی آب و خاک وارد گیاهان و بعد حیوانات گیاهخوار و نهایتا جانوران گوشتخوار گردد.
در آخر به این نکته باید توجه کرد که سلنیوم در طبیعت نه تولید می‌شود و نه از بین می‌رود فقط از شکلی به شکل دیگر آن تبدیل می‌گردد.
موارد استفاده سلنیوم در صنایع
از سلنیوم در صنعت عکاسی و چاپ برای ایجاد حساسیت روی فیلمها استفاده می‌گردد و در صنعت شیشه سازی برای شفاف سازی محصولات و همچنین یاقوتی رنگ کردن آنها استفاده می‌گردد، همچنین در تونر فتوکپی ها استفاده می‌شود و در ضمن به عنوان یکی از افزودنیها در صنعت استیل هم کار برد دارد.
سلنیوم خصوصیت تبدیل انرژی نورانی را داراست و با توجه به همین خاصیت با تبدیل هر چه بیشتر انرژی نورانی از قدرت خودش کاسته می‌شود از این خاصیت گاهی در ساختن فتوسل ها اغلب در ساختن لایه فتوگراف فیلمهای عکاسی استفاده می‌گردد. در برخی از گزارشات آمده که سلنیوم همیشه قدرت تبدیل الکتریسیته Ac به Dc را دارد و به طور وسیع در یکسو کننده هایی مثل ترانزیستورها در ضایع الکترونیک مصرف می‌گردد.
یکی دیگر از کاربردهای وسیع سلنیوم در ضایع بهداشتی و ساختن شامپوهای سلنیوم سولفاید است که حالت آنتی باکتریال دارند و برای رفع شوره سر از آنها استفاده می‌گردد از طریق ترکیب سلنیوم با ویتامین E به عنوان یک مکمل غذایی برای تقویت دستگاه دفاعی بدن و حفظ سلامتی بسیاری از خوراکیها از آن استفاده می‌کنند.
فصل دوم تاثیرات و خطرات سلنیوم
تاثیرات سلنیوم جانداران
سلنیوم در واقع از دیر باز مورد توجه افراد بوده و وجود آن در علوفه ها و گیاهان گزارش شده است ولی بطور کلی تاثیرات سلنیوم را بر روی جانوران می‌توان از دو جهت کمبود و سمیت بررسی کرد در این بخش ابتدا به نقش سلنیوم در بدن انسان و بررسی نیاز روزانه به آن می‌پردازیم و بعد بیماریهای سمیت سلنیوم را مطرح می‌کنیم و سپس به علائم کمبود و بیماریهای آن در دام و انسان پرداخته می‌شود.
نقش سلنیوم در بدن انسان و بررسی نیاز روزانه به آن
سلنیوم از عناصر کم مصرف است که باعث سلامتی می‌شود اما مقدار نیاز به آن خیلی اندک است.
همانطور که گفته شد سلنیوم از عناصر ضروری برای رشد و تکثیر میباشد و نیز عامل مهمی‌برای جلوگیری از بیماریهای مزمن در انسان و دام است و از عوامل حفاظتی برای سلولها و اندامهای جانوران میباشد پیرو مطالب قبل مقدار سلنیوم در بدن انسان مستقیما مربوط به مقدار سلنیوم در گیاهان است و مقدار و نوع جذب آن است که در نهایت حیوانات از آنها تغذیه می‌کنند و این مقدار مستقما تحت تاثیر مقدار سلنیوم ذاتی خاک، نوع سلنیوم خاک، اقلیم و pH خاک میباشد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 75 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله سلنیوم و اصلاح آلودگی آن در خاک
