Seleniu - biologie
seleniu [zeˈleːn] este un element chimic cu simbolul elementului Se și numărul atomic 34. În tabelul periodic se află în a 4-a perioadă și a 6-a grupă principală, deci este unul dintre calcogeni. Vine în mai multe modificări, cea mai stabilă fiind forma de metal gri.
poveste
Seleniul (grecesc σελήνη; Selene "luna") [8] a fost descoperit în 1817 de Jöns Jakob Berzelius în nămolul din camera de plumb a unei fabrici de acid sulfuric, care pe lângă seleniu conținea și telur (din lat. spune-ne „Pământul”) conținut.
Apariție
Seleniul adevărat apare în mod natural în cantități mici. Mineralele de seleniu, cum ar fi claustalitul și naumanitul, sunt rare.
Seleniul, în cea mai mare parte sub formă de selenuri metalice, însoțește minereurile care conțin sulf din metalele cupru, plumb, zinc, aur și fier. Când aceste minereuri sunt prăjite, dioxidul solid de seleniu se colectează în cenușa zburătoare sau în producția de acid sulfuric din aval ca acid seleniu.
Seleniul poate fi îmbogățit în specii de tragacant sau în usturoi ca Se-metilselenocisteină. Cea mai bogată sursă cunoscută de seleniu printre alimente este nuca de Brazilia. [9]
Ca un oligoelement esențial, seleniul face parte din cel de-al 21-lea aminoacid biogen, selenocisteina, precum și conținut în bacterii, arhee și eucariote.
Extragerea și prezentarea
În industrie, seleniul se obține ca produs secundar în producția electrolitică de cupru și nichel din nămolul anodic prin prăjire.
Reducerea la seleniu elementar are loc prin dioxid de sulf.
La scară de laborator, seleniul poate fi sintetizat din conversia acidului selenos și a iodurii de hidrogen. [10]
Seleniu organic
În suplimentele alimentare și hrana animalelor (aprobat în hrana animalelor în UE din mai 2005), o sursă organică de seleniu este utilizată de câțiva ani, care se obține prin reproducerea anumitor drojdii de bere de acest tip Saccharomyces cerevisiae (Sel-Plex, Lalmin (TM)) pe un mediu nutritiv bogat în seleniu (melasă + Na-selenit). Drojdiile sintetizează niveluri ridicate de selenometionină ca aminoacid și astfel se leagă până la 2000 ppm de seleniu într-un mod organic. Cea mai mare fabrică pentru producerea unor astfel de drojdii naturale de seleniu a fost construită în 2004 în São Pedro, în statul brazilian Paraná.
caracteristici
La fel ca sulful, seleniul vine în mai multe Modificări înainte: [11]
- Seleniul roșu, solubil în disulfură de carbon, este format din aproximativ 30% inele Se8 și 70% Se8 + n, care se transformă în metalul semiconductor gri peste 80 ° C. Seleniul roșu elementar este un izolator.
- Seleniu amorf negru, care se transformă în seleniu negru, vitros, peste 60 ° C. Ambele forme se transformă în modificarea gri, semi-metalică, când sunt încălzite la peste 80 ° C.
- Seleniul „metalic” gri este cea mai stabilă modificare și se comportă ca un semimetal.
- Peste punctul de topire de 220 ° C formează un lichid negru. Vaporii de seleniu produși când temperatura crește în continuare este galben.
- Când se depune din faza de vapori pe o suprafață mai rece (puțin sub punctul de topire), se depune sub formă de ace de cristal hexagonale, de culoare gri-metalic.
Distanța de bandă a seleniului este de aproximativ 1,74 eV (la granița dintre lumina vizibilă și infraroșu).
Își schimbă conductivitatea electrică atunci când este expus la lumină. În plus, prezintă un efect fotovoltaic. Conductivitatea nu este cauzată de electronii dintr-o bandă de conducere, ci de conducerea găurilor (vezi sub Conductivitatea electrică și defectul electronului), adică defecte ale electronilor încărcați pozitiv, ceea ce face, printre altele, semnul efectului Hall negativ. O așa-numită „conductivitate salt” [12] (a găurilor de la un defect de cristal la următorul) este propusă ca mecanism pentru această conducere a găurilor.
Când este încălzit în aer, seleniul arde cu o flacără albastră pentru a forma dioxid de seleniu, SeO2. Peste 400 ° C reacționează cu hidrogenul pentru a forma hidrogen selenid, H2Se. De obicei formează selenide cu metale, de exemplu, selenură de sodiu, Na2Se.
Comportamentul chimic este similar cu cel al sulfului, dar seleniul este mai greu de oxidat. Reacția cu acidul azotic formează „numai” acid selenios, un compus seleniu (IV).
Izotopi
Seleniul are o multitudine de izotopi. Dintre cei șase izotopi naturali, cinci sunt stabili. Proporțiile sunt distribuite după cum urmează: 74 Se (0,9%), 76 Se (9,0%), 77 Se (7,6%), 78 Se (23,6%), 80 Se (49,7% ) și 82 Se (9,2%).
82 Se, singurul izotop radioactiv natural, are unul dintre cele mai lungi timpuri de înjumătățire cunoscute în prezent de aproximativ 10-20 de ani. În plus, sunt cunoscuți alți 22 de izotopi radioactivi, dintre care 75 Se cu un timp de înjumătățire de 120 de zile și 79 Se cu un timp de înjumătățire de 327.000 de ani [13] [14] sunt de o importanță deosebită. 75 Se este utilizat pentru a construi surse speciale de raze gamma pentru testarea nedistructivă de ex. B. Aplicarea sudurilor. [15] 75 Se este utilizat în medicina nucleară în asociere cu metionina ca trasor pentru evaluarea funcției pancreatice și cu acid homotaurocolic (SeHCAT) pentru evaluarea resorbției acizilor biliari. [16] 79 Se este o componentă a combustibilului nuclear uzat, unde este produsă cu fisiunea uraniului cu o frecvență de 0,04%.
Cel mai rar dintre izotopii stabili 74 Se a căpătat o anumită importanță ca obiect de speculație. Este oferit în mod repetat pe piață la prețuri foarte mari. Cu excepția unor aplicații de cercetare foarte specializate în care este utilizat în scopuri de marcare, totuși, nu se cunoaște nicio utilizare tehnică specială pentru acest material.
utilizare
Seleniul este esențial pentru toate formele de viață. Prin urmare, compușii seleniului sunt oferiți ca supliment alimentar și transformați în aditivi pentru furaje și îngrășăminte. În industria sticlei se folosește pentru decolorarea ochelarilor verzi și pentru fabricarea ochelarilor de culoare roșie. Alte utilizări:
- Tobe de imagistică pentru fotocopiatoare și imprimante laser
- Fabricarea semiconductoarelor
- Adăugarea de latex pentru a crește rezistența la abraziune
- Toner pentru fotografii alb-negru pentru a crește contrastul (tonurile deschise rămân neschimbate, se pot obține negri mai întunecați, părțile întunecate par mai tridimensionale în ansamblu), creșterea durabilității (nu este clar dovedit) și pentru a colora ușor componentele imaginii întunecate în culoarea vinete (de asemenea, pentru a crește plasticitatea )
- pentru producția de pigmenți de culoare roșie pe bază de selenură de cadmiu (datorită conținutului de cadmiu destul de rar astăzi)
- Aditiv pentru aliaj pentru îmbunătățirea prelucrării mecanice a oțelurilor și a aliajelor de cupru cu tăiere liberă
- Folosit în redresorul de seleniu și celula de seleniu, astăzi, însă, în mare parte înlocuit cu siliciu (semiconductor).
- pentru rumenirea aluminiului, alamei sau similare (dioxid de seleniu)
- cu cupru și indiu parte a stratului fotoactiv al celulelor solare CIGS
- în contoare de lumină analogice pentru fotografie
- Șampoane anti-mătreață pentru păr și prevenirea/terapia pitiriazisului versicolor, o boală a pielii cauzată de o ciupercă de drojdie
- de susținere în terapia HIV (efectul benefic asupra încărcăturii virale HIV este controversat)
- Reacția cu compușii Grignard, R - Mg - Hal, conduce la compuși organoselenici, R-Se-Mg-Hal, din care selenoli, R - Se - H pot fi produși prin hidroliză
- Ca selenură de zinc, este utilizată pentru a produce suprafețe optic foarte reflectorizante, dar este transparentă în domeniul infraroșu și este utilizată aici pentru producerea de ferestre și lentile de focalizare de ex. B. Laser CO2 utilizat
- Cantități mai mari de dioxid de seleniu sunt consumate în electroliza manganului. Adăugarea de dioxid de seleniu reduce consumul de energie în timpul electrolizei. Se utilizează până la 2 kg dioxid de seleniu pe tonă de mangan. [17]
Importanța biologică
Seleniul este un oligoelement esențial. Seleniul este adăugat la hrana pentru bovine de lapte, deoarece conținutul natural de seleniu al hranei este adesea insuficient pentru a hrăni animalele. Legea germană privind hrana pentru animale menționează doar cele două surse anorganice de seleniu selenit de sodiu și selenat ca aditivi furajeri pentru a suplimenta aprovizionarea cu seleniu. Acești doi compuși sunt foarte favorabili din punct de vedere economic, dar sunt în prezent sub critică datorită biodisponibilității lor scăzute pentru organism.
Cu toate acestea, în concentrații mai mari, seleniul este foarte toxic, intervalul dintre concentrațiile care cauzează simptome de deficiență și concentrațiile toxice este foarte mic. În plus, toxicitatea seleniului depinde de legătura chimică.
Seleniul este conținut în selenocisteină, aminoacidul din centrul activ al enzimei glutation peroxidază. Acesta este motivul pentru care seleniul poate juca un rol important în protejarea membranelor celulare de distrugerea oxidativă (eliminator de radicali). Seleniul este, de asemenea, o componentă a altor enzime, al căror sens nu a fost încă clarificat parțial.
Discuție despre seleniu
Există multe selenoproteine diferite. Selenoproteinele conțin selenocisteină, cunoscută și ca al 21-lea aminoacid. Selenoproteinele apar doar în această funcție la organismele animale. Plantele construiesc seleniu în aminoacizii lor în loc de sulf, în funcție de conținutul solului, în special în metionină (Se-metionină) și, într-o măsură mai mică, în cisteină (Se-cisteină). Numai așa-numitele „plante colectoare de seleniu” (plante acumulatoare de seleniu, de exemplu nuci paradis), care apar în zone aride bogate în seleniu, stochează și seleniu ca seleniu solubil în apă sau săruri de seleniu legate în mod organic.
Până în prezent, cel puțin 25 de selenoproteine au fost descoperite în genomul uman [18]:
- W. Marktl: Fiziologia și fiziologia nutrițională a seleniului. În: Journal für Mineralstoffwechsel No. 8 (3), 2001, paginile 34-36, PDF.
- P. F. Surai: Antioxidanți naturali. Nottingham University Press, 2002, ISBN 1-897676-95-6.
Boli cu deficit de seleniu
Bolile cauzate de o cantitate insuficientă de seleniu apar numai în țările cu deficit extrem de seleniu, cum ar fi Coreea de Nord și nord-estul Chinei, precum și în alte câteva țări. În partea noastră a lumii, numai copiii prematuri, pacienții hrăniți parenteral și alcoolicii pot dezvolta de obicei o deficiență de seleniu.
Boli cunoscute cu deficit de seleniu sunt:
- Boala Keshan (cardiomiopatie juvenilă), numită după orașul Keshan din nord-estul Chinei, districtul Heilongjiang, Manciuria
- Boala Kashin-Beck la om (degenerescența cartilajului articular nutritiv), numită după medicul rus Nikolai Iwanowitsch Kashin și americanul Melinda A. Beck
- Neuropatie epidemică la om
- Boală a mușchilor albi (miodegenerare nutritivă (NMD), distrofie musculară nutritivă, miodistrofie enzootică, rabdomioliză nutritivă, rabdomiopatie nutritivă, sindrom miopatico-dispneic, reumatism la vițel, miez de pui, miez de pește)
- Miopatie excesivă a bovinelor rumegătoare (mioglobinurie paralitică, rabdomioliză de exerciții)
Seleniul ca supliment alimentar
Într-o evaluare critică a informațiilor farmaceutice din iunie 2005 [19] s-a afirmat că studiile disponibile până în prezent nu ar putea oferi nicio indicație a vreunui beneficiu al unei doze suplimentare de seleniu în vreun fel. Deși pare posibilă o influență pozitivă asupra diferitelor tipuri de cancer, pe de altă parte, favorizarea altor tipuri de cancer nu este puțin probabilă. Studiul „SELECT” („Seleniu și vitamină E. C.prevenirea ancerului Trial ”) ar trebui să furnizeze informații despre acest lucru și să fie finalizat în 2013. Cu toate acestea, acest lucru a fost anulat în octombrie 2008 deoarece s-a putut demonstra în timpul studiului că nu există un efect protector îmbunătățit în comparație cu placebo și ar putea fi exclus un beneficiu. În acest studiu, s-a constatat o incidență crescută a cancerului de prostată cu administrarea de vitamina E și o dezvoltare crescută a diabetului zaharat cu administrarea de seleniu, dar niciuna dintre acestea nu a fost semnificativă statistic. [20]
Un studiu din 2012 arată, de asemenea, un efect pozitiv al seleniului numai atunci când există un deficit de seleniu, altfel diabetul zaharat este mai probabil să se dezvolte [26]. Un meta-studiu amplu din 2013 nu arată beneficii protectoare ale substituției de seleniu în ceea ce privește bolile cardiovasculare. Deși au existat cazuri crescute de diabet 2 în grupul de substituție cu seleniu, diferența nu a fost semnificativă. Dar alopecia și dermatita au crescut [27] .
Selenit de sodiu și hormoni tiroidieni
Seleniul joacă un rol important în producerea hormonilor tiroidieni, mai precis în „activarea” tiroxinei (T4) la triiodotironină (T3). [28] [29] [30]
Seleniul face parte dintr-o enzimă numită tiroxină 5'-deiodază, care este responsabilă pentru îndepărtarea unui atom de iod din T4. Această deiodizare creează T3. Un deficit de seleniu duce la un deficit de tiroxină 5'-deiodază, ceea ce înseamnă că numai o parte din T4 disponibilă poate fi deiodată. Deoarece T3 este mult mai eficient în metabolism, un deficit de T3 are ca rezultat o tiroidă subactivă (hipotiroidism). După clarificarea medicală, se recomandă un aport suplimentar de preparate de seleniu (selenit de sodiu) în doze mari de 200-300 μg pe zi. B. indicat în tiroidita lui Hashimoto, aceasta poate reduce și activitatea inflamatorie. [31]
dovada
Determinarea cantitativă a urmelor (0,003%) de selenat poate fi efectuată electrochimic prin intermediul polarografiei. În soluția 0,1 molar de clorură de amoniu, există o etapă la -1,50 V (față de SCE). În gama ultra-urme, poate fi utilizată spectrometria atomică, prin care 100 μg/l (ppb) pot fi detectate folosind AAS cu flacără, 0,5 folosind cuptorul cu grafit AAS și 0,01 μg/l folosind tehnologia hidrurii. [32]
instructiuni de siguranta
Seleniul și compușii seleniului sunt otrăvitori. Contactul direct dăunează pielii (vezicule) și mucoaselor. Seleniul inhalat poate duce la probleme pulmonare prelungite.
Intoxicația de la consumul excesiv de seleniu este cunoscută sub numele de selenoză. Un aport de seleniu de peste 3000 µg/zi poate duce la ciroză hepatică, căderea părului și insuficiență cardiacă. Angajații din industria electronică, a sticlei și a vopselei sunt considerați a fi expuși riscului. [33] Potrivit altor surse, simptomele otrăvirii, cum ar fi greață și vărsături, căderea părului, modificări ale unghiilor, neuropatie periferică și epuizare apar de la doar 400 µg pe zi. [34]