Selen

Phổ biến

Selen có mặt tự nhiên trong một số dạng hợp chất vô cơ, bao gồm selenua, selenat và selenit. Trong đất, selen thông thường nhất hay xuất hiện trong các dạng hòa tan như selenat (tương tự như sulfat), và bị thẩm thấu rất dễ dàng vào các con sông do nước chảy.
Selen có vai trò sinh học và được tìm thấy trong các hợp chất hữu cơ như dimethyl selenua, selenomethionin, selenocystein và methylselenocystein. Trong các hợp chất này selen đóng vai trò tương tự như lưu huỳnh.
Selen được sản xuất phổ biến nhất từ selenua trong nhiều loại quặng sulfua, chẳng hạn từ các khoáng vật của đồng, bạc hay chì. Nó thu được như là phụ phẩm của quá trình chế biến các loại quặng này, từ bùn anôt trong tinh lọc đồng và bùn từ các buồng chì trong các nhà máy sản xuất axít sulfuric. Các loại bùn này có thể được xử lý bằng nhiều cách để thu được selen tự do.
Các nguồn tự nhiên chứa selen bao gồm các loại đất giàu selen, và selen được tích lũy sinh học bởi một số thực vật có độc như các loài cây họ Đậu trong các chi Oxytropis hay Astragalus. Các nguồn chứa selen do con người tạo ra có việc đốt cháy than cũng như khai thác và nung chảy các loại quặng sulfua.
Xem thêm Khoáng vật selenua.

Lịch sử và nhu cầu toàn cầu

Selen (tiếng Hy Lạp σελήνη selene nghĩa là "Mặt Trăng") được Jöns Jakob Berzelius phát hiện năm 1817, ông tìm thấy nguyên tố này gắn liền với telua (đặt tên theo Trái Đất).
Sự tăng trưởng trong nhu cầu tiêu thụ selen theo dòng lịch sử là do sự phát triển dần dần của các sử dụng mới, bao gồm các ứng dụng trong pha trộn cao su, tạo hợp kim thép và các bộ lọc (nắn dòng) điện dùng selen. Vào năm 1970, selen trong các bộ lọc điện đã được thay thay thế phần lớn bằng silic và việc sử dụng nó như là chất quang dẫn trong các máy photocopy đã trở thành ứng dụng hàng đầu của nó. Trong thập niên 1980, ứng dụng chất quang dẫn bị suy giảm (mặc dù nó vẫn còn ở quy mô lớn) do ngày càng nhiều máy photocopy sử dụng các chất quang dẫn hữu cơ được sản xuất ra. Hiện nay, sử dụng lớn nhất của selen trên toàn thế giới là trong sản xuất thủy tinh, tiếp theo là các sử dụng trong hóa chất và chất nhuộm. Sử dụng trong lĩnh vực điện tử, mặc dù còn một số ứng dụng tiếp diễn, nhưng vẫn tiếp tục suy giảm.
Năm 1996, nghiên cứu hiện còn tiếp diễn chỉ ra mối tương quan thực giữa nhu cầu bổ sung selen và sự ngăn ngừa ung thư ở người, nhưng ứng dụng trực tiếp đại trà của phát hiện quan trọng này cũng không bổ sung một cách đáng kể vào nhu cầu selen do người ta chỉ dùng các liều nhỏ. Vào cuối thập niên 1990, việc sử dụng selen (thường cùng với bitmut) như là chất bổ sung vào công nghệ hàn chì cho các dạng đồng thau để đạt được các tiêu chuẩn môi trường không chứa chì đã trở thành quan trọng. Hiện tại, tổng sản lượng selen toàn thế giới vẫn tiếp tục tăng một cách khiêm tốn.

Độc tính

Mặc dù selen là chất vi dinh dưỡng thiết yếu nhưng nó lại có độc tính nếu dùng thái quá. Việc sử dụng vượt quá giới hạn trên của DRI là 400 microgam/ngày có thể dẫn tới ngộ độc selen. Các triệu chứng ngộ độc selen bao gồm mùi hôi của tỏi trong hơi thở, các rối loạn đường tiêu hóa, rụng tóc, bong, tróc móng tay chân, mệt mỏi, kích thích và tổn thương thần kinh. Các trường hợp nghiêm trọng của ngộ độc selen có thể gây ra bệnh xơ gan, phù phổi và tử vong.
Selen nguyên tố và phần lớn các selenua kim loại có độc tính tương đối thấp do hiệu lực sinh học thấp của chúng. Ngược lại, các selenat và selenit lại cực độc hại, và có các tác động tương tự như của asen. Selenua hiđrô là một chất khí có tính ăn mòn và cực kỳ độc hại. Selen cũng có mặt trong một số hợp chất hữu cơ như dimethyl selenua, selenomethionin, selenocystein và methylselenocystein, tất cả các chất này đều có hiệu lực sinh học cao và độc hại khi ở liều lượng lớn. Selen kích thước nano có hiệu lực tương đương, nhưng độc tính thấp hơn nhiều.
Ngộ độc selen từ các hệ thống cung cấp nước có thể xảy ra khi các dòng chảy của các hệ thống tưới tiêu mới trong nông nghiệp chảy qua các vùng đất thông thường là khô cằn và kém phát triển. Quá trình này làm thẩm thấu các hợp chất selen tự nhiên và hòa tan trong nước (như các selenat) vào trong nước, chúng sau đó có thể tích lũy đậm đặc hơn trong các vùng "đất ẩm ướt" mới khi nước bay hơi đi. Nồng độ selen cao sinh ra theo kiểu này đã được tìm thấy như là nguyên nhân gây ra một số rối loạn bẩm sinh nhất định ở chim sống trong các vùng đất ẩm ướt.

Thiếu hụt

Thiếu hụt selen là tương đối hiếm ở các cá nhân có chế độ dinh dưỡng đầy đủ. Nó có thể xảy ra ở các bệnh nhân với chức năng ruột bị tổn thương nghiêm trọng hay ở những người phải trải qua chế độ dinh dưỡng ngoài ruột tổng thể. Ngoài ra, những người phụ thuộc vào thực phẩm gieo trồng trên các vùng đất thiếu hụt selen cũng có thể có rủi ro này. Tại Hoa Kỳ, DPI cho người lớn là 55 µg/ngày. Tại Vương quốc Anh nó là 75 µg/ngày cho đàn ông và 60 µg/ngày cho đàn bà. Khuyến cáo 55 µg/ngày dựa trên sự thể hiện đầy đủ của glutathion peroxidaza huyết tương. Selenoprotein P là chỉ thị tốt hơn về tình trạng dinh dưỡng selen, và sự thể hiện đầy đủ của nó đòi hỏi trên 66 µg/ngày.
Thiếu hụt selen có thể dẫn tới bệnh Keshan, là bệnh có tiềm năng gây tử vong. Thiếu hụt selen cũng góp phần (cùng thiếu hụt iốt) vào bệnh Kashin-Beck. Triệu chứng chính của bệnh Keshan là chết hoại cơ tim, dẫn tới sự suy yếu của tim. Bệnh Kashin-Beck tạo ra sự teo dần đi, thoái hóa và chết hoại của các mô chất sụn. Bệnh Keshan cũng làm cho cơ thể dễ bị mắc các bệnh tật do các nguồn gốc dinh dưỡng, hóa sinh học hay nhiễm trùng. Các bệnh này chủ yếu phổ biến ở một số vùng tại Trung Quốc nơi mà đất thiếu hụt selen nghiêm trọng. Các nghiên cứu tại tỉnh Giang Tô đã chỉ ra sự suy giảm trong việc mắc các bệnh này nhờ cung cấp selen bổ sung.
Selen cũng là cần thiết để chuyển hóa hoóc môn tuyến giáp thyroxin (T4) thành dạng hoạt hóa hơn là triiodothyronin, và vì thế thiếu hụt selen có thể sinh ra các triệu chứng của giảm hoạt động tuyến giáp, bao gồm cực kỳ mệt mỏi, trì độn tinh thần, bệnh bướu cổ, chứng ngu độn và sẩy thai hồi quy.

Sản xuất và các thù hình

Selen là phụ phẩm phổ biến trong tinh luyện đồng hay trong sản xuất axít sulfuric. Việc cô lập selen thường phức tạp do sự có mặt của các hợp chất và các nguyên tố khác. Nói chung sản xuất bắt đầu bằng tác dụng với cacbonat natri để sản xuất selenit natri. Selenit natri sau đó bị axít hóa bằng axít sulfuric để tạo ra axít selenơ. Axít selenơ cuối cùng tác dụng với điôxít lưu huỳnh để tạo ra selen nguyên tố vô định hình có màu đỏ.
Selen được sản xuất theo các phản ứng hóa học này là chất bột có màu đỏ gạch, vô định hình, không hòa tan trong nước được nấu chảy nhanh sẽ tạo thành dạng như thủy tinh có màu đen, thông thường được bán trong công nghiệp dưới dạng bánh.