सेलेनियम (Se): गुणधर्म, अभिक्रिया आणि महत्त्व

परिचय

सेलेनियम (Se), गट 16 (कॅल्कोजेन्स) मधील एक p-ब्लॉक मूलद्रव्य आहे, जे अधातू आणि धातूसदृश यांच्यातील दुवा साधणारे आकर्षक गुणधर्म दर्शवते. त्याचे अद्वितीय प्रकाशसंवाहक (photoconductive) आणि अर्धसंवाहक (semiconducting) स्वरूप विविध तंत्रज्ञानामध्ये त्याच्या वापरास आधार देते, तर एक आवश्यक सूक्ष्म मूलद्रव्य म्हणून त्याची जैविक भूमिका मानवी आरोग्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे. सेलेनियमचे रसायनशास्त्र सैद्धांतिक परीक्षांसाठी तसेच त्याच्या वास्तविक जगातील प्रभावाची प्रशंसा करण्यासाठी आवश्यक आहे.

CBSE/JEE जलद उजळणी नोट्स

अणुक्रमांक (Z): 34
अणुवस्तुमान (Ar): 78.96 u
गट: 16 (कॅल्कोजेन्स)
आवर्त: 4
ब्लॉक: p-ब्लॉक
संयुजा: सामान्यतः -2, +2, +4, +6
सामान्य ऑक्सिडीकरण अवस्था: -2, 0, +2, +4, +6
स्वरूप: अधातू, बहुरूपता दर्शवणारे (उदा., लाल अनाकार, राखाडी धातूसदृश, काळे काचेचे स्वरूप). राखाडी ‘धातुसदृश’ सेलेनियम सर्वात स्थिर आणि संवाहक स्वरूप आहे.
विद्युत ऋणता (Electronegativity): 2.55 (पॉलिंग स्केल)
पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी (First Ionization Enthalpy): 941 kJ/mol

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंध वर्तन (Bonding Behavior)

इलेक्ट्रॉनिक संरूपण

सेलेनियमचे इलेक्ट्रॉनिक संरूपण [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴ आहे.

संयुजा कवच संरूपण (Valence Shell Configuration)

संयुजा कवचाचे संरूपण 4s² 4p⁴ आहे.

बंध वर्तन (Bonding Behavior)

त्याच्या तुलनेने उच्च आयनीकरण ऊर्जा (ionization energy) आणि विद्युत ऋणता (electronegativity) यामुळे सेलेनियम प्रामुख्याने सहसंयुज संयुगे (covalent compounds) तयार करते.

ऑक्सिडीकरण अवस्था -2: सेलेनॉइड आयन (Se²⁻) तयार करते, जरी ते सल्फाइड आयन (S²⁻) पेक्षा कमी स्थिर असतात.
ऑक्सिडीकरण अवस्था +2: SeCl₂ सारख्या संयुगांमध्ये आढळते.
ऑक्सिडीकरण अवस्था +4: सर्वात सामान्य धन ऑक्सिडीकरण अवस्था. यात एका 4s इलेक्ट्रॉन आणि दोन 4p इलेक्ट्रॉनच्या उत्तेजनाचा समावेश असतो, ज्यामुळे sp³d संकरितीकरण (hybridization) होते (उदा., SeF₄).
ऑक्सिडीकरण अवस्था +6: दोन्ही 4s इलेक्ट्रॉन आणि तिन्ही 4p इलेक्ट्रॉन रिक्त 4d कक्षांमध्ये (orbitals) पाठवून प्राप्त केली जाते, परिणामी sp³d² संकरितीकरण होते (उदा., SeF₆, H₂SeO₄).

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

1. हायड्रोजनसोबतची अभिक्रिया

सेलेनियम हायड्रोजनसोबत अभिक्रिया करून हायड्रोजन सेलेनाइड, एक अत्यंत विषारी वायू, तयार करते. H₂ (g) + Se (s) → H₂Se (g)

2. ऑक्सिजनसोबतची अभिक्रिया

सेलेनियम ऑक्सिजनमध्ये जळून सेलेनियम डायऑक्साइड तयार करते. Se (s) + O₂ (g) → SeO₂ (s)

3. हॅलोजेनसोबतची अभिक्रिया

सेलेनियम हॅलोजेनसोबत थेट अभिक्रिया करून हॅलाइड्स तयार करते.

फ्लोरिनसोबत: Se (s) + 2F₂ (g) → SeF₄ (l) (सेलेनियम टेट्राफ्लोराइड) Se (s) + 3F₂ (g) → SeF₆ (g) (सेलेनियम हेक्साफ्लोराइड)
क्लोरिनसोबत: Se (s) + 2Cl₂ (g) → SeCl₄ (s) (सेलेनियम टेट्राक्लोराइड)

4. सांद्र नायट्रिक आम्लासोबतची अभिक्रिया (ऑक्सिडीकरण)

सांद्र नायट्रिक आम्ल सेलेनियमचे सेलेनस आम्लामध्ये ऑक्सिडीकरण करते. 3Se (s) + 4HNO₃ (conc.) → 3H₂SeO₃ (aq) + 4NO (g)

5. तीव्र आम्लारीसोबतची अभिक्रिया (Disproportionation)

NaOH सारख्या तीव्र आम्लारीसोबत गरम केल्यावर, सेलेनियम डिसप्रपोर्शनेशन अभिक्रिया करते, ज्यामुळे सेलेनाइड आणि सेलेनाईट तयार होते. 3Se (s) + 6NaOH (aq) → Na₂SeO₃ (aq) + 2Na₂Se (aq) + 3H₂O (l)

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक महत्त्व

प्रकाशसंवाहकता (Photoconductivity): राखाडी अनाकार (amorphous) सेलेनियम प्रकाशसंवाहकता दर्शवते, म्हणजे प्रकाशाच्या संपर्कात आल्यावर त्याची विद्युत संवाहकता लक्षणीयरीत्या वाढते. हा गुणधर्म फोटोसेल, प्रकाशमापक, सौर सेल आणि झेरोग्राफी (फोटोकॉपी मशीन) मध्ये वापरला जातो.
अर्धसंवाहक (Semiconductors): प्रत्यावर्ती धारा (AC) चे दिष्ट धारा (DC) मध्ये रूपांतर करण्यासाठी रेक्टिफायरमध्ये वापरले जाते.
काच उद्योग: काच निर्मितीमध्ये डीकलरायझिंग एजंट म्हणून सेलेनियमचा वापर केला जातो, जे लोह अशुद्धतेमुळे होणारे हिरवटपणा कमी करते. ते काच, मुलामा (enamels) आणि ग्लेझला लाल रंग देखील देते.
धातुशास्त्र (Metallurgy): स्टेनलेस स्टील आणि तांब्याच्या मिश्रधातूंमध्ये त्यांची यंत्रक्षमता (machinability) सुधारण्यासाठी मिसळले जाते.
रंगद्रव्ये (Pigments): कॅडमियम सल्फोसेलेनाइड संयुगे तेजस्वी लाल, नारंगी आणि मरून रंगद्रव्ये तयार करतात.

जैविक महत्त्व

आवश्यक सूक्ष्म मूलद्रव्य (Essential Trace Element): सेलेनियम हे मानव आणि प्राण्यांसाठी एक आवश्यक सूक्ष्म पोषकद्रव्य (micronutrient) आहे. ते सेलेनोजाइम (selenoenzymes) नावाच्या अनेक एन्झाइमचा एक महत्त्वाचा घटक आहे, विशेषतः ग्लुटाथिओन पेरोक्सिडेस (GPx), जे पेशींचे मुक्त रॅडिकल्समुळे होणाऱ्या ऑक्सिडेटिव्ह नुकसानापासून संरक्षण करते.
अँटिऑक्सिडंट भूमिका (Antioxidant Role): सेलेनोजाइमद्वारे, सेलेनियम अँटिऑक्सिडंट संरक्षण यंत्रणा आणि रोगप्रतिकारक कार्यामध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावते.
थायरॉईड हार्मोन चयापचय (Thyroid Hormone Metabolism): सेलेनोजाइम थायरॉईड हार्मोन्सच्या चयापचयामध्ये (metabolism) सामील असतात.
कमतरता (Deficiency): सेलेनियमच्या कमतरतेमुळे विविध आरोग्य समस्या उद्भवू शकतात, ज्यात केशन्स रोग (केशान रोग) (एक प्रकारचा कार्डिओमायोपॅथी) आणि काशिन-बेक रोग (एक अस्थिसांधिदाह) यांचा समावेश आहे.
विषारीपणा (Toxicity): आवश्यक असले तरी, सेलेनियम जास्त प्रमाणात विषारी असते. जास्त सेवनामुळे सेलेनॉसिस (selenosis) होऊ शकतो, ज्यामध्ये केस गळणे, नखे ठिसूळ होणे, त्वचेचे घाव, न्यूरोलॉजिकल नुकसान आणि गॅस्ट्रोइंटेस्टाइनल समस्या यांचा समावेश होतो.