مقاله در مورد سلنيوم و اصلاح آلودگي آن در خاك

فصل اول- خصوصيات سلنيوم
مقدمه:
اولين اطلاعات ثبت شده در اين مورد توسط ماركو پولو در سال 1295 ميلادي بوده است كه در مناطق غربي چين ونزديك تبت و مغولستان حيواناتش بعد از چراي گياهان آن منطقه شروع به تلو خوردن مي‌نمودند كه امروزه مي‌دانيم ناشي سميت حاد سلنيومي‌بوده است.
براي اولين بار سلنيوم توسط Berzelius كه در سال 1817 يا 1818 رسوبات و لجنهايي كه از اكسيداسيون اكسيد سولفور سنگ مس بدست مي‌آمد را مورد بررسي قرار داد كشف شد وي متوجه شد كه در بين آن عنصر جديدي وجود دارد اما در آن هنگام آنرا با تلوريم اشتباه گرفتند بعد از گذشت ربع قرن Arnold به گوگرد قرمز توجه كرد و متوجه موادي در رسوبات آن شد و آنرا Sulfurrubeum ناميد. به هر حال تا سال 1950 كسي متوجه وجود سلنيوم نبود فقط مي‌دانستند كه درجدول تناوبي عنصري وجود دارد كه بار گوگرد (s) و عنصر تلوريم (Ti) هم خصوصيات است. و حتي خصوصياتي به طور مشترك با هر يك از آنها دارد يعني هم خصوصيات فلزي و هم غير فلزي را داراست و در حالت سميت،5 برابر خطرناك تر از آرسنيك مي‌باشد؛ در نهايت آنرا سلنيوم ناميدند و بيان نمودند كه اين عنصر در محدوده خيلي كوچكي براي جانواران قابل استفاده مي‌باشد.
در كل سلنيوم از عناصر كم مصرف مي‌باشد كه باعث سلامتي فرد يا گياه يا حيوان مي‌گردد، ولي همانطور كه گفته شد مقدار نياز به سلنيوم خيلي كم است.
سلنيوم اغلب در پروتئن ها موجب ساختن سلنوپروتئن ها مي‌گردد كه براي توليد آنزيمهاي آنتي اكسيدان مهم هستند اين آنتي اكسيدانها به كمك Se-Pt ها در حفظ
سلامتي سلولها كه مورد خطر راديكالهاي آزاد اكسيژن مي‌باشند موثرند به صورت خلاصه بايد گفت راديكالهاي آزاد بطور طبيعي در متابوليسم اكسيژن ساخته مي‌شوند كه ممكن است در ايجاد بيمارهاي مزمن مثل سرطان و بيمار قلبي و عروقي و يا حتي در انجام فعاليتهاي منظم غده تيروئيد و سيستم دفاعي بدن نقش داشته باشند.
يكي از راههاي مطمئن جذب سلنيوم خوردن غذاهاي گوشتي وگياهاني است كه در مناطقي با خاكهاي سرشار از سلنيوم مي‌رويند كه در ادامه بطور مفصل راجع به آن بحث خواهد شد. و در نهايت نتجه گيري مي‌گردد كه كمبود يا سميت سلنيوم در بدن انسان تحت تاثير مقدار سلينوم در بدن دامها و حيواناتي است كه انسان از آن تغذيه مي‌كند و آنها هم به نوبه خود متاثر از گياهان منطقه و خاك آن نواحي اند البته در اين ميان عواملي چون اقليم و pH هم موثر خواهند بود.
خصوصيات فيزيكي و شيميايي: سلينوم
همانطور كه در جدول شماره يك نشان داده شد سلنيوم عنصري با عدد اتمي‌34 و وزن اتمي‌78.96 و چگالي 79/4 گرم بر سانتيمتر مكعب در 20 درجه سانتگراد است. حجم اتم آن 45/16 سانتيمتر مكعب بر مول مي‌باشد و جزء عناصر غير فلزي و از گروه شش جدول تناوبي است كه معروف به chalcogen مي‌باشد.
جدول 1: خصوصيات عمومي‌سلينوم
همانطور كه در جدول شماره دو نشان داده شده است دماي ذوب اين عنصر 490.2 درجه كلوين و دماي جوش آن 958 درجه كلوين برابر با 685 درجه سانتيگراد مي‌باشد و همچنين انرژي ويژه ذوب آن 6.694 كيلو ژول بر مول است و گرماي ويژه تبخير آن 37.7 همچنين فشار بخار اين عنصر در 494 درجه كلوين برابر 0.695 پاسكال است مي‌باشد.
جدول 2: خصوصيات فيزيكي سلينوم
همانطور كه در جدول (شماره-3) انرژيهاي يونش عنصر سلنيوم نشان داده شده است.
اولين انرژي يونش اين عنصر490.9 كيلو ژول بر مول و دومين انرژي يونش آن 2044.5 كيلوژول بر مول و سومين انرژي يونش آن 2973.7 كيلو ژول بر مول و چهارمين يونش آن 4144 كيلو ژول بر مول مي‌باشد و با توجه به اينكه گرماي يونيزاسيون آن 227 كيلوژول بر مول اتم است داراي الكترونگاتيوي 2.55 مي‌باشد.
جدول 3: انرژي يونش سلنيوم
در جدول (شماره –4) نشان داده شده است كه آرايش الكتروني اين عنصر به صورت مي‌باشد و حداقل عدد اكسيداسيون آن -2 و حداكثر آن 6 است.
جدول 4: آرايش اتمي‌و عدد اكسيداسيون سلنيوم
همانطور كه در جدول (شماره –5) نشان داده شده است. آرايش فضايي آن به صورت ساختار صندلي شكل است به رنگ
مشكي،با حالت سميت براي مصارف پزشكي و صنايع چاپ است كه داراي سختي 2 در جدول موس مي‌باشد و به 6 فرم در طبيعت يافت مي‌شود.
جدول 5: خصوصيات ظاهري سلنيوم
در جدول (شماره-6) نشان داده شده است كه سلنيوم در واكنشهاي شيميايي شركت كرده و مثلا در واكنش با هوا به صورت Seo2 در مي‌آيد و يا در واكنش با NaoHوHcl 6 مولار واكنشي نشان نمي‌دهد ولي در واكنش با HNo3 15 مولار واكنش به صورت ملايم صورت مي‌گيرد و حاصل آنx H2Seo3,No است.
جدول 6: واكنشهاي سلنيوم با مواد ديگر
در جدول (شماره –7) اشكال سلنيوم مشخص گرديده است. اين عنصر داراي 9 ايزوتوپ شخص مي‌باشد و در كل براي آن 15 ايزوتوپ پيشبيني مي‌كنند.
و فرمهاي مختلفي در طبيعت دارد كه به صورت هيدريد (seH2)، اكسيد (Seo2,Seo3) كلريد (Se2Cl2,Se4 Cl16) مي‌باشند.
جدول 7: اشكال سلنيوم
در جدول (شماره-8 )شعاعهاي اتمي‌و يوني و نيز شعاعهاي كووالانسي و واندروالسي عنصر سلنيوم نشان داده شده است.
جدول 8: شعاعهاي اتم و يون سلنيوم
در جدول 9: هدايت الكتريكي سلنيوم نشان داده شده است.
جدول9: هدايت الكتريكي سلنيوم
در جدول (شماره-10 )همانطور كه نشان داده شده است به نه مورد از ايزوتوپهاي سلنيوم اشاره گرديده كه از ميان آنها دو ايزوتوپ se 72 و se 79 در طبيعت وجود ندارد و ايزوتوپهاي se 76و se 77 و se 78 هر كدام به ترتيب با 44,43,42 نوترون پايدار مي‌باشند و سه ايزوتوپ باقي مانده يعني se 75 با 119.7 روز، se 79 با
1.13 106 سال و se 82 با1020 1.08 سال داراي نيمه عمري نسبتا طولاني مي‌باشند
جدول 10: ايزوتوپهاي عنصر سلنويم
خصوصيات و اشكال سلنيوم در طبيعت:
براي سلنيوم شكلهاي زياد آلوتروپيك وجود دارد كه از بين 3 گونه آن كاملا شناسايي شده است.
سلنيوم مي‌تواند به صورت آمورف و يا كريستالي باشد نوع آمورف آن به رنگ مشكي و يا قرمز مايل به شكلي و نوع منوكريستالي آن به رنگ تيره است و نوع كريستالي هگزاگونال آن كه داراي پايداري زيادي است به رنگ خاكستري با جلاي فلزي مي‌باشد.
در واقع عنصر سلينوم به حالت غير رسمي‌است و به طور كلي به عنوان يك عنصر ريز مغذي (trace element) معرفي شده است، اما به هر حال هيدروژن س؟ و تركيبات ديگر سلنيوم به شدت سمي‌مي‌باشد و خصوصياتي مشابه آرسنيك در واكنشهاي بيولوژيكي دارد.
سلنيوم در طبيعت داراي 9 ايزوتوپ شناخته شده است كه در كل براي آن حدود 15 ايزوتوپ تخمين مي‌زنند و با توجه به آنكه عضو گروه گوگرد است خصوصياتي مشابه به آن برايش در نظر مي‌گيرند.
شايان ذكر است كه در زمان نبودن اكسيژن خاك حالت اسيدي پيدا كرده در اين زمان سلنيوم مي‌تواند وارد
گياهان و ميكروارگانيزمها (به مقدار كمتر) گردد. مورد بعدي اينكه سلنيوم عنصري نمي‌تواند به راحتي در آب حل گردد و از اشكال محلول خود پويايي كمتري دارد بنابراين حتي در حالت اسيدي بودن خاك هم در خاك باقي مي‌ماند كه البته در اين حالت از نظر سميت خطر كمتري دارد.
تركيبات مختلف سلنيوم مي‌توانند نسبتا در آب حل گردند و اغلب اوقات بسيار متحرك و پويا هستند و شانس افزايش غلظت آنها در گياه به مراتب بيشتر از نوع عنصري آن است.
برخي از شواهد بر اين دلالت دارند كه سلنيوم مي‌تواند جذب بافتهاي زنده شود و ممكن است غلظت سلنيوم در آنها افزايش يابد و طي مراحل بعد به صورت تجمعي ميزان سلنيوم را در زنجيره غذايي بالا ببرداين افزايش غلظت در بافتهاي زنده مشكلاتي را موجب مي‌گردد كه در ادامه به بررسي آنها مي‌پردازيم.
اشكال سلنيوم در طبيعت علاوه بر حالت سلنيوم عنصري به صورت سلنايد، سلنات و سلنيت و سلنيوم آلي است كه از بين آنها سلنات و سلينت بيشترين آمادگي جذب توسط گياه را دارند.
حضور و توليد سلنيوم در طبيعت
سلنيوم در تعداد كانيهاي كمي‌يافت مي‌گردد مثل .calusthalite, crooksite كه بعد از چند سال در اثر هوازدگي به صورت گرد و غبار وارد محيط مي‌گردد. البته انفجارهاي آتشفشاني نيز ممكن است سلنيوم را وارد هوا كند اما اغلب مقادير موجود سلنيوم در محيط حاصل از فعاليتهاي بشري مثل سوختن زغال سنگ و نفت و ديگر سوختهاي فسيلي
مي‌باشد سلينوم موجود در اين سوختها هنگام سوختن با اكسيژن تركيب شده كه در هنگام برخورد با محيط آبي آنرا به صورت محلول در مي‌آورد.
در كل ذرات سلنيوم معلق در هوا مثل آنهايي كه در ash وجود دارد مي‌توانند در سطح خاك يا آب نشست كنند. اين روند در مناطق صنعتي كه سلنيوم از طريق دود به هدر مي‌رود موجب افزايش مقدار سلنيوم در خاك مي‌گردد و اين نكته را ياد آور مي‌شود كه سرنوشت سلنيوم در خاك به pH محيط و واكنش با اكسيژن آن جدا مربوط مي‌گردد. اما در روش توليد مصنوعي سلنيوم امروزه آنرا از كنار الكترود آند الكتروليت استخراج مس از سنگ مس بدست مي‌آورند و قيمت تجاري آن حدودا 300 دلار براي هر پوند (معادل 456 گرم) مي‌باشد و در درجات خلوص بالاتر قيمت آن بيشتر نيز مي‌گردد. همانطور كه گفته شد يكي از مطمئن ترين منابع سلنيوم سنگهاي آتشفشاني، رسوبات آتشفشاني گوگردي، رسوبات گرمابي، رسوبات مس و سنگهاي رسوبي از قبيل carboonaceous siltstone, sandstone و سنگهاي فسفري و limestone كربن دار سنگ آهن و زغال سنگ هستند.
سلنيوم اين سنگها بعد از هوازدگي آزاد شده و به روشهاي مختلف به داخل خاك وارد مي‌شود و در بين ذرات خاك نفوذ مي‌كند تا جايي كه توسط ذرات رس يا هيدروكسيدهاي آهن و يا ذرات آلي خاك جذب سطحي گردند و در اثر عوامل فرسايشي در سطح خاك تجمع پيدا كند سلنيوم بعد از اين شايد وارد چرخه فعاليتهاي بيولوژيكي نيز گردد و از طريق قارچها و باكتريها اين مناطق اكسيد شود.
در همين مورد Sara thchandra & watkinson (1980) گزارش دادند كه قدرت باكتريها در طبيعت در حد ايزوله كردن سلنيوم
است ولي در آزمايشگاه آنها توانايي اكسيد كردن عنصر سلنيوم به سلنيت و سلنات را دارند.
مقدار سلنيوم در پوسته زمين در حدود ppm0.05-ppm0.02 است. سلنيوم يك عنصر chalcophil مي‌باشد ومقدار آن در شيلهاي سياه بيشتر از ppm675 مي‌باشد. البته مقداري سلنيوم در carbonaceous debris از sandstone ها ممكن است در شرايط احيا آزاد شود.
بطور كلي مقدار سلنيوم خاك مناطق مربوط به سنگهايي است كه خاك از آنها توليد شده است مثلا خاكهاي مناطقي مثل شمال غربي و جنوب شرقي آمريكا و مناطقي كه قبلا درياچه هاي بزرگ داشته اند داراي مقادير كمتر از ppm0.5 سلنيوم هستند ومناطقي كه خاك آنها از سنگهاي ولكانيك و خاكهايي كه از رسوبات شسته شده انباشته شده باشد و نيز خاكهايي كه سر منشاء آنها شيلهاي حاوي گچ فراوانند مثل داكوتا، مونتانا، نبراسكا و كانزاس داراي مقادير زياد تري از سلنيوم هستند كه بعدا مفصل راجع به آن بحث خواهد شد.
در مورد حضور اشكال مختلف سلنيوم در طبيعت بايد گفت در خاكهاي قليايي سلنيوم عموما به صورت سلنات و سلنيت ديده مي‌شود و در خاكهاي اسيدي و خاكهايي با تهويه نامناسب به صورت سلنيد و سلنيوم عنصري وجود دارد كه اين دو فرم داراي حلاليت كمتري نسبت به دو فرم شرايط قليايي هستند.
غلظت سلنيوم در آبهاي زير زميني، چشمه ها، رودها و درياچه ها عموما كم است و به عنوان منابع معني دار براي تامين سلنيوم يا افزايش غلظت آن در ارگانيزمها و ايجاد سميت در آنها محسوب نمي‌گردد حتي آبهاي مناطق
سلنيومي‌كه حاوي مقادير بيشتري از سلنيوم هستند هم نمي‌توانند تامين كننده اين خواسته باشد. در جدول (شماره- 11)غلظت سلنيوم در آبهاي مختلف نشان داده شده است.
جدول 11: غلظت سلنيوم در آب و ارگانهاي مربوط به آن
سلنيوم به طور طبيعي در روي زمين و در سنگها وجود دارد و مي‌تواند به طرق مختلف وارد سيستم آب و از طريق آن ها يعني آب و خاك وارد گياهان و بعد حيوانات گياهخوار و نهايتا جانوران گوشتخوار گردد.
در آخر به اين نكته بايد توجه كرد كه سلنيوم در طبيعت نه توليد مي‌شود و نه از بين مي‌رود فقط از شكلي به شكل ديگر آن تبديل مي‌گردد.
موارد استفاده سلنيوم در صنايع
از سلنيوم در صنعت عكاسي و چاپ براي ايجاد حساسيت روي فيلمها استفاده مي‌گردد و در صنعت شيشه سازي براي شفاف سازي محصولات و همچنين ياقوتي رنگ كردن آنها استفاده مي‌گردد، همچنين در تونر فتوكپي ها استفاده مي‌شود و در ضمن به عنوان يكي از افزودنيها در صنعت استيل هم كار برد دارد.
سلنيوم خصوصيت تبديل انرژي نوراني را داراست و با توجه به همين خاصيت با تبديل هر چه بيشتر انرژي نوراني از قدرت خودش كاسته مي‌شود از اين خاصيت گاهي در ساختن فتوسل ها اغلب در ساختن لايه فتوگراف فيلمهاي عكاسي استفاده مي‌گردد. در برخي از گزارشات آمده كه سلنيوم هميشه قدرت تبديل الكتريسيته Ac به Dc را دارد و به طور وسيع در يكسو كننده هايي مثل ترانزيستورها در ضايع الكترونيك مصرف مي‌گردد.

فایل : 75 صفحه

فرمت : Word