Υδροσελήνιο

Το υδροσελήνιο^[1] είναι ανόργανη δυαδική ομοιοπολική χημική ένωση, που περιέχει υδρογόνο και σελήνιο, με μοριακό τύπο H₂Se. Είναι το απλούστερο και πρακτικά το μοναδικό (σχετικά σταθερό) υδρίδιο του σεληνίου. Το χημικά καθαρό υδροσελήνιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο εύφλεκτο αέριο. Είναι ακόμη μια από τις πιο τοξικές ενώσεις του σεληνίου^[2] με όριο έκθεσης μόλις 0,05 ppm, εντός χρονικού διαστήματος οκτώ (8) ωρών^[3][4]. Αυτή η ένωση έχει πολύ ερεθιστική οσμή χραίνας σε αποσύνθεση, αλλά και κλούβιων αβγών, όταν βρίσκεαι σε υψηλότερες συγκεντρώσεις.

Υδροσελήνιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Υδροσελήνιο
Άλλες ονομασίες	Σελάνιο Υδρίδιο του σεληνίου Υδροσεληνικό οξύ Υδροσεληνίδιο Σεληνιούχο υδρογόνο Σεληνίδιο του υδρογόνου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	H2Se
Μοριακή μάζα	80,98 ± 0,03 amu
Αριθμός CAS	7783-07-5
SMILES	[SeH2]
InChI	1S/H2Se/h1H2
Αριθμός EINECS	231-978-9
Αριθμός RTECS	X1050000
Αριθμός UN	2202
PubChem CID	533
ChemSpider ID	518
Δομή
Μήκος δεσμού	146 pm
Είδος δεσμού	ομοιοπολικός
Πόλωση δεσμού	3,5% (H+-Se-)
Γωνία δεσμού	91°
Μοριακή γεωμετρία	επίπεδη γωνιακή
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	-65,73 °C
Σημείο βρασμού	-41,25 °C
Κρίσιμη θερμοκρασία	138 °C
Κρίσιμη πίεση	87,994 atm
Πυκνότητα	1.974 kg/m³ (υγρό, −41,4 °C) 1.970 kg/m³ (υγρό, στο σημείο βρασμού 3,66 kg/m³ (0 °C, 101,3 kPa) 3,553 kg/m³
Διαλυτότητα στο νερό	9,7-9,8 kg/m³ (20 °C) 7 kg/m³
Διαλυτότητα σε άλλους διαλύτες	διαλυτό στο διθειάνθρακα (CS2)
Δείκτης διάθλασης , nD	1,412 (16,85 °C)
Τάση ατμών	0,91 MPa (20 °C) 9,5 atm (21 °C)
Χημικές ιδιότητες
pKa	3,89 11,0
Επικινδυνότητα
Πολύ εύφλεκτο (F+) Πολύ τοξικό (T+) Επικίνδυνο για το περιβάλλον(N) Ερεθιστικό (Xi)
Φράσεις κινδύνου	23/25, 33, 50/53
Φράσεις ασφαλείας	1/2, 20/21, 28, 45, 60, 61
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	4 4 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Δομή και ιδιότητες

Το μόριο του υδροσεληνίου υιοθετεί μια γωνιακή δομή, με μια δεσμική γωνία των 91°.

Δεσμοί[5][6]
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός	Ισχύς δεσμού
Se-H	σ	4sp³-1s	146 pm	3,5% Se- H+	276 kJ/mol
Γωνίες
HSeH	91°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[7]
Se	-0,07
H	+0,035

Σε συνέπεια μ' αυτήν τη δομή, οι τρεις απορροφήσεις που παρατηρούνται σε φάσματα υπερύθρου του υδροσεληνίου είναι 2358, 2345 και 1034 cm^-1.

Οι ιδιότητες του υδροσεληνίου είναι παρόμοιες με αυτές του υδροθείου, αλλά το υδροσελήνιο είναι πιο όξινο, με pK_a1 = 3,89 (έναντι 6,89) και pK_a2 = 11,0 (έναντι 11,96). Εξαιτίας της αυξημένης οξύτητάς του, το υδροσελήνιο είναι και πιο υδατοδιαλυτό, 7 kg/m³ (έναντι 4 kg/m³).

Παραγωγή

Βιοχηχανικά παράγεται με ολική σύνθεση, δηλαδή με επίδραση αέριου υδρογόνου σε στοιχειακό σελήνιο, σε θερμοκρασία πάνω από 300 °C.^[8]:

${\displaystyle \mathrm {Se+H_{2}{\xrightarrow {>300^{o}C}}H_{2}Se} }$

Ένας αριθμός από μεθόδους παραγωγής υδροσεληνίου έχουν αναφερθεί, κατάλληλες για μεγάλης ή μικρής κλίμακας παραγωγή του. Σε εργαστηριακή κλίμακα χρησιμοποιείται συνήθως η υδρόλυση σεληνιούχου αργιλίου (Al₂Se₃). Μια παρόμοια αντίδραση περιλαμβάνει όξινη υδρόλυση σεληνιούχου σιδήρου (FeSe)^[9]:

${\displaystyle \mathrm {Al_{2}Se_{3}+6H_{2}O\rightleftarrows 3H_{2}Se+2Al(OH)_{3}} }$
${\displaystyle \mathrm {FeSe+2H_{2}O{\xrightarrow {H^{+}}}H_{2}Se+Fe(OH)_{2}} }$

Σύμφωνα με τη μέθοδο Σονοντά (Sonoda), το υδροσελήνιο παράγεται με αντίδραση ύδατος, μονοξειδίου του άνθρακα και στοιχειακού σεληνίου, παρουσία τριαιθυλαμίνης (Et₃N)^[10]:

${\displaystyle \mathrm {CO+H_{2}O+Se{\xrightarrow {Et_{3}N}}H_{2}Se+CO_{2}} }$

Το υδροσελήνιο μπορεί να παραγγελθεί σε ειδικούς κυλίνδρους.

Αντιδράσεις και εφαρμογές

Το υδροσελήνιο θερμολύεται στους 180 °C:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}Se{\xrightarrow {180^{o}C}}H_{2}+Se} }$

Το υδροσελήνιο υφίσταται διάσταση ως ασθενές οξύ, όταν διαλύεται σε νερό:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}Se+H_{2}O\rightleftarrows HSe^{-}+H_{3}O^{+}} }$ (pK_a1 = 3,89)

${\displaystyle \mathrm {HSe^{-}+H_{2}O\rightleftarrows Se^{2-}+H_{3}O^{+}} }$ (pK_a2 = 11,0)

Η διάσπαση υδροσεληνίου με διοξείδιο του θείου (SO₂) χρησιμοποιείται για την παραγωγή ιδιαίτερα καθαρού στοιχειακού σεληνίου:

${\displaystyle \mathrm {2H_{2}Se+SO_{2}\rightleftarrows 2H_{2}O+Se+S} }$

Ακόμη, το υδροσελήνιο χρησιμοποιείται συχνά για τη σύνθεση σεληνιούχων ενώσεων, ανόργανων και οργανικών. Δίνει αντιδράσεις προσθήκης σε αλκένια, παράγοντας σεληνόλες (RSeH). Π.χ. για αλκένια τύπου RCH=CH₂, έχουμε:

${\displaystyle \mathrm {RCH=CH_{2}+H_{2}Se{\xrightarrow {}}RCH(SeH)CH_{3}} }$

Ένα άλλο παράδειγμα χρήσης υδροσεληνίου είναι η σύνθεση σεληνουριών από νιτρίλια.^[11]:

Τέλος, το υδροσελήνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ημιαγωγικών προϊόντων με σελήνιο.

Το υδροσελήνιο χρησιμοποιήθηκε ειδικότερα στην εισαγωγή ατόμων σεληνίων για πρόσμειξη σε ημιγωγικά υλικά.

Ασφάλεια

Το αέριο υδροσελήνιο είναι βλαβερό, όντας μια από τις πιο τοξικές ενώσεις του σεληνίου και πολύ τοξικότερο από το υδρόθειο.

Ωστόσο, έχει τόσο έντονη και απαίσια οσμή, που απομακρύνει τα υποψήφια θύματά του, ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις του, εφόσον φυσικά μπορούν (να απομακρυνθούν). Η αίσθηση της οσμής του αρχίζει (συνήθως) από τη συγκέντρωση των 50 ppb (50 μg/m³). Όταν η συγκέντρωση υδροσεληνίου φθάσει τα 300 ppb (300 μg/m³), το αέριο αυτό αρχίζει να ερεθίζει τα αναπνευστικά όργανα. Από τα 1,5 ppm (1,5 mg/m³), η οσμή του υδροσεληνίου γίνεται ήδη αφόρητη. Σε ακόμη υψηλότερες συγκεντρώσεις, ακόμη και η έκθεση για λιγότερο από 1 λεπτό προσβάλλει τα μάτια, τις βλεννογόνες μεμβράνες, και προκαλεί βλάβες στο αναπνευστικό σύστημα, προκαλώντας συμπτώματα παρόμοια με αυτά του κρυολογήματος, που διαρκούν τουλάχιστον για αρκετές ημέρες μετά το συμβάν της έκθεσης στο αέριο. Παρά την πολύ υψηλή τοξικότητά του, δεν έχουν αναφερθεί ακόμη θάνατοι ανθρώπων εξαιτίας του. Θεωρείται ότι αυτό συμβαίνει εξαιτίας της τάσης του υδροσεληνίου να οξειδώνεται, σχηματίζοντας ερυθρό σελήνιο (αλλότροπο), στις βλεννογόνες μεμβράνες. Το στοιχειακό σελήνιο είναι λιγότερο τοξικό από ότι οι ενώσεις του^[3], και μάλλον αυτή η οξείδωση σε λιγότερο τοξικό χημικό είδος σώζει (προς το παρόν τουλάχιστον) τη ζωή των υποψήφιων θυμάτων του.

Έχει όριο έκθεσης μόλις 0,05 ppm εντός χρονικής περιόδου οκτώ (8) ωρών. Στη Γερμανία το μέγιστο επιτρεπόμενο όριο συγκέντρωσης υδροσεληνίου στο πόσιμο νερό είναι 8 μg/l, ενώ στις ΗΠΑ 10 μg/l.^[8][12].