Selenium là gì? Tính chất, ứng dụng và vai trò thiết yếu trong công nghiệp và sức khỏe

Selenium – còn được gọi là selenium – là một yếu tố hóa học độc đáo: cả vật liệu công nghiệp quan trọng và chất dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể sống, nhưng nó cũng có thể trở nên độc hại nếu vượt quá liều lượng. Được sử dụng trong thủy tinh, chất bán dẫn, pin mặt trời, nông nghiệp và y học, selen có mặt ở khắp mọi nơi trong cuộc sống hiện đại. Bài viết sau đây sẽ giúp bạn hiểu từ các đặc điểm hóa học, nguồn gốc cho các ứng dụng và tác động của selen trong nhiều lĩnh vực.

1. Selenium là gì?

Selenium (Biểu tượng: SE, Số nguyên tử: 34) là một nguyên tố không phải là một nhóm chalcogen – cùng nhóm với oxy, lưu huỳnh và telurium. Nó được phát hiện vào năm 1817 bởi nhà hóa học Thụy Điển Jöns Jakob Berzelius khi nghiên cứu tạp chất trong axit sunfuric.

Trạng thái tự nhiên:

• Selenium không tồn tại nhiều ở một dạng duy nhất nhưng chủ yếu trong các quặng sunfua kim loại như đồng, chì và kẽm.

• Có thể tồn tại trong nhiều dạng hình dạng khác nhau: vô cơ (màu đỏ), pha lê (màu xám kim loại) và ác độc.

2. Tính chất vật lý và hóa học của selen

Thuộc tính	Giá trị
Biểu tượng hóa học	Se
Nguyên tử	34
Trạng thái vật lý	Rắn
Màu sắc	Gạch đỏ (dạng vô định hình) – Màu xám kim loại (dạng pha lê)
Điểm nóng nóng chảy	221 ° C.
Điểm sôi	685 ° C.
Độ dẫn điện	Chất bán dẫn, ánh sáng nhạy cảm
Cấu trúc tinh thể	Luc Phuong hoặc tà ác
Hóa chất	Phản ứng với oxy, halogen, axit mạnh

Tính chất vượt trội:

• Tính chất bán dẫn nhạy cảm: Khả năng tiến hành tăng điện khi tiếp xúc với ánh sáng – nền tảng cho các ứng dụng trong quang điện.

• Có thể tạo ra các hợp chất ở nhiều trạng thái oxy hóa: -2 (selenide), 0, +4 (selenite), +6 (selenate).

• Tạo một liên kết dễ dàng với kim loại, chất hữu cơ và các ion halogen – tính linh hoạt trong hóa học cao.

3. Nguồn gốc và dự trữ toàn cầu

Selenium là một nguyên tố hiếm, với nồng độ trung bình trong lớp vỏ trái đất khoảng 0,05 ppm. Nó không được khai thác trực tiếp mà thu được dưới dạng sản phẩm phụ từ đồng, chì, kẽm – đặc biệt là từ bùn cực dương trong điện phân đồng.

Các quốc gia sản xuất chính:

• Trung Quốc, Nhật Bản, Nga, Đức, Chile, Canada

• Hoa Kỳ: Hầu hết sử dụng selen được nhập từ các nguồn tinh chế

Tổng sản lượng selen toàn cầu được ước tính khoảng 2.000 – 2.500 tấn/năm – tương đối nhỏ, nhưng đóng một vai trò thiết yếu trong nhiều chuỗi cung ứng.

4. Ứng dụng công nghiệp của Selenium

Selenium là một yếu tố rất linh hoạt, được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp từ công nghệ truyền thống đến cao. Mặc dù sản lượng không lớn, Selenium đóng vai trò thiết yếu trong chuỗi sản xuất của nhiều ngành công nghiệp chính, đặc biệt là thủy tinh, điện tử, luyện kim, nông nghiệp và ngành công nghiệp hóa học.

4.1. Trong ngành sản xuất thủy tinh và gốm

Trong sản xuất thủy tinh và gốm, selen là một thành phần chính giúp điều chỉnh màu sắc và chất lượng sản phẩm. Các ion selen được thêm vào để loại bỏ màu xanh lá cây do tạp chất sắt trong kính, do đó tạo ra một thủy tinh trắng rõ ràng hơn hoặc màu đỏ hổ phách, màu đỏ ruby ​​hấp dẫn. Điều này rất quan trọng trong việc sản xuất chai thực phẩm, bóng đèn, kính trang trí và vật liệu xây dựng cao. Ngoài ra, selen cũng được sử dụng trong men gốm gốm và màu gốm để tạo ra màu đỏ, hồng hoặc cam, không thể quên, không thể quên ở nhiệt độ cao – điều mà các màu truyền thống thường không được đảm bảo.

4.2. Trong thiết bị điện tử và quang điện

Trong lĩnh vực điện tử và công nghệ quang điện, tinh thể selen (dạng màu xám) được biết đến với các đặc tính bán dẫn đặc trưng và độ nhạy sáng cao. Từ giữa thế kỷ 20, selenium là thành phần chính trong tế bào quang điện, cảm biến ánh sáng và máy photocopy nhờ khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện hiệu quả. Mặc dù nhiều công nghệ đã chuyển sang silicon hoặc các vật liệu phức tạp khác ngày nay, Selenium vẫn đóng vai trò quan trọng trong một số lĩnh vực cụ thể như công nghệ CIGS pin mặt trời mỏng (đồng indium gallium selenide). Tế bào mặt trời CIGS sử dụng selen để tăng hiệu quả chuyển đổi năng lượng, đặc biệt là trong điều kiện ánh sáng yếu và nhiệt độ cao, đồng thời mang lại sự linh hoạt về thiết kế vì nó có thể được bao phủ với nhiều bề mặt khác nhau như mái, thủy tinh hoặc vật liệu cong. Nhờ vai trò này, Selenium trở thành một trong những vật liệu thiết yếu cho quá trình chuyển đổi năng lượng tái tạo toàn cầu.

4.3. Trong luyện kim và hợp kim đặc biệt

Trong ngành luyện kim, selen được thêm vào để dẫn, đồng, hợp kim sắt để cải thiện cơ học và gia công. Hợp kim Selenium có lực kéo và khả năng chống kháng vượt trội, thường được áp dụng trong việc sản xuất pin axit-axit, máy móc công nghiệp và thiết bị hoạt động trong môi trường hóa học. Các hợp kim thép bổ sung Selenium được sử dụng để tăng độ chính xác của xử lý cơ học và giảm gãy xương trong quá trình làm mát, do đó làm tăng tuổi thọ và độ tin cậy của các thành phần. Đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô, máy bay và thiết bị hạng nặng, các hợp kim có chứa selen đã được chứng minh là tốt hơn và dễ hàn – thuận tiện – được xử lý nhiều hơn so với kim loại nguyên chất.

4.4. Trong nông nghiệp và thực phẩm chăn nuôi

Trong lĩnh vực nông nghiệp và thức ăn cho động vật, selenium là một vi chất dinh dưỡng không thể thiếu cho động vật. Ở nhiều vùng đất thiếu selen – đặc biệt là những ngọn núi cao, đất chua – cây trồng và động vật dễ bị tăng trưởng, sinh sản và miễn dịch. Selenium bổ sung cho thức ăn của động vật dưới dạng selenite hoặc selenomethionine giúp cải thiện đáng kể sức đề kháng, tăng tăng trưởng, giảm tỷ lệ mắc bệnh đường ruột và viêm. Đồng thời, selen cũng giúp cải thiện chất lượng thịt và sữa, kéo dài thời gian lưu trữ và giảm quá trình oxy hóa lipid. Các quốc gia có ngành chăn nuôi phát triển như Hoa Kỳ, Canada, Brazil và Trung Quốc đều có các chất bổ sung bắt buộc đối với selenium để ăn kiêng thực phẩm ở những khu vực có đất Selenium nghèo.

4.5. Trong ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm

Bên cạnh đó, selen cũng có mặt trong ngành hóa học, chất xúc tác và dược phẩm. Ở dạng oxit (SEO₂), selenium đóng vai trò chất xúc tác trong các phản ứng oxy hóa hữu cơ như tổng hợp axit cacboxylic, aldehyd và ketone – đặc biệt là hiệu quả trong sản xuất hóa chất trung gian cho ngành dược phẩm. Một số hợp chất selen hữu cơ như ebselen, diphenyl diselenide đang được nghiên cứu như các chất chống oxy hóa có khả năng điều trị các bệnh viêm mãn tính, không nhiễm trùng thần kinh và thậm chí là nhiễm virus. Gần đây, trong lĩnh vực dược phẩm tái tạo và riêng lẻ, selenium cũng đã được sử dụng để phát triển các hạt nano sinh học tự do có thể điều chỉnh thuốc thành khối u hoặc tổn thương mô.

5. Vai trò của selen trong sinh học và y học

Selenium là một yếu tố dấu vết thiết yếu cho con người và động vật, tham gia vào nhiều quá trình sinh học quan trọng:

Vai trò sinh học:

• Thành phần cấu trúc của hơn 25 enzyme và protein selen (selenoprotein)

• Chống oxy hóa, giảm viêm

• Điều chỉnh chức năng tuyến giáp

• Tăng hệ thống miễn dịch

Thiếu selen có thể gây ra:

• Bệnh Keshan (Viêm cơ tim – Thường thấy ở vùng núi Trung Quốc)

• Suy giảm miễn dịch, rối loạn sinh sản, tăng nguy cơ ung thư

Quá liều selen:

• Ngộ độc selen (selenosis): rụng tóc, hôi miệng, tổn thương thần kinh

• Ngưỡng an toàn cho người lớn: ~ 55 mcg/ngày (tối đa 400 mcg/ngày)

Cân bằng Selen là một điều kiện bắt buộc để duy trì sức khỏe lâu dài – cả thiếu và dự phòng đều nguy hiểm.

6. Tác động và an toàn môi trường

Selen quá mức từ phân bón, thức ăn cho động vật hoặc chất thải công nghiệp có thể gây ô nhiễm đất và nước. Sức mạnh selen trong các sinh vật dưới nước có thể ảnh hưởng đến việc sinh sản các loài chim nước ngọt và nước ngọt.

Selenium – với nhiều tài sản và ứng dụng – là một yếu tố đa nhiệm của thế kỷ 21. Từ các ứng dụng công nghiệp nặng như thủy tinh, điện tử, năng lượng mặt trời đến vai trò thiết yếu trong sức khỏe của con người và động vật, Selenium là một phần không thể thiếu trong chuỗi sản xuất và giá trị sinh học toàn cầu.

Tuy nhiên, với các đặc điểm của “cả một loại thuốc – và độc hại”, selenium cần được sử dụng theo cách kiểm soát và bền vững, để tối đa hóa tiềm năng trong khi bảo vệ môi trường sức khỏe và sống của con người.

Nguồn: https://merakicenter.edu.vn/ Tác giả: Nguyễn Lân dũng