El selenio fue descubierto en 1817 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) y su asistente Johan Gottlieb Gahn. Berzelius trabajaba en una fábrica de ácido sulfúrico en Gripsholm, Suecia, donde estudiaba un depósito rojizo que se acumulaba en el fondo de las cámaras de plomo utilizadas para la producción de ácido. Este residuo se consideraba inicialmente telurio, un elemento descubierto unos años antes.
Al analizar minuciosamente este depósito, Berzelius notó diferencias significativas con el telurio. Tras una serie de experimentos químicos, logró aislar un nuevo elemento al que llamó selenio, del griego selene, que significa luna, en analogía con el telurio, cuyo nombre deriva de tellus (la Tierra). Esta denominación reflejaba la relación entre estos dos elementos químicamente similares.
El descubrimiento del selenio por Berzelius fue una contribución importante a la química del siglo XIX. Berzelius ya era célebre por haber descubierto varios otros elementos, como el cerio, el torio y el silicio, y por haber desarrollado la notación química moderna utilizando símbolos alfabéticos.
En 1873, el electricista británico Willoughby Smith descubrió que la conductividad eléctrica del selenio aumentaba considerablemente bajo el efecto de la luz. Esta propiedad fotoeléctrica revolucionaria abrió el camino a numerosas aplicaciones tecnológicas y convirtió al selenio en uno de los primeros materiales utilizados en celdas fotoeléctricas, fotómetros y los primeros sistemas de televisión mecánica.
El selenio (símbolo Se, número atómico 34) es un no metal del grupo 16 de la tabla periódica, perteneciente a la familia de los calcógenos junto con el oxígeno, el azufre, el telurio y el polonio. Su átomo tiene 34 protones, generalmente 46 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{80}\mathrm{Se}\)) y 34 electrones con la configuración electrónica [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴.
El selenio presenta varias formas alotrópicas con propiedades físicas muy diferentes. La forma más estable es el selenio gris (selenio metálico o selenio hexagonal), un sólido gris metálico brillante con una estructura cristalina hexagonal. Esta forma tiene una densidad de 4,81 g/cm³ y presenta propiedades semiconductoras notables, con una conductividad que aumenta en un factor de 1000 bajo el efecto de la luz.
El selenio rojo existe en dos formas alotrópicas distintas: selenio rojo α (monoclínico) y selenio rojo β (monoclínico), ambos compuestos por moléculas cíclicas Se₈. Estas formas rojas se obtienen por enfriamiento rápido de selenio fundido o por precipitación a partir de soluciones. Son inestables y se transforman lentamente en selenio gris a temperatura ambiente.
El selenio amorfo (o selenio vítreo negro) se obtiene por enfriamiento muy rápido de selenio líquido. Esta forma vítrea negra tiene una estructura desordenada y también se transforma en selenio gris cuando se calienta por encima de 180 °C. Esta forma se utilizó históricamente en rectificadores y celdas fotoeléctricas.
El selenio se funde a 221 °C (494 K) y hierve a 685 °C (958 K). El líquido obtenido durante la fusión es inicialmente rojizo y se vuelve progresivamente negro debido a la polimerización. La viscosidad del selenio líquido también aumenta drásticamente con la temperatura debido a la formación de largas cadenas moleculares.
Punto de fusión del selenio: 494 K (221 °C).
Punto de ebullición del selenio: 958 K (685 °C).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Selenio-74 — \(\,^{74}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 40 | 73,922476 u | ≈ 0,89 % | Estable | Isótopo estable más ligero del selenio natural. |
| Selenio-76 — \(\,^{76}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 42 | 75,919214 u | ≈ 9,37 % | Estable | Isótopo estable utilizado como trazador en biología. |
| Selenio-77 — \(\,^{77}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 43 | 76,919914 u | ≈ 7,63 % | Estable | Posee un espín nuclear utilizado en espectroscopia RMN. |
| Selenio-78 — \(\,^{78}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 44 | 77,917309 u | ≈ 23,77 % | Estable | Segundo isótopo más abundante del selenio natural. |
| Selenio-80 — \(\,^{80}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 46 | 79,916521 u | ≈ 49,61 % | Estable | Isótopo más abundante del selenio, representando casi la mitad del selenio natural. |
| Selenio-82 — \(\,^{82}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 48 | 81,916699 u | ≈ 8,73 % | ≈ 1,08 × 10²⁰ años | Radiactivo (β⁻β⁻). Doble desintegración beta extremadamente lenta, considerado cuasi-estable. |
| Selenio-75 — \(\,^{75}\mathrm{Se}\,\) | 34 | 41 | 74,922523 u | Sintético | ≈ 119,8 días | Radiactivo (captura electrónica). Emisor gamma utilizado en radiografía industrial y medicina. |
N.B. :
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El selenio tiene 34 electrones distribuidos en cuatro capas electrónicas. Su configuración electrónica completa es: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴, o de manera simplificada: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴. Esta configuración también puede escribirse como: K(2) L(8) M(18) N(6).
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos en 2s² 2p⁶. Esta capa también está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones distribuidos en 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. La presencia de la subcapa 3d completa es característica de los elementos post-transición e influye significativamente en las propiedades del selenio.
Capa N (n=4): contiene 6 electrones distribuidos en 4s² 4p⁴. Estos seis electrones son los electrones de valencia del selenio.
Los 6 electrones de la capa externa (4s² 4p⁴) son los electrones de valencia del selenio. Esta configuración explica su gran diversidad química:
El estado de oxidación más común del selenio es -2, donde gana dos electrones para completar su capa de valencia, formando el ion seleniuro Se²⁻ con la configuración [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁶, isoelectrónico con el criptón. Los seleniuros metálicos como Na₂Se o ZnSe son importantes en química y tecnología.
El estado de oxidación +4 también es muy importante, especialmente en el dióxido de selenio (SeO₂), un compuesto anfótero ampliamente utilizado en síntesis orgánica. En este estado, el selenio utiliza cuatro de sus electrones de valencia para formar enlaces.
El estado de oxidación +6 aparece en los compuestos más oxidados como el ácido selénico (H₂SeO₄) y el trióxido de selenio (SeO₃). Estos compuestos son oxidantes poderosos, donde el selenio utiliza todos sus electrones de valencia disponibles.
También existen estados de oxidación intermedios: +2 en el dicloruro de selenio (SeCl₂) y -1 en los diseleniuros orgánicos (R-Se-Se-R). El estado 0 corresponde al selenio elemental en sus diversas formas alotrópicas.
La química del selenio presenta muchas similitudes con la del azufre, su homólogo más ligero en el grupo 16, aunque el selenio es generalmente menos electronegativo y forma enlaces más largos y débiles. Esta diferencia se manifiesta en una mayor polarizabilidad y una mejor capacidad para formar compuestos con metales de transición.
El selenio gris es relativamente estable en el aire a temperatura ambiente, oxidándose solo lentamente. Sin embargo, cuando se calienta al aire, arde con una llama azul característica, formando dióxido de selenio (SeO₂), que se desprende como humo blanco con un olor acre a rábanos podridos: Se + O₂ → SeO₂. Este olor distintivo se debe a los compuestos volátiles de selenio.
El selenio reacciona con el hidrógeno a alta temperatura para formar seleniuro de hidrógeno (H₂Se), un gas extremadamente tóxico y maloliente, más tóxico que el sulfuro de hidrógeno (H₂S). El H₂Se es inestable y se descompone fácilmente en hidrógeno y selenio elemental.
Con ácidos oxidantes, el selenio reacciona para formar ácido selenioso (H₂SeO₃) o ácido selénico (H₂SeO₄) según las condiciones. El ácido nítrico concentrado y caliente oxida el selenio: 3Se + 4HNO₃ + H₂O → 3H₂SeO₃ + 4NO. El selenio es resistente a los ácidos no oxidantes diluidos.
El selenio disuelto en soluciones alcalinas forma selenitos (SeO₃²⁻) y seleniuros (Se²⁻) según las condiciones: 3Se + 6OH⁻ → 2Se²⁻ + SeO₃²⁻ + 3H₂O. Esta reacción de dismutación es característica de los calcógenos en medio básico.
El selenio reacciona directamente con todos los halógenos para formar diversos haluros: Se + X₂ → SeX₂ o SeX₄ (donde X = F, Cl, Br, I). El tetrafluoruro de selenio (SeF₄) y el hexafluoruro de selenio (SeF₆) son particularmente estables. El dicloruro de selenio (SeCl₂) y el tetracloruro (SeCl₄) son líquidos utilizados como reactivos.
El selenio forma fácilmente compuestos organoseleniados, análogos a los compuestos de azufre pero generalmente más reactivos. Los seleniuros orgánicos, selenoles (R-SeH), selénidos (R-Se-R') y ácidos selénicos orgánicos desempeñan un papel importante en química orgánica y bioquímica. Algunos aminoácidos esenciales contienen selenio, notablemente la selenocisteína y la selenometionina.
El selenio es un oligoelemento esencial para la salud humana y animal. Desempeña un papel crucial en el funcionamiento de varias enzimas antioxidantes, notablemente las glutation peroxidasas (GPx) y las tiorredoxina reductasas (TrxR), que protegen las células contra el daño oxidativo causado por los radicales libres.
El selenio se incorpora a las proteínas en forma de selenocisteína, a veces llamada el 21º aminoácido. Esta incorporación requiere una maquinaria celular especializada que reconoce un codón específico (UGA), normalmente utilizado como señal de parada para la traducción. Se han identificado unas 25 selenoproteínas en humanos.
La ingesta diaria recomendada de selenio para un adulto es de aproximadamente 55 microgramos por día. La deficiencia de selenio puede provocar trastornos cardíacos (enfermedad de Keshan), trastornos tiroideos y un sistema inmunológico debilitado. La enfermedad de Keshan, descubierta en la década de 1930 en China, es una cardiomiopatía causada por una deficiencia severa de selenio en los suelos de ciertas regiones.
Sin embargo, el selenio tiene un margen terapéutico estrecho entre las dosis beneficiosas y tóxicas. Una ingesta excesiva de selenio (más de 400 microgramos por día) puede causar selenosis, caracterizada por la pérdida de cabello y uñas, trastornos gastrointestinales, problemas neurológicos y un olor a ajo característico en el aliento debido a la eliminación de compuestos metilados de selenio.
Las principales fuentes alimentarias de selenio incluyen las nueces de Brasil (excepcionalmente ricas en selenio), los mariscos, las vísceras, las carnes, los cereales integrales y los huevos. El contenido de selenio en los alimentos vegetales depende en gran medida de la concentración de selenio en los suelos donde se cultivaron.
El selenio se sintetiza en las estrellas a través de varios procesos de nucleosíntesis estelar. Los isótopos de selenio se producen principalmente por el proceso s (captura lenta de neutrones) en estrellas de la rama asintótica de las gigantes (AGB), así como por el proceso r (captura rápida de neutrones) durante eventos cataclísmicos como supernovas de tipo II o fusiones de estrellas de neutrones.
La distribución de los seis isótopos estables del selenio (\(\,^{74}\mathrm{Se}\), \(\,^{76}\mathrm{Se}\), \(\,^{77}\mathrm{Se}\), \(\,^{78}\mathrm{Se}\), \(\,^{80}\mathrm{Se}\), \(\,^{82}\mathrm{Se}\)) refleja las diferentes contribuciones de los procesos s y r a la nucleosíntesis. El estudio de las proporciones isotópicas del selenio en meteoritos primitivos proporciona información valiosa sobre las condiciones de formación del sistema solar y la contribución relativa de los diferentes procesos de nucleosíntesis.
La abundancia cósmica del selenio es relativamente baja, aproximadamente 3×10⁻⁹ veces la del hidrógeno en número de átomos. Esta rareza se explica por las dificultades en la síntesis de núcleos en esta región de masa atómica (A ≈ 75-82) y por el hecho de que el selenio se encuentra en una zona de estabilidad nuclear moderada.
Las líneas espectrales del selenio ionizado (Se II, Se III) han sido detectadas en los espectros de ciertas estrellas calientes y objetos estelares peculiares. La observación de estas líneas permite estudiar el enriquecimiento químico de las estrellas y la evolución química de las galaxias a lo largo del tiempo cósmico.
El selenio también desempeña un papel interesante en el estudio de las anomalías isotópicas en los meteoritos. Ciertas inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAIs) muestran excesos de selenio-82, lo que sugiere la contribución de granos presolares formados en entornos estelares específicos antes de la formación del sistema solar.
N.B. :
El selenio está presente en la corteza terrestre a una concentración media de aproximadamente 0,00005% en masa (0,5 ppm), lo que lo convierte en un elemento relativamente raro, comparable al mercurio. Generalmente no forma sus propios minerales, sino que se encuentra asociado a otros elementos, principalmente en sulfuros metálicos de cobre, plomo, níquel y plata. Los principales minerales portadores de selenio son la clausthalita (PbSe), la tiemannita (HgSe) y la naumannita (Ag₂Se).
El selenio se extrae principalmente como subproducto del refinado electrolítico del cobre, donde se acumula en los lodos anódicos. Otra fuente importante es el procesamiento de minerales de plomo y zinc. La producción mundial de selenio es de aproximadamente 2.500 toneladas por año, principalmente en Japón (≈ 40%), Bélgica, Alemania, Canadá y Rusia.
La distribución del selenio en los suelos terrestres es muy desigual. Algunas regiones, como las Grandes Llanuras en los Estados Unidos, tienen suelos ricos en selenio, mientras que otras, como ciertas provincias chinas, presentan una deficiencia severa de selenio. Esta disparidad geográfica tiene implicaciones importantes para la salud pública y la agricultura.
El reciclaje del selenio se está volviendo cada vez más importante con el crecimiento de la electrónica y la energía fotovoltaica. El selenio puede recuperarse de fotocopiadoras usadas, paneles solares al final de su vida útil y procesos industriales. La tasa actual de reciclaje se estima en alrededor del 30% de la producción total, significativamente mayor que la de muchos otros elementos raros.
La demanda mundial de selenio está aumentando regularmente, impulsada principalmente por el sector de la energía solar fotovoltaica, la metalurgia y los suplementos alimenticios. El selenio se considera un elemento estratégico para varios países debido a su importancia en las tecnologías verdes y la concentración geográfica de su producción.
