Sélénium
Le selénium est un élément chimique avec le symbole Se et le numéro atomique 34. Il est un non-métal avec des propriétés qui sont intermédiaires entre celles de ses éléments périodiques du groupe-adjacent chalcogène de l'émeraude et le tellurium. Il est rarement présent en tant qu'élément pur dans la nature, ou comme des composés minéraux purs.
Identité
- Masse atomique
- 78.972 u
- Catégorie
- Non-métaux réactifs
- Groupe
- 16
- Période
- 4
- Bloc
- p
- États d'oxydation
- −2, +4, +6
- État physique (à 25 °C)
- Solide
- Apparence
- allotropes noirs, rouges et gris (non représentés)
Structure électronique
- Configuration électronique
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4
- Configuration abrégée
- [Ar] 3d10 4s2 4p4
- Électrons par couche
- 2, 8, 18, 6
- Électronégativité (Pauling)
- 2.55
- Affinité électronique
- 195 kJ/mol
- 1ʳᵉ énergie d'ionisation
- 941 kJ/mol
- Énergies d'ionisation
- 941 · 2045 · 2974 · 4144 · 6590… kJ/mol
Propriétés physiques
- Point de fusion
- 220.9 °C (494 K)
- Point d'ébullition
- 684.9 °C (958 K)
- Densité
- 4.81 g/cm³
- Capacité thermique molaire
- 25.4 J/(mol·K)
Comportement chimique de l'sélénium
Le sélénium est un métalloïde du groupe 16 qui présente les états d’oxydation −2, +4 et +6, les états +4 et +6 étant les plus stables. Son électronégativité de 2,55 (échelle de Pauling) lui confère des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des non-métaux, avec un caractère légèrement plus non métallique que le soufre. Ses liaisons sont principalement covalentes, avec une tendance à former deux liaisons orientées selon une géométrie angulaire. Exception : le sélénium cristallin gris présente des propriétés de semi-conducteur et peut augmenter sa conductivité en présence de lumière (effet photoconducteur).
Réactivité
Se + 2 NaOH -> Na2SeO3 + H2O
Le sélénium réagit avec une base forte à chaud pour former du sélénite de sodium, ce qui illustre son comportement amphotère en milieu basique.
Se + 2 HNO3 -> H2SeO3 + 2 NO2
Le sélénium réagit avec l’acide nitrique concentré et est oxydé en sélénite, un composé stable du sélénium.
Se + 2 H2O -> H2Se + O2 (posteriormente H2SeO3, con oxigeno)
Le sélénium réagit avec l’oxygène à haute température pour former des oxydes de sélénium, qui réagissent ensuite avec l’eau pour donner de l’acide sélénieux.
Composés notables
| Composé | Formule | Utilisation ou importance |
|---|---|---|
| Séléniure de zinc | ZnSe | Matériau semi-conducteur utilisé dans les diodes, les transistors et les dispositifs électroluminescents |
| Séléniure de cadmium | CdSe | Semi-conducteur utilisé dans les cellules photoélectriques, les écrans et les pigments rougeâtres |
| Acide sélénieux | H2SeO3 | Composé dans lequel le sélénium présente l’état d’oxydation +4 ; précurseur de sels et de composés du sélénium |
| Acide sélénique | H2SeO4 | Composé dans lequel le sélénium présente l’état d’oxydation +6 ; oxydant puissant et précurseur des sels de sélénate |
Distribution de la couche électronique
Afficher dans le générateur d'atomesIsotopes
Le sélénium naturel est constitué de six isotopes stables : le sélénium 74 (⁷⁴Se, 0,89 %), le sélénium 76 (⁷⁶Se, 9,37 %), le sélénium 77 (⁷⁷Se, 7,63 %), le sélénium 78 (⁷⁸Se, 23,77 %), le sélénium 80 (⁸⁰Se, 49,61 %) et le sélénium 82 (⁸²Se, 8,73 %). Le plus abondant est le ⁸⁰Se. Les trois premiers sont stables, tout comme les trois derniers ; le ⁸²Se possède une demi-vie effective extrêmement longue (environ 10²⁰ ans). Il n’existe pas d’isotopes radioactifs présentant une importance environnementale notable ; son abondance constante en fait une référence stable pour les analyses quantitatives par spectrométrie de masse.
Occurrence et production
Le sélénium est relativement rare dans la croûte terrestre, où sa concentration est d’environ 0,05 ppm. Il se trouve principalement sous forme de composés, notamment dans le séléniure de cuivre (Cu₂Se) et l’anhydride sélénieux (SeO₃). Il est obtenu comme sous-produit du raffinage du cuivre, dans le cadre de l’exploitation minière. Les principales réserves se trouvent en Russie, au Canada, aux États-Unis, au Zimbabwe et au Chili. Le sélénium n’apparaît jamais à l’état libre dans la nature : il est toujours associé à d’autres éléments dans les minéraux. Les plantes qui accumulent le sélénium en grandes quantités se développent dans des sols riches en cet élément, notamment dans certaines régions de Chine, du Dakota du Sud et du Zimbabwe.
Histoire et origine du nom
Le sélénium a été découvert en 1817 par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius, qui l’a identifié accidentellement dans l’industrie sucrière de Humboldt, en Suède. Berzelius a remarqué que cette substance partageait des propriétés avec les métaux et les non-métaux. Il l’a baptisée « sélénium », d’après le grec « selene » (la Lune), en référence à sa ressemblance avec le soufre. Sa découverte est considérée comme l’une des premières applications de la chimie analytique dans l’industrie chimique.
Applications et importance de l'sélénium
Utilisations de l'élément
Le sélénium est utilisé dans les matériaux semi-conducteurs destinés aux dispositifs photoconducteurs, aux cellules photoélectriques et aux appareils de reproduction d’images. Il entre également dans la composition de certains alliages afin d’améliorer leur conductivité et leur résistance à la corrosion, ainsi que dans certaines formulations industrielles nécessitant des matériaux aux propriétés optiques et électriques particulières.
Utilisations de ses composés
Les composés du sélénium sont utilisés dans la fabrication de verres colorés (pour obtenir des teintes rouges ou neutraliser des nuances verdâtres), dans les panneaux photovoltaïques à haut rendement, dans les cellules photoélectriques photoconductrices destinées aux capteurs de lumière et dans certains composants électroluminescents. Les séléniures de cadmium (CdSe, avec le CdTe) sont utilisés dans les cellules solaires à couches minces.
Santé, sécurité et environnement
Rôle biologique
Le sélénium est un élément essentiel à l’état de traces pour les êtres vivants. Il entre dans la composition des sélénoprotéines, un groupe de protéines qui incorporent l’acide aminé sélénocystéine. Certaines participent à la régulation de l’état d’oxydation de la cellule et à la protection contre certains dommages oxydatifs. D’autres interviennent dans le métabolisme des hormones thyroïdiennes. La présence de sélénium modifie les propriétés chimiques du centre actif de ces protéines, ce qui permet certaines réactions biologiques. Sa fonction dépend de son incorporation sous des formes chimiques spécifiques, et non de sa simple présence en tant qu’élément. Une carence en sélénium peut entraîner des problèmes de santé, tandis qu’un excès est toxique.
Sécurité
Le sélénium est toxique à fortes doses, en particulier sous forme de composés inorganiques. L’exposition aux vapeurs de sélénium peut irriter les yeux, les voies respiratoires et le système digestif. Le sélénium métallique est stable et ne réagit pas facilement, mais les composés inorganiques sont toxiques. Le tellure et le sélénium sont principalement éliminés par le métabolisme, mais les conditions d’exposition doivent être maîtrisées grâce à une ventilation adéquate, à une protection respiratoire et au port de gants. Le sélénium doit être manipulé dans des zones bien ventilées, avec des équipements de protection individuelle adaptés et un contrôle rigoureux de l’exposition environnementale.
Environnement
Le sélénium ne se dégrade pas dans l’environnement et son accumulation peut affecter les sols et les eaux de surface. Les rejets industriels de composés du sélénium peuvent être dangereux pour la vie aquatique. Des systèmes de filtration adaptés et des technologies de gestion des déchets sont essentiels pour prévenir la pollution. Le sélénium présent dans les alliages métalliques est considéré comme un composé stable et sûr lorsqu’il est utilisé correctement. Les sols naturellement riches en sélénium peuvent présenter un danger pour les écosystèmes si la végétation en absorbe des quantités excessives.
Questions fréquentes sur l' Sélénium
Pourquoi le sélénium peut-il modifier sa conductivité électrique lorsqu’il reçoit de la lumière ?
Certaines formes de sélénium présentent une photoconductivité, une propriété grâce à laquelle leur conductivité électrique augmente lorsqu’elles sont exposées à la lumière. L’énergie lumineuse facilite la génération de porteurs de charge capables de transporter le courant. Ce phénomène a suscité un intérêt pour le développement de cellules photoélectriques, de capteurs de lumière et de dispositifs de reproduction d’images. Bien que bon nombre de ces applications aient été remplacées par des technologies plus modernes, la photoconductivité du sélénium reste un exemple remarquable du lien entre lumière et électricité.
Pourquoi le sélénium présente-t-il différentes couleurs ?
Le sélénium possède plusieurs formes structurales, appelées allotropes, dont les propriétés optiques diffèrent. Certaines variétés amorphes présentent des teintes rougeâtres, tandis que le sélénium cristallin gris a un aspect sombre et se comporte comme un semi-conducteur. Ces différences sont dues à l’organisation des atomes et à la manière dont leur structure électronique interagit avec la lumière. La couleur du sélénium n’est donc pas unique : elle dépend de la forme spécifique du matériau et des conditions dans lesquelles il se trouve.
Pourquoi le sélénium est-il utilisé dans certains verres ?
Certains composés du sélénium sont incorporés au verre pour modifier sa couleur et ses propriétés optiques. Selon la composition et les conditions de fabrication, ils peuvent contribuer à produire des teintes rouges ou à neutraliser les nuances verdâtres causées par d’autres impuretés. L’effet ne dépend pas uniquement de la quantité de sélénium, mais aussi de sa forme chimique et des autres composants présents. Les fabricants ajustent donc soigneusement la formulation afin d’obtenir un aspect uniforme et les caractéristiques visuelles recherchées.
Pourquoi le sélénium est-il important dans certains dispositifs d’imagerie ?
Le sélénium présente des propriétés photoconductrices qui permettent de transformer les variations de l’éclairage en variations d’un signal électrique. Cette caractéristique a été exploitée dans des technologies historiques de reproduction d’images et reste pertinente dans certains systèmes de détection spécialisés. Dans certains appareils de radiographie numérique, par exemple, une couche de sélénium amorphe peut convertir directement les rayons X en charges électriques, sans devoir les convertir d’abord en lumière visible. Ce mécanisme est appelé conversion directe et permet d’enregistrer des images à l’aide de détecteurs conçus à cet effet.
Quel rôle le sélénium joue-t-il dans les protéines du corps humain ?
Le sélénium entre dans la composition des sélénoprotéines, un groupe de protéines qui incorporent l’acide aminé sélénocystéine. Certaines participent à la régulation de l’état d’oxydation de la cellule et à la protection contre certains dommages oxydatifs. D’autres interviennent dans le métabolisme des hormones thyroïdiennes. La présence de sélénium modifie les propriétés chimiques du centre actif de ces protéines, ce qui permet certaines réactions biologiques. Sa fonction dépend de son incorporation sous des formes chimiques spécifiques, et non de sa simple présence en tant qu’élément.
Quelle est la différence entre le sélénium et le soufre ?
Le sélénium et le soufre appartiennent au même groupe du tableau périodique et partagent certaines caractéristiques chimiques, mais ils ne se comportent pas de manière identique. Le sélénium est plus polarisable et ses liaisons présentent des propriétés différentes, ce qui influence la stabilité et la réactivité de ses composés. De plus, le sélénium peut être incorporé aux protéines sous forme de sélénocystéine, tandis que le soufre est présent dans des acides aminés comme la cystéine et la méthionine. Ces différences influencent aussi bien la chimie inorganique que les processus biologiques.
Qu’est-ce que la sélénocystéine et pourquoi est-elle particulière ?
La sélénocystéine est un acide aminé qui contient du sélénium à la place du soufre présent dans la cystéine. Elle est incorporée à certaines protéines grâce à un mécanisme cellulaire spécialisé, différent de celui utilisé pour la plupart des acides aminés. Son atome de sélénium peut faciliter des réactions chimiques importantes, notamment celles liées au transfert d’électrons. Bien que sa structure soit similaire à celle de la cystéine, ses propriétés chimiques sont différentes. Cette différence permet à certaines enzymes d’accomplir des fonctions qui dépendent de la réactivité caractéristique du sélénium.
Principales sources consultées : PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Dernière révision : novembre 2026.