34. Selen (Se) - Der Mondstein der Chemie

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt, bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu produzieren heute begeben wir uns auf eine Reise zu einem Element. Das nach dem Mond benannt ist, das Leben ermöglicht und gleichzeitig töten kann, das in deinem Körper steckt und in deinem Smartphone, das jahrhundertelang verwechselt und unterschätzt wurde und das dennoch still und leise zu einem der wichtigsten Elemente unserer modernen Welt geworden ist. Wir reisen heute zum Element Nummer 34 im Periodensystem. Wir reisen zum Selen es ist das Jahr 1817. Europa befindet sich in einem

0:54 Jahrzehnt des Umbruchs. Napoleon ist besiegt, die industrielle Revolution beginnt, ihre ersten großen Räder zu drehen und in den Laboratorien des Kontinents arbeiten Chemikerinnen und Chemiker fieberhaft daran, die Bausteine der Welt zu entschlüsseln. Das Periodensystem, so wie wir es heute kennen, existiert noch nicht.

1:17 Es wird noch über 50 Jahre dauern, bis Dimitri Mendelejew es 1869 entwirft, aber die Elemente werden eines nach dem anderen gefunden, benannt, beschrieben in einem Labor in Stockholm untersucht der schwedische Chemiker Jöns Jacob Bercelius eine merkwürdige, rötlich braune Substanz, die sich als Nebenprodukt bei der Schwefelsäureproduktion.

1:45 In einer Fabrik in Gripsholm angesammelt, hatte, die Arbeiter und Arbeiterinnen dort hatten die Substanz zunächst für eine Verunreinigung gehalten. Sie rochen unangenehm, eine Art Meerrettich, ähnlicher beißender Geruch. Bercelius war davon überzeugt, dass es sich um das Element Tellur handelte, das kurz zuvor entdeckt worden war, benannt nach der Erde, dem lateinischen Tellus.

2:15 Aber je länger er die Substanz analysierte, desto klarer wurde dies. War kein Thelur die chemischen Eigenschaften wichen ab, es war etwas neues, Bercelius stand vor einer Entscheidung, wie sollte er dieses Element nennen? Thelur war nach der Erde benannt, und da dieses neue Element so eng mit Thelur verwandt war, ähnliche Eigenschaften, ähnliches Verhalten, aber eben nicht identisch. Beschloss Bercelius, es nach dem Mond zu benennen. Auf griechisch heißt der Mond selene. Das neue Element bekam den Namen Selen, es war eine poetische Entscheidung, die bis heute trägt, Selen und Telur, Mond und Erde 2 Elemente, die im Periodensystem direkt übereinander stehen, chemische Geschwister, Kosmisch benannt Selen trägt die Ordnungszahl 34,

3:12 das bedeutet die in seinem Atomkern befinden sich 34 Protonen, es gehört zur Gruppe 16 des Periodensystems, zur sogenannten Chalkogen Gruppe, die auch Sauerstoff, Schwefel, Tellur und Polonium umfasst. Diese Gruppe trägt ihren Namen vom griechischen Wort für Erz, Chalkos, weil viele ihrer Mitglieder häufig in Erzmineralien vorkommen.

3:40 Selen selbst zeigt eines der faszinierendsten Verhaltensweisen im gesamten Periodensystem. Es ist ein Halbmetall, manchmal auch als Metalloid bezeichnet, und es existiert in mehreren sogenannten allotropen Formen, das bedeutet, Selen kann in verschiedenen Strukturen auftreten, die dasselbe chemische Element sind, sich aber in ihren physikalischen Eigenschaften erheblich unterscheiden. Die bekanntesten allotropen Formen des Selen sind erstens das amorphe Selen.

4:14 Es ist rötlich braun bis schwarz, pulverartig oder Glasartig, und es entsteht, wenn geschmolzenes Selen schnell abgekühlt wird. Es hat keine geordnete Kristallstruktur, zweitens das kristalline, graue Selen, auch als metallisches Selen bezeichnet. Es ist die Thermodynamisch stabilste Form, hat einen metallischen Glanz und leitet, und das ist entscheidend, elektrischen Strom auf eine ganz besondere Art und Weise.

4:49 Genau diese elektrische Eigenschaft des grauen Selens hat es im 20 Jahrhundert zu einem unverzichtbaren technologischen Werkzeug gemacht, doch dazu später mehr. Die Elektronenkonfiguration des Selens lautet 2 818 6, was bedeutet, dass es 6 Elektronen in seiner äußersten Schale hat. Damit verhält es sich chemisch ähnlich wie Schwefel, ist jedoch größer, schwerer und in seinen Verbindungen etwas weniger reaktiv. Die Atommasse von Selen beträgt etwa 78,96 atomare Masseneinheiten.

5:31 Selen hat 6 natürliche, stabile Isotope, eine für ein Element dieser Größe ungewöhnlich hohe Zahl, die unter Isotopenforscherinnen und Forschern besonderes Interesse weckt. Selen ist in der Erdkruste kein häufiges Element, seine durchschnittliche Konzentration in der Erdkruste liegt bei etwa 0,05 bis 0,09 Milligramm pro Kilogramm. Das macht es zu einem der selteneren Elemente im oberen Bereich der Erdkruste, wenn auch nicht zu einem der absolut seltensten.

6:07 Es kommt selten in reiner Form vor, meistens tritt Selen als Begleitelement von Schwefelverbindungen auf, eingebettet in sulfidische Erze wie Pyrit, Chalcopyrit oder Bleiglanz. Das ist auch der Grund, warum es so lange unentdeckt blieb. Es versteckt sich im Gefolge des Schwefels, tarnt sich in dessen Mineralien und nur genaue Analyse enthüllt seine eigenständige Identität, die weltweit bedeutendsten Vorkommen befinden sich heute in Ländern wie Chile, dem Kongo, Peru, Russland, den USA und Kanada, die größten Mengen Selen werden nicht durch gezielten Selenabbau gewonnen. Sondern als Nebenprodukt der Kupfer, Zink und Bleigewinnung. Wenn Kupfererze zu Kupfer verhüttet werden, verbleibt Selen im sogenannten

7:00 Anodenschlamm, einem Rückstand des Elektrolysereffinierungsprozesses, und wird von dort aufgearbeitet und gereinigt. Die globale Jahresproduktion an Selen schwankt zwischen 2003 1000 Tonnen. Das ist wenig im Vergleich zu Elementen wie Eisen, Kupfer oder Aluminium. Dennoch ist die Nachfrage nach Selen in den letzten Jahrzehnten gestiegen, aus Gründen, die tief in der modernen Technologie und der Medizin verwurzelt sind.

7:34 Interessant ist auch die geochemische Verteilung des Selens in Böden und Gewässern in. In manchen Regionen der Welt sind die Böden Selenreich, besonders in Teilen der Great Plains der USA, in bestimmten chinesischen Provinzen und in einigen Gebieten Irlands. In anderen Regionen wie weiten Teilen Finnlands, Skandinaviens und Mitteleuropas sind die Böden Selenarm.

8:02 Diese geographische Ungleichverteilung hat direkte Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen und Tiere, die dort leben. Denn Selen ist ein essentielles Spurenelement. Selen ist für den menschlichen Körper lebensnotwendig, es gehört zu den essentiellen Spurenelementen, das bedeutet, der Körper kann es nicht selbst herstellen und muss es über die Nahrung aufnehmen.

8:29 Und gleichzeitig ist Selen in höheren Dosen hochgiftig. Diese Doppelnatur, essentiell und toxisch, macht Selen zu einem der interessantesten Elemente in der Ernährungswissenschaft und der Toxikologie. Der menschliche Körper enthält im Durchschnitt etwa 10 bis 15 Milligramm Selen. Das ist kaum mehr als ein Stecknadelkopf, wenn man sich die entsprechende Menge in reiner Form vorstellen würde. Und dennoch dieser winzige Vorrat erfüllt lebenswichtige Aufgaben Selen ist ein integraler Bestandteil sogenannter Seleno Proteine, einer besonderen Klasse von Proteinen, in die Selen in Form der Aminosäure Selenocystein eingebaut ist.

9:19 Selenocystein wird manchmal als die 21 Aminosäure bezeichnet, obwohl sie nicht Teil des ursprünglichen Satzes der 20 proteinogenen Aminosäuren ist. Der menschliche Körper nutzt mindestens 25 verschiedene seleno Proteine und ihre Aufgaben sind vielfältig und grundlegend. Das bekannteste seleno Protein ist das Enzym Glutation Peroxidase. Es gehört zu den wichtigsten antioxidativen Enzymen des Körpers.

9:53 Es schützt Zellen vor oxidativem Stress, also vor den schädigenden Auswirkungen sogenannter freier radikale, Hochreaktiver Sauerstoffverbindungen, die im normalen Stoffwechsel entstehen und Zellmembranen, DNA und Proteine beschädigen können. Ohne Selen kann dieses Enzym nicht gebildet werden. Ohne dieses Enzym ist die Zelle deutlich anfälliger für Schäden. Ein weiteres wichtiges seleno Protein ist Thioredoxin Reduktase, das im Antioxidationssystem der Zelle eine zentrale Rolle spielt und auch an der DNA Reparatur beteiligt ist.

10:36 Besonders bedeutsam ist Selen für die Schilddrüse. Die Schilddrüse enthält von allen Körpergeweben die höchste selenkonzentration Programm, Gewebe, seleno Proteine sind hier an der Synthese und dem Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone beteiligt. Das Enzym Jodthyronin Deodase, das Thyroxin in seine aktive Form Triotthyronin umwandelt, ist ein seleno Protein. Ein Selenmangel kann daher zu Schilddrüsenfunktionsstörungen führen, auch wenn ausreichend Jod vorhanden ist. Auch das Immunsystem ist auf Selen angewiesen. Seleno Proteine unterstützen die Aktivierung und Proliferation von T.

11:22 Lymphozyten, weißen Blutkörperchen, die zentral für die spezifische Immunantwort des Körpers sind. Selenmangelzustände gehen häufig mit eingeschränkter Immunfunktion einher. Die täglich empfohlene Selenzufuhr für Erwachsene liegt laut Deutscher Gesellschaft für Ernährung bei etwa 60 bis 70 Mikrogramm pro Tag.

11:47 Der Spielraum zwischen Mangel und Toxizität ist allerdings schmal. Schon ab einer dauerhaften täglichen Aufnahme von mehr als 400 Mikrogramm kann es zu Selenose kommen, der Selenvergiftung. Die Symptome einer chronischen Selenvergiftung sind unverwechselbar und zum Teil skurril. Das bekannteste und am häufigsten beschriebene Symptom ist der Verlust von Haaren und Nägeln, bei schwerer Selenose fallen Haare büschelweise aus und die Nägel lösen sich von ihren Betten, hinzu kommen neurologische Symptome wie Taubheitsgefühle, die. Kribbeln in den Extremitäten, Müdigkeit und in schweren Fällen Lähmungserscheinungen.

12:33 Der Atem der Betroffenen riecht nach Knoblauch, ein charakteristisches Zeichen, das durch flüchtige Selenverbindungen wie Dimethylselenid entsteht, die der Körper über die Lunge ausscheidet. Besonders bekannte Fälle von Selenvergiftungen traten historisch in Regionen auf, in denen Böden natürlicherweise sehr sellenreich sind. In bestimmten Gebieten Chinas und der zentralen USA erkrankten Nutztiere und Menschen durch übermäßige Selenaufnahme über das Trinkwasser und selenreiche Pflanzen. In der Veterinärmedizin ist Alkali Disease oder Blind Staggers ein bekanntes Vergiftungsbild bei Weidetieren in seelenreichen Gebieten Nordamerikas. Auch bei Seeleeintoxikationen durch Nahrungsergänzungsmittel gibt es dokumentierte Fälle.

13:29 Eine bekannte Episode ereignete sich 2008 in den USA, als ein fehlerhaft produziertes Nahrungsergänzungsmittel zu einer Massenintoxikation führte. Mehrere 100 Personen entwickelten Vergiftungssymptome, nachdem ein Produkt die Tausendfache der empfohlenen Selenmenge enthielt. Seit den 1980er Jahren beschäftigt sich die Wissenschaft intensiv mit einer faszinierenden Frage, könnte Selen vor Krebs schützen? Die Hypothese entstand aus epidemiologischen Beobachtungen. In Regionen mit seelenreichen Böden schienen bestimmte Krebserkrankungen seltener aufzutreten als in seelenarmen Regionen.

14:17 Tierstudien zeigten vielversprechende Effekte, selengaben schienen das Tumorwachstum bei bestimmten Krebsarten zu hemmen. Die große Select Studie Selenium and Vitamin E Cancer Prevention Trial. Die in den zweitausender Jahren in den USA mit über 35000 Teilnehmern und Teilnehmerinnen durchgeführt wurde, sollte Klarheit bringen und tat es jedoch nicht in der erhofften Richtung. Die Studie zeigte keinen signifikanten schützenden Effekt von Selen gegen Prostatakrebs, im Gegenteil. Einige Teilnehmer, die Selen Supplementierten und bereits ausreichend damit versorgt waren, zeigten sogar leicht erhöhte Risikowerte für Typ 2 Diabetes. Die aktuelle wissenschaftliche Einschätzung ist nuanciert, Selen scheint bei Menschen mit

15:10 Nachgewiesenem Selenmangel eine protektive Rolle spielen zu können. Bei Menschen mit normaler oder hoher Selenversorgung bringen Selenergänzungen keinen nachgewiesenen Krebsschutz und können Schaden. Mehr ist hier definitiv nicht mehr. Die Forschung geht jedoch weiter, bestimmte organische Selenverbindungen wie Methyl, Seleninat oder Selenomethionin zeigen in Zell und tiermodellen interessante antitumorale Eigenschaften. Die molekularen Mechanismen, darunter Beeinflussung von Zellwachstum, Apoptose, Programmiertem Zelltod und oxidativem Stress, sind Gegenstand aktiver Forschung. Selen bleibt eines der meist studierten Spurenelemente in der Krebsbiologie, doch Selen ist nicht nur ein Element der Biologie, es ist auch ein

16:05 Element der modernen Technologie. Und seine technologische Geschichte ist so faszinierend wie seine medizinische. Alles begann 1873, als der britische Ingenieur Willowby Smith bei Experimenten mit Telegrafenleitungen feststellte, dass Selenstäbe ihren elektrischen Widerstand dramatisch veränderten, je nachdem, ob sie von Licht beleuchtet wurden oder im Dunkeln lagen. Im Dunkeln war Selen ein schlechter Leiter. Im Licht wurde es deutlich leitfähiger. Dieser Effekt wurde Fotokonduktivität oder Fotoleitfähigkeit genannt.

16:46 Smiths Entdeckung war fundamental. Sie bedeutete Selen, reagiert auf Licht mit einer messbaren, reproduzierbaren elektrischen Veränderung, damit war es theoretisch möglich, Licht in elektrische Signale umzuwandeln und umgekehrt. 1876 demonstrierte William Grills Adams zusammen mit seinem Studenten Richard Evans Day, dass Seelenzellen tatsächlich Strom erzeugen können, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, ohne jede mechanisch bewegliche Teile, ohne Wärme, ohne Verbrennung.

17:22 Das war die erste Beobachtung des photovoltaischen Effekts in einem Feststoff. Albert Einstein, der 1905 eine theoretische Erklärung des photoelektrischen Effekts lieferte und dafür 1921 den Nobelpreis erhielt, bezog sich dabei auch auf Arbeiten, die mit Selen zusammenhingen. Für die Technologie des 20 Jahrhunderts wurde Selen vor allem durch die Xerographie bedeutsam, Chester Carlson.

17:56 Ein amerikanischer Physiker und Anwalt entwickelte in den 1930er und 1940er Jahren ein Druckverfahren, das auf der Fotoleitfähigkeit von Selen basierte. Sein Verfahren, eine Selen überzogene Trommel, wird gleichmäßig elektrisch aufgeladen, dann wird ein Dokument darauf projiziert, wo Licht auftrifft, leitet die Selen Oberfläche den Strom ab und verliert ihre Ladung.

18:26 Wo das Dokument Dunkle Stellen hat, bleibt die Ladung bestehen. Auf diese verbliebene Ladung haftet Tonerpulver das Pulver wird auf Papier übertragen und fixiert das Resultat ein Fotokopiergerät das Unternehmen Xerox, das Carlsens Erfindung in den 1900 50er und 1900 60er Jahren zur Marktreife brachte.

18:49 Wurde zu einem der bedeutendsten Technologieunternehmen des 20 Jahrhunderts und Selen war das Herzstück seiner ersten Geräte. Noch bis in die 1980er Jahre hinein enthielten Xerox Kopierer Selen überzogene Trommeln, erst dann wurden sie schrittweise durch organische Fotoleiter abgelöst. Auch in der frühen Photovoltaik spielte Selen eine wichtige Rolle. Die ersten kommerziellen Solarzellen Prototypen basierten auf Selen.

19:23 Zwar wurden sie später durch siliziumbasierte Zellen ersetzt, die effizienter und günstiger zu produzieren waren, aber Selen erlebt in der Photovoltaik eine Renaissance, Kupfer, Indium, Gallium, diselenid, Solarzellen. Kurz cigs Solarzellen gelten als vielversprechende Technologie für flexible, leichte und effiziente dünnschicht Solarmodule.

19:51 Sie erreichen Wirkungsgrade von bis zu 23% im Labor und könnten in Zukunft eine bedeutende Rolle bei der Energiewende spielen. In der Glasindustrie wird Selen auf zweierlei Weise eingesetzt, erstens als Entfärbungsmittel. Glas enthält oft geringe Mengen eisenverbindungen, die ihm eine grünliche Tönung verleihen.

20:16 Kleine Mengen Selen wirken der Grünfärbung entgegen, indem sie durch ihren Rotton das komplementäre Grün neutralisieren und das Glas farblos erscheinen lassen, zweitens als farbmittel Cadmium selenosulfid ist ein Pigment, das Glas und Keramik tiefrot bis rubinrot Einfärbt. Das sogenannte Selbin oder Cadmiumrot wurde früher häufig in der Glaskunst und in der Keramik verwendet und ergibt sattes, leuchtendes Rot. In der Kautschukindustrie beschleunigt Selen die Vulkanisation von Naturkautschuk, ähnlich wie Schwefel, der traditionell für diesen Prozess verwendet wird. Vulkanisation ist das chemische Verfahren, durch das Kautschuk seine charakteristische Elastizität und Festigkeit erhält.

21:12 Auch in der Elektronik jenseits der Photovoltaik findet Selen Verwendung Seleng Gleichrichter Bauteile, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Waren in den 1950er bis 1970er Jahren weit verbreitet, bevor siliziumdioden sie verdrängten. In der Halbleitertechnik werden Selen und Selenverbindungen weiterhin in Nischenbereichen eingesetzt, im Boden liegt Selen in verschiedenen chemischen Formen vor.

21:46 Selenat SEO 42 Minus ist die Wasserlöslichste und pflanzenverfügbarste Form und dominiert in aeroben alkalischen Böden. Selenit SEO 32 Minus ist weniger löslich und wird stark an Bodenpartikel absorbiert. Elementares Selen und Selenide sind kaum wasserlöslich und für Pflanzen praktisch nicht verfügbar.

22:13 Diese Unterschiede in der Bioverfügbarkeit erklären, warum manche Böden trotz messbarer Selengehalte zu Selenmangel bei Pflanzen und Tieren führen. Bestimmte Pflanzen sind sogenannte selenhyperakkumulatoren Pflanzen der Gattung Astragalus, auf Deutsch Tragant oder Boxdorn. In Nord und Südamerika können Selen in Konzentrationen von mehreren 1000 Milligramm pro Kilogramm Trockengewicht anreichern, ohne Schaden zu nehmen.

22:46 Für weidende Tiere kann der Verzehr dieser Pflanzen tödlich sein. Selena kumulierende Pflanzen werden heute auch in der Phytoremediation erforscht, der Nutzung von Pflanzen zur Reinigung Selen kontaminierter Böden. Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle im Selenkreislauf bestimmte Bakterien können Selenat und Selenit zu elementarem Selen reduzieren.

23:15 Ein Prozess, der in der Bioremediation genutzt wird. Andere Mikroorganismen methylieren Selen zu flüchtigen Verbindungen wie Dimethylselenid, die in die Atmosphäre entweichen und so Selen aus dem Boden. In den atmosphärischen Kreislauf überführen im Ozean ist Selen ein essentielles Spurenelement für Phytoplankton, jene winzigen Algen, die an der Basis der marinen Nahrungskette stehen und für rund die Hälfte der globalen Sauerstoffproduktion verantwortlich sind. Selenmangel im Meerwasser kann das Wachstum von Phytoplankton einschränken, mit potentiellen Folgen für das gesamte Marine Ökosystem.

24:00 Die selenhaltigen Nahrungsquellen sind vielfältig. Tierische Produkte wie Fleisch, Fisch, Meeresfrüchte und Eier sind in der Regel gute Selenquellen, da Tiere Selen über ihr Futter aufnehmen und in ihren Geweben speichern. Fische wie Thunfisch, Lachs und Kabeljau gehören zu den besonders seelenreichen Lebensmitteln Innereien.

24:26 Besonders Niere und Leber enthalten ebenfalls hohe Selenmengen. Vegetarisch und vegan lebende Menschen in selenarmen Regionen gelten als besonders gefährdet für Selenmangel. Für sie kann eine gezielte Überprüfung des Selenspiegels im Blut und gegebenenfalls eine maßvolle Supplementierung sinnvoll sein, nach ärztlicher Absprache Selen existiert in der Natur in einem feinen Gleichgewicht die. Zu wenig und Lebewesen leiden zu viel und Lebewesen sterben. Die Natur hat dieses Gleichgewicht über Jahrmillionen austariert, Böden, Wasser, pflanzen, Tiere und Menschen sind in einem biogeochemischen Kreislauf verbunden, der in sich stimmig ist, solange er nicht von außen gestört wird. Selen erinnert uns, das

25:23 Gleichgewicht ist das Kostbarste, das. Im Körper, im Boden, in der Gesellschaft. Das war die heutige Wissensreise durch das Mondlicht der Chemie, durch Supernova, Explosionen und Schilddrüsenhormone, durch Photokopiergeräte und Paranüsse, durch die stille Größe eines Elements, das wir kaum je beim Namen nennen und das dennoch in uns lebt. Wenn dir diese Folge gefallen hat, hinterlasse uns gerne eine Bewertung.

25:54 Jede Einzelne hilft uns, weiterzumachen und weitere Elemente für dich zu entdecken, bis zur nächsten Wissensreise.