Selenio

El selenio es un elemento químico con el símbolo Se y número atómico 34. Es un no metal (más raramente considerado un metaloide) con propiedades que son intermedias entre los elementos arriba y abajo en la tabla periódica, azufre y telurio, y también tiene similitudes con arsénico. Rara vez ocurre en su estado elemental o como compuestos minerales puros en la corteza terrestre. El selenio, del griego selḗnē (σελήνη 'Luna'), fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius, quien notó la similitud del nuevo elemento con el telurio descubierto anteriormente (llamado así por la Tierra).

El selenio se encuentra en minerales de sulfuro de metal, donde reemplaza parcialmente al azufre. Comercialmente, el selenio se produce como subproducto en la refinación de estos minerales, con mayor frecuencia durante la producción. Los minerales que son compuestos puros de seleniuro o selenato son conocidos pero raros. Los principales usos comerciales del selenio en la actualidad son la fabricación de vidrio y los pigmentos. El selenio es un semiconductor y se utiliza en fotocélulas. Las aplicaciones en electrónica, que alguna vez fueron importantes, han sido reemplazadas en su mayoría por dispositivos semiconductores de silicio. El selenio todavía se usa en algunos tipos de protectores contra sobretensiones de CC y un tipo de punto cuántico fluorescente.

Aunque se necesitan cantidades mínimas de selenio para la función celular en muchos animales, incluidos los humanos, tanto el selenio elemental como (especialmente) las sales de selenio son tóxicos incluso en dosis pequeñas y causan selenosis. El selenio figura como ingrediente en muchas multivitaminas y otros suplementos dietéticos, así como en fórmulas infantiles, y es un componente de las enzimas antioxidantes glutatión peroxidasa y tiorredoxina reductasa (que reducen indirectamente ciertas moléculas oxidadas en animales y algunas plantas), así como también en 3 enzimas desyodasas. Los requisitos de selenio en las plantas difieren según la especie, algunas plantas requieren cantidades relativamente grandes y otras aparentemente no requieren ninguna.

Características

Propiedades físicas

El selenio forma varios alótropos que se interconvierten con los cambios de temperatura, dependiendo en cierta medida de la tasa de cambio de temperatura. Cuando se prepara en reacciones químicas, el selenio suele ser un polvo amorfo de color rojo ladrillo. Cuando se derrite rápidamente, forma la forma vítrea negra, que generalmente se vende comercialmente como perlas. La estructura del selenio negro es irregular y compleja y consta de anillos poliméricos con hasta 1000 átomos por anillo. Black Se es un sólido brillante y quebradizo que es ligeramente soluble en CS ₂. Al calentarse, se ablanda a 50 °C y se convierte en selenio gris a 180 °C; la temperatura de transformación se reduce por la presencia de halógenos y aminas.

Las formas rojas α, β y γ se producen a partir de soluciones de selenio negro al variar la tasa de evaporación del solvente (generalmente CS ₂). Todos tienen una simetría cristalina monoclínica relativamente baja (grupo espacial 14) y contienen anillos de Se ₈ fruncidos casi idénticos con diferentes arreglos, como en el azufre. Los ocho átomos de un anillo no son equivalentes (es decir, no están mapeados entre sí por ninguna operación de simetría) y, de hecho, en la forma γ-monoclínica, la mitad de los anillos están en una configuración (y su imagen especular) y la otra mitad en otro. El empaque es más denso en la forma α. En el Se ₈anillos, la distancia Se-Se varía dependiendo de dónde se encuentre el par de átomos en el anillo, pero el promedio es de 233,5 pm, y el ángulo Se-Se-Se es en promedio de 105,7°. Otros alótropos de selenio pueden contener anillos Se ₆ o Se _7.

La forma más estable y densa de selenio es gris y tiene una red cristalina hexagonal quiral (grupo espacial 152 o 154 según la quiralidad) que consta de cadenas poliméricas helicoidales, donde la distancia Se-Se es 237,3 pm y el ángulo Se-Se-Se es 103,1°. La distancia mínima entre cadenas es de 343,6 pm. El Se gris se forma por calentamiento suave de otros alótropos, por enfriamiento lento de Se fundido o por condensación de vapor de Se justo por debajo del punto de fusión. Mientras que otras formas de Se son aislantes, el Se gris es un semiconductor que muestra una fotoconductividad apreciable. A diferencia de los otros alótropos, es insoluble en CS ₂.Resiste la oxidación por aire y no es atacado por ácidos no oxidantes. Con agentes reductores fuertes, forma poliselenuros. El selenio no presenta los cambios de viscosidad que experimenta el azufre cuando se calienta gradualmente.

Propiedades ópticas

Debido a su uso como fotoconductor en detectores de rayos X de panel plano (ver más abajo), las propiedades ópticas de las películas delgadas de selenio amorfo (α-Se) han sido objeto de intensas investigaciones.

Isótopos

El selenio tiene siete isótopos naturales. Cinco de estos, Se, Se, Se, Se, Se, son estables, siendo el Se el más abundante (49,6% de abundancia natural). También se encuentra de forma natural el radionúclido primordial de vida prolongada Se, con una vida media de 9,2 × 10 años. El radioisótopo no primordial Se también se encuentra en cantidades diminutas en los minerales de uranio como producto de la fisión nuclear. El selenio también tiene numerosos isótopos sintéticos inestables que van desde Se a Se; los más estables son el Se con una vida media de 119,78 días y el Se con una vida media de 8,4 días.Los isótopos más ligeros que los isótopos estables sufren principalmente una desintegración beta positiva a isótopos de arsénico, y los isótopos más pesados ​​que los isótopos estables sufren una desintegración beta negativa a isótopos de bromo, con algunas ramificaciones menores de emisión de neutrones en los isótopos conocidos más pesados.

Isótopo	Naturaleza	Origen	Media vida
Se	Primordial		Estable
Se	Primordial		Estable
Se	Primordial	producto de fisión	Estable
Se	Primordial	producto de fisión	Estable
Se	Rastro	producto de fisión	327 000 año
Se	Primordial	producto de fisión	Estable
Se	Primordial	Producto de fisión*	~10 años

Compuestos químicos

Los compuestos de selenio existen comúnmente en los estados de oxidación -2, +2, +4 y +6.

Compuestos calcógenos

El selenio forma dos óxidos: dióxido de selenio (SeO ₂) y trióxido de selenio (SeO ₃). El dióxido de selenio se forma por la reacción del selenio elemental con el oxígeno:

Es un sólido polimérico que forma moléculas monoméricas de SeO ₂ en fase gaseosa. Se disuelve en agua para formar ácido selenoso, H ₂ SeO ₃. El ácido selenoso también se puede producir directamente mediante la oxidación del selenio elemental con ácido nítrico:

A diferencia del azufre, que forma un trióxido estable, el trióxido de selenio es termodinámicamente inestable y se descompone en dióxido por encima de los 185 °C:(ΔH = −54 kJ/mol)

El trióxido de selenio se produce en el laboratorio mediante la reacción de selenato de potasio anhidro (K ₂ SeO ₄) y trióxido de azufre (SO ₃).

Las sales de ácido selenoso se denominan selenitos. Estos incluyen selenito de plata (Ag ₂ SeO ₃) y selenito de sodio (Na ₂ SeO ₃).

El sulfuro de hidrógeno reacciona con ácido selenoso acuoso para producir disulfuro de selenio:

El disulfuro de selenio consta de anillos de 8 miembros. Tiene una composición aproximada de SeS ₂, con anillos individuales que varían en composición, como Se ₄ S ₄ y Se ₂ S ₆. El disulfuro de selenio se ha utilizado en champús como agente anticaspa, inhibidor en la química de polímeros, tinte de vidrio y agente reductor en fuegos artificiales.

El trióxido de selenio se puede sintetizar deshidratando ácido selénico, H ₂ SeO ₄, que a su vez se produce por la oxidación del dióxido de selenio con peróxido de hidrógeno:

El ácido selénico concentrado y caliente puede reaccionar con el oro para formar selenato de oro (III).

Compuestos halógenos

Los yoduros de selenio no son bien conocidos. El único cloruro estable es el monocloruro de selenio (Se ₂ Cl ₂), que podría ser mejor conocido como cloruro de selenio(I); también se conoce el bromuro correspondiente. Estas especies son estructuralmente análogas al dicloruro de disulfuro correspondiente. El dicloruro de selenio es un reactivo importante en la preparación de compuestos de selenio (por ejemplo, la preparación de Se ₇). Se prepara tratando el selenio con cloruro de sulfurilo (SO ₂ Cl ₂). El selenio reacciona con el flúor para formar hexafluoruro de selenio:

En comparación con su equivalente de azufre (hexafluoruro de azufre), el hexafluoruro de selenio (SeF ₆) es más reactivo y es un irritante pulmonar tóxico. Algunos de los oxihaluros de selenio, como el oxifluoruro de selenio (SeOF ₂) y el oxicloruro de selenio (SeOCl ₂), se han utilizado como disolventes especiales.

Seleniuros

De manera análoga al comportamiento de otros calcógenos, el selenio forma seleniuro de hidrógeno, H ₂ Se. Es un gas fuertemente oloroso, tóxico e incoloro. Es más ácido que el H ₂ S. En solución se ioniza a HSe. El seleniuro dianión Se forma una variedad de compuestos, incluidos los minerales de los que se obtiene comercialmente el selenio. Los seleniuros ilustrativos incluyen seleniuro de mercurio (HgSe), seleniuro de plomo (PbSe), seleniuro de zinc (ZnSe) y diseleniuro de cobre, indio y galio (Cu(Ga,In)Se ₂). Estos materiales son semiconductores. Con metales altamente electropositivos, como el aluminio, estos seleniuros son propensos a la hidrólisis:

Los seleniuros de metales alcalinos reaccionan con el selenio para formar poliselenuros, Se_norte, que existen como cadenas.

Otros compuestos

El tetranitruro de tetraselenio, Se ₄ N ₄, es un compuesto naranja explosivo análogo al tetranitruro de tetrasulfuro (S ₄ N ₄). Se puede sintetizar por la reacción de tetracloruro de selenio (SeCl ₄) con [((CH₃)₃Si)₂NORTE]₂Se.

El selenio reacciona con los cianuros para producir selenocianatos:

Compuestos de organoselenio

El selenio, especialmente en el estado de oxidación II, forma enlaces estables con el carbono, que son estructuralmente análogos a los compuestos organosulfurados correspondientes. Especialmente comunes son los selenuros (R ₂ Se, análogos de tioéteres), diselenuros (R ₂ Se ₂, análogos de disulfuros) y selenoles (RSeH, análogos de tioles). Representantes de selenuros, diselenuros y selenoles incluyen respectivamente selenometionina, difenildiselenuro y benceneselenol. El sulfóxido en la química del azufre está representado en la química del selenio por los selenóxidos (fórmula RSe(O)R), que son productos intermedios en la síntesis orgánica, como se ilustra en la reacción de eliminación del selenóxido. De acuerdo con las tendencias indicadas por la regla del doble enlace, rara vez se observan selenacetonas, R(C=Se)R, y selenaldehídos, R(C=Se)H.

Historia

El selenio (del griego σελήνη selene que significa "Luna") fue descubierto en 1817 por Jöns Jacob Berzelius y Johan Gottlieb Gahn.Ambos químicos poseían una planta química cerca de Gripsholm, Suecia, que producía ácido sulfúrico mediante el proceso de cámara de plomo. La pirita de la mina Falun creó un precipitado rojo en las cámaras de plomo que se suponía que era un compuesto de arsénico, por lo que se suspendió el uso de la pirita para producir ácido. Berzelius y Gahn querían usar la pirita y también observaron que el precipitado rojo despedía un olor a rábano picante cuando se quemaba. Este olor no era típico del arsénico, pero se conocía un olor similar de los compuestos de telurio. Por lo tanto, la primera carta de Berzelius a Alexander Marcet afirmaba que se trataba de un compuesto de telurio. Sin embargo, la falta de compuestos de telurio en los minerales de la mina Falun finalmente llevó a Berzelius a volver a analizar el precipitado rojo. y en 1818 escribió una segunda carta a Marcet describiendo un elemento recién descubierto similar al azufre y al telurio. Debido a su similitud con el telurio, llamado así por la Tierra, Berzelius nombró al nuevo elemento después de la Luna.

En 1873, Willoughby Smith descubrió que la resistencia eléctrica del selenio gris dependía de la luz ambiental. Esto condujo a su uso como celda para detectar la luz. Los primeros productos comerciales que utilizaron selenio fueron desarrollados por Werner Siemens a mediados de la década de 1870. La celda de selenio se usó en el fotófono desarrollado por Alexander Graham Bell en 1879. El selenio transmite una corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que cae sobre su superficie. Este fenómeno se utilizó en el diseño de medidores de luz y dispositivos similares. Las propiedades semiconductoras del selenio encontraron muchas otras aplicaciones en la electrónica. El desarrollo de los rectificadores de selenio comenzó a principios de la década de 1930 y estos reemplazaron a los rectificadores de óxido de cobre porque eran más eficientes.Estos duraron en aplicaciones comerciales hasta la década de 1970, después de lo cual fueron reemplazados por rectificadores de silicio menos costosos e incluso más eficientes.

El selenio llamó la atención de los médicos más tarde debido a su toxicidad para los trabajadores industriales. El selenio también fue reconocido como una importante toxina veterinaria, que se observa en animales que han comido plantas con alto contenido de selenio. En 1954, la bioquímica Jane Pinsent descubrió los primeros indicios de funciones biológicas específicas del selenio en microorganismos. Se descubrió que era esencial para la vida de los mamíferos en 1957. En la década de 1970, se demostró que estaba presente en dos conjuntos independientes de enzimas. A esto le siguió el descubrimiento de la selenocisteína en las proteínas. Durante la década de 1980, se demostró que la selenocisteína estaba codificada por el codón UGA. El mecanismo de recodificación se resolvió primero en bacterias y luego en mamíferos (ver elemento SECIS).

Ocurrencia

El selenio nativo (es decir, elemental) es un mineral raro, que no suele formar buenos cristales, pero, cuando lo hace, son romboedros empinados o diminutos cristales aciculares (como pelos). El aislamiento de selenio a menudo se complica por la presencia de otros compuestos y elementos.

El selenio se encuentra naturalmente en varias formas inorgánicas, incluidos seleniuro, selenato y selenita, pero estos minerales son raros. El mineral común selenita no es un mineral de selenio y no contiene iones de selenita, sino más bien un tipo de yeso (hidrato de sulfato de calcio) llamado selenio por la luna mucho antes del descubrimiento del selenio. El selenio se encuentra más comúnmente como una impureza, reemplazando una pequeña parte del azufre en los minerales de sulfuro de muchos metales.

En los sistemas vivos, el selenio se encuentra en los aminoácidos selenometionina, selenocisteína y metilselenocisteína. En estos compuestos, el selenio juega un papel análogo al del azufre. Otro compuesto de organoselenio de origen natural es el seleniuro de dimetilo.

Ciertos suelos son ricos en selenio y el selenio puede ser bioconcentrado por algunas plantas. En los suelos, el selenio se presenta con mayor frecuencia en formas solubles, como el selenato (análogo al sulfato), que se filtra a los ríos muy fácilmente por la escorrentía. El agua del océano contiene cantidades significativas de selenio.

Las concentraciones de fondo típicas de selenio no superan 1 ng/m3 en la atmósfera; 1 mg/kg en suelo y vegetación y 0,5 μg/L en agua dulce y agua de mar.

Las fuentes antropogénicas de selenio incluyen la quema de carbón y la extracción y fundición de minerales de sulfuro.

Producción

El selenio se produce más comúnmente a partir del seleniuro en muchos minerales de sulfuro, como los de cobre, níquel o plomo. La refinación electrolítica de metales es particularmente productiva de selenio como subproducto, obtenido del lodo anódico de las refinerías de cobre. Otra fuente fue el lodo de las cámaras de plomo de las plantas de ácido sulfúrico, proceso que ya no se utiliza. El selenio se puede refinar a partir de estos lodos mediante varios métodos. Sin embargo, la mayor parte del selenio elemental es un subproducto de la refinación del cobre o la producción de ácido sulfúrico. Desde su invención, la producción de cobre por extracción por solventes y electroobtención (SX/EW) produce una parte cada vez mayor del suministro mundial de cobre. Esto cambia la disponibilidad de selenio porque solo una parte comparativamente pequeña del selenio en el mineral se lixivia con el cobre.

La producción industrial de selenio suele implicar la extracción de dióxido de selenio a partir de residuos obtenidos durante la purificación del cobre. Luego, la producción común a partir del residuo comienza por oxidación con carbonato de sodio para producir dióxido de selenio, que se mezcla con agua y se acidifica para formar ácido selénico (etapa de oxidación). El ácido selenoso se burbujea con dióxido de azufre (paso de reducción) para dar selenio elemental.

En 2011 se produjeron alrededor de 2000 toneladas de selenio en todo el mundo, principalmente en Alemania (650 t), Japón (630 t), Bélgica (200 t) y Rusia (140 t), y las reservas totales se estimaron en 93 000 toneladas. Estos datos excluyen a dos grandes productores: Estados Unidos y China. En 2004 se observó un fuerte aumento anterior de $4–$5 a $27/lb. El precio se mantuvo relativamente estable durante 2004–2010 en alrededor de US$30 por libra (en lotes de 100 libras) pero aumentó a $65/lb en 2011. El consumo en 2010 se dividió de la siguiente manera: metalurgia: 30 %, fabricación de vidrio: 30 %, agricultura: 10%, productos químicos y pigmentos: 10% y electrónica: 10%. China es el principal consumidor de selenio con 1500-2000 toneladas/año.

Aplicaciones

Fertilizantes

Los investigadores encontraron que la aplicación de fertilizantes de selenio a los cultivos de lechuga disminuyó la acumulación de plomo y cadmio. Los melocotones y las peras que recibieron un rociado foliar de selenio contenían niveles más altos de selenio y también se mantuvieron firmes y maduros durante más tiempo cuando estaban almacenados. En dosis bajas, el selenio ha demostrado un efecto beneficioso sobre la resistencia de las plantas a varios factores de estrés ambiental, como la sequía, los rayos UV-B, la salinidad del suelo y las temperaturas frías o calientes. Sin embargo, puede dañar las plantas en dosis más altas.

Electrólisis de manganeso

Durante la electroobtención de manganeso, la adición de dióxido de selenio disminuye la potencia necesaria para operar las celdas de electrólisis. China es el mayor consumidor de dióxido de selenio para este propósito. Por cada tonelada de manganeso se utiliza una media de 2 kg de óxido de selenio.

Producción de vidrio

El mayor uso comercial de Se, que representa alrededor del 50% del consumo, es para la producción de vidrio. Los compuestos de Se confieren un color rojo al vidrio. Este color anula los tintes verdes o amarillos que surgen de las impurezas de hierro típicas de la mayoría de los vidrios. Para ello, se añaden diversas sales de selenito y selenato. Para otras aplicaciones, se puede desear un color rojo, producido por mezclas de CdSe y CdS.

Aleaciones

El selenio se usa con bismuto en latones para reemplazar el plomo más tóxico. La regulación del plomo en aplicaciones de agua potable, como en los EE. UU. con la Ley de Agua Potable Segura de 1974, hizo necesaria una reducción del plomo en el latón. El nuevo latón se comercializa con el nombre de EnviroBrass. Al igual que el plomo y el azufre, el selenio mejora la maquinabilidad del acero en concentraciones en torno al 0,15 %. El selenio produce la misma mejora en la maquinabilidad en las aleaciones de cobre.

Baterías de litio-selenio

La batería de litio-selenio (Li-Se) es uno de los sistemas más prometedores para el almacenamiento de energía en la familia de las baterías de litio. La batería Li-Se es una alternativa a la batería de litio-azufre, con la ventaja de una alta conductividad eléctrica.

Células solares

El selenio fue la base de las primeras celdas solares, y el primer ejemplo de energía solar en la azotea fue una celda de selenio de 1884. Estas celdas se usaron más tarde en medidores de luz sin batería para fotografía. El seleniuro de cobre, indio y galio es un material utilizado en las células solares.

Fotoconductores

Las películas delgadas de selenio amorfo (α-Se) han encontrado aplicación como fotoconductores en detectores de rayos X de panel plano. Estos detectores utilizan selenio amorfo para capturar y convertir los fotones de rayos X incidentes directamente en carga eléctrica.

Rectificadores

Los rectificadores de selenio se utilizaron por primera vez en 1933. Su uso continuó hasta la década de 1990.

Otros usos

Se han utilizado pequeñas cantidades de compuestos de organoselenio para modificar los catalizadores utilizados para la vulcanización para la producción de caucho.

La demanda de selenio por parte de la industria electrónica está disminuyendo. Sus propiedades fotovoltaicas y fotoconductoras siguen siendo útiles en fotocopias, fotocélulas, fotómetros y células solares. Su uso como fotoconductor en copiadoras de papel común fue una vez una aplicación principal, pero en la década de 1980, la aplicación de fotoconductor declinó (aunque todavía era un gran uso final) a medida que más y más copiadoras cambiaron a fotoconductores orgánicos. Aunque alguna vez se usaron ampliamente, los rectificadores de selenio en su mayoría han sido reemplazados (o están siendo reemplazados) por dispositivos basados ​​en silicio. La excepción más notable es la protección contra sobretensiones de CC, donde las capacidades energéticas superiores de los supresores de selenio los hacen más deseables que los varistores de óxido de metal.

El seleniuro de zinc fue el primer material para los LED azules, pero el nitruro de galio domina ese mercado. El seleniuro de cadmio era un componente importante en los puntos cuánticos. Las láminas de selenio amorfo convierten las imágenes de rayos X en patrones de carga en xerorradiografía y en cámaras de rayos X de panel plano de estado sólido. El selenio ionizado (Se+24) es uno de los medios activos utilizados en los láseres de rayos X.

El selenio es un catalizador en algunas reacciones químicas, pero no se usa mucho debido a problemas de toxicidad. En la cristalografía de rayos X, la incorporación de uno o más átomos de selenio en lugar de azufre ayuda con la dispersión anómala de longitud de onda múltiple y la fase de dispersión anómala de longitud de onda única.

El selenio se utiliza para tonificar impresiones fotográficas y numerosos fabricantes fotográficos lo venden como tóner. Selenium intensifica y amplía la gama tonal de las imágenes fotográficas en blanco y negro y mejora la permanencia de las impresiones.

Se utiliza como fuente gamma en radiografía industrial.

Contaminación

En altas concentraciones, el selenio actúa como un contaminante ambiental. Las fuentes de contaminación incluyen materiales de desecho de ciertas operaciones mineras, agrícolas, petroquímicas y de fabricación industrial. En el lago Belews de Carolina del Norte, 19 especies de peces fueron eliminadas del lago debido a 150–200 μg Se/L de aguas residuales descargadas entre 1974 y 1986 de una central eléctrica de carbón de Duke Energy. En el Refugio Nacional de Vida Silvestre Kesterson en California, miles de peces y aves acuáticas fueron envenenadas por selenio en el drenaje de riego agrícola.

Pueden ocurrir cambios fisiológicos sustanciales en peces con altas concentraciones de selenio en los tejidos. Los peces afectados por el selenio pueden experimentar hinchazón de las láminas branquiales, lo que impide la difusión de oxígeno a través de las branquias y el flujo de sangre dentro de las branquias. La capacidad respiratoria se reduce aún más debido a la unión del selenio a la hemoglobina. Otros problemas incluyen la degeneración del tejido hepático, hinchazón alrededor del corazón, folículos de óvulos dañados en los ovarios, cataratas y acumulación de líquido en la cavidad corporal y la cabeza. El selenio a menudo causa un feto de pez malformado que puede tener problemas para alimentarse o respirar; la distorsión de las aletas o la columna vertebral también es común. Los peces adultos pueden parecer saludables a pesar de su incapacidad para producir crías viables.

El selenio se bioacumula en los hábitats acuáticos, lo que da como resultado concentraciones más altas en los organismos que en el agua circundante. Los compuestos de organoselenio se pueden concentrar más de 200.000 veces por zooplancton cuando las concentraciones de agua están en el rango de 0,5 a 0,8 μg Se/L. El selenio inorgánico se bioacumula más fácilmente en el fitoplancton que en el zooplancton. El fitoplancton puede concentrar selenio inorgánico por un factor de 3000. Se produce una mayor concentración a través de la bioacumulación a lo largo de la cadena alimentaria, ya que los depredadores consumen presas ricas en selenio. Se recomienda que una concentración de agua de 2 μg Se/L se considere altamente peligrosa para peces y aves acuáticas sensibles. El envenenamiento por selenio puede transmitirse de padres a hijos a través del huevo, y el envenenamiento por selenio puede persistir durante muchas generaciones. La reproducción de los ánades reales se ve afectada con concentraciones dietéticas de 7 μg Se/L. Muchos invertebrados bentónicos pueden tolerar concentraciones de selenio de hasta 300 μg/L de Se en su dieta.

La contaminación por selenio puede afectar algunos sistemas acuáticos y puede ser causada por factores antropogénicos como la escorrentía agrícola y los procesos industriales. El pescado es una fuente importante de proteínas para los seres humanos, las personas que comen más pescado son generalmente más sanas que las que comen menos, lo que indica que la contaminación por selenio no parece ser un problema, aunque podría ser útil tener en cuenta que el selenio tiene un efecto potencial sobre humanos

La bioacumulación de selenio en ambientes acuáticos causa la muerte de peces dependiendo de la especie en el área afectada. Sin embargo, se ha visto que algunas especies sobreviven a estos eventos y toleran el aumento de selenio. También se ha sugerido que la temporada podría tener un impacto en los efectos nocivos del selenio en los peces.

El envenenamiento por selenio de los sistemas de agua puede resultar siempre que nuevos cursos de escorrentía agrícola atraviesen tierras secas. Este proceso lixivia compuestos de selenio solubles naturales (como los selenatos) en el agua, que luego pueden concentrarse en los humedales a medida que el agua se evapora. La contaminación por selenio de las vías fluviales también ocurre cuando el selenio se lixivia de las cenizas de combustión del carbón, la minería y la fundición de metales, el procesamiento de petróleo crudo y los vertederos. Se descubrió que los niveles altos de selenio en las vías fluviales causan trastornos congénitos en las especies ovíparas, incluidas las aves y los peces de los humedales. Los niveles elevados de metilmercurio en la dieta pueden amplificar el daño de la toxicidad del selenio en las especies ovíparas.

Rol biológico

Aunque es tóxico en grandes dosis, el selenio es un micronutriente esencial para los animales. En las plantas, se presenta como un mineral transeúnte, a veces en proporciones tóxicas en el forraje (algunas plantas pueden acumular selenio como defensa contra los animales, pero otras plantas, como la hierba loca, requieren selenio, y su crecimiento indica la presencia de selenio en suelo).

El selenio es un componente de los aminoácidos inusuales selenocisteína y selenometionina. En los humanos, el selenio es un nutriente de oligoelemento que funciona como cofactor para la reducción de enzimas antioxidantes, como las glutatión peroxidasas y ciertas formas de tiorredoxina reductasa que se encuentran en animales y algunas plantas (esta enzima se encuentra en todos los organismos vivos, pero no en todas sus formas). en las plantas requieren selenio).

La familia de enzimas glutatión peroxidasa (GSH-Px) cataliza ciertas reacciones que eliminan especies reactivas de oxígeno como el peróxido de hidrógeno y los hidroperóxidos orgánicos:2 GSH + H ₂ O ₂ ----GSH-Px → GSSG + 2 H ₂ O

La glándula tiroides y todas las células que usan hormona tiroidea usan selenio, que es un cofactor para los tres de los cuatro tipos conocidos de desyodasas de hormona tiroidea, que activan y luego desactivan varias hormonas tiroideas y sus metabolitos; las yodotironina desyodasas son la subfamilia de enzimas desyodasas que usan selenio como el aminoácido selenocisteína, que de otro modo sería raro. (Solo la desyodasa yodotirosina desyodasa, que actúa sobre los últimos productos de degradación de la hormona tiroidea, no utiliza selenio).

El selenio puede inhibir la enfermedad de Hashimoto, en la cual las propias células tiroideas del cuerpo son atacadas como extrañas. Se informa una reducción del 21% en los anticuerpos TPO con la ingesta dietética de 0,2 mg de selenio.

El aumento de selenio en la dieta reduce los efectos de la toxicidad del mercurio, aunque solo es eficaz en dosis bajas a moderadas de mercurio. La evidencia sugiere que los mecanismos moleculares de la toxicidad del mercurio incluyen la inhibición irreversible de las selenoenzimas que se requieren para prevenir y revertir el daño oxidativo en el cerebro y los tejidos endocrinos. Un antioxidante, la selenoneína, que se deriva del selenio y se ha encontrado que está presente en la sangre del atún rojo, es objeto de investigación científica sobre su posible papel en enfermedades inflamatorias y crónicas, desintoxicación de metilmercurio y daños oxidativos.Parece que cuando aumentan los niveles de mercurio en un pez marino, también lo hacen los niveles de selenio. Según el conocimiento de los investigadores, no hay informes de niveles de mercurio que excedan los niveles de selenio en los peces del océano.

Evolución en biología

Desde hace unos tres mil millones de años, las familias de selenoproteínas procarióticas impulsan la evolución de la selenocisteína, un aminoácido. El selenio se incorpora a varias familias de selenoproteínas procarióticas en bacterias, arqueas y eucariotas como selenocisteína,donde las peroxirredoxinas de selenoproteínas protegen a las células bacterianas y eucariotas contra el daño oxidativo. Las familias de selenoproteínas de GSH-Px y las desyodasas de células eucariotas parecen tener un origen filogenético bacteriano. La forma que contiene selenocisteína se presenta en especies tan diversas como algas verdes, diatomeas, erizos de mar, peces y pollos. Las enzimas de selenio están involucradas en las pequeñas moléculas reductoras de glutatión y tiorredoxina. Una familia de moléculas que contienen selenio (las glutatión peroxidasas) destruye el peróxido y repara las membranas celulares peroxidadas dañadas, usando glutatión. Otra enzima que contiene selenio en algunas plantas y en animales (tioredoxina reductasa) genera tiorredoxina reducida,

Los oligoelementos involucrados en las actividades de las enzimas GSH-Px y superóxido dismutasa, es decir, selenio, vanadio, magnesio, cobre y zinc, pueden haber faltado en algunas áreas terrestres con deficiencia de minerales. Los organismos marinos retuvieron ya veces expandieron sus selenoproteomas, mientras que los selenoproteomas de algunos organismos terrestres se redujeron o se perdieron por completo. Estos hallazgos sugieren que, con la excepción de los vertebrados, la vida acuática sustenta el uso de selenio, mientras que los hábitats terrestres reducen el uso de este elemento traza.Los peces marinos y las glándulas tiroides de los vertebrados tienen la mayor concentración de selenio y yodo. Desde hace unos 500 millones de años, las plantas terrestres y de agua dulce optimizaron lentamente la producción de "nuevos" antioxidantes endógenos como el ácido ascórbico (vitamina C), los polifenoles (incluidos los flavonoides), los tocoferoles, etc. Algunos de estos aparecieron más recientemente, en el últimos 50-200 millones de años, en frutos y flores de plantas angiospermas. De hecho, las angiospermas (el tipo de planta dominante en la actualidad) y la mayoría de sus pigmentos antioxidantes evolucionaron durante el período Jurásico tardío.

Las isoenzimas desyodasas constituyen otra familia de selenoproteínas eucariotas con función enzimática identificada. Las desyodasas pueden extraer electrones de los yoduros y los yoduros de las yodotironinas. Están, por lo tanto, involucrados en la regulación de la hormona tiroidea, participando en la protección de los tirocitos del daño por H ₂ O ₂ producido para la biosíntesis de la hormona tiroidea. Hace unos 200 millones de años, se desarrollaron nuevas selenoproteínas como enzimas GSH-Px de mamíferos.

Fuentes nutricionales de selenio

El selenio dietético proviene de la carne, las nueces, los cereales y los champiñones. Las nueces de Brasil son la fuente dietética más rica (aunque esto depende del suelo, ya que la nuez de Brasil no requiere altos niveles del elemento para sus propias necesidades).

La Ingesta Dietética Recomendada (RDA) de EE. UU. de selenio para adolescentes y adultos es de 55 µg/día. El selenio como suplemento dietético está disponible en muchas formas, incluidos los suplementos multivitamínicos/minerales, que normalmente contienen 55 o 70 µg/porción. Los suplementos específicos de selenio generalmente contienen 100 o 200 µg/porción.

En junio de 2015, la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) publicó su regla final que establece el requisito de niveles mínimos y máximos de selenio en la fórmula infantil.

Se cree que el contenido de selenio en el cuerpo humano está en el rango de 13 a 20 mg.

Especies de plantas indicadoras

Ciertas especies de plantas se consideran indicadores de un alto contenido de selenio en el suelo porque requieren altos niveles de selenio para prosperar. Las principales plantas indicadoras de selenio son las especies de Astragalus (incluidas algunas plantas locas), la pluma del príncipe (Stanleya sp.), el áster leñoso (Xylorhiza sp.) y la falsa hierba dorada (Oonopsis sp.)

Detección en fluidos biológicos

El selenio se puede medir en sangre, plasma, suero u orina para monitorear la exposición ambiental u ocupacional excesiva, para confirmar un diagnóstico de envenenamiento en víctimas hospitalizadas o investigar un caso sospechoso de sobredosis fatal. Algunas técnicas analíticas son capaces de distinguir las formas orgánicas de las inorgánicas del elemento. Tanto las formas orgánicas como las inorgánicas del selenio se convierten en gran medida en conjugados de monosacáridos (selenosazúcares) en el cuerpo antes de su eliminación en la orina. Los pacientes con cáncer que reciben dosis orales diarias de selenotionina pueden alcanzar concentraciones de selenio en plasma y orina muy altas.

Toxicidad

Aunque el selenio es un oligoelemento esencial, es tóxico si se toma en exceso. Superar el nivel máximo de ingesta tolerable de 400 microgramos por día puede provocar selenosis. Este nivel máximo de ingesta tolerable de 400 µg se basa principalmente en un estudio de 1986 de cinco pacientes chinos que exhibieron signos evidentes de selenosis y un estudio de seguimiento en las mismas cinco personas en 1992. El estudio de 1992 en realidad encontró que la ingesta dietética máxima segura de Se era aproximadamente 800 microgramos por día (15 microgramos por kilogramo de peso corporal), pero sugirió 400 microgramos por día para evitar crear un desequilibrio de nutrientes en la dieta y de acuerdo con los datos de otros países.En China, las personas que ingirieron maíz cultivado en carbón pedregoso extremadamente rico en selenio (esquisto carbonáceo) sufrieron toxicidad por selenio. Se demostró que este carbón tiene un contenido de selenio de hasta el 9,1%, la concentración más alta jamás registrada en el carbón.

Los signos y síntomas de la selenosis incluyen olor a ajo en el aliento, trastornos gastrointestinales, pérdida de cabello, desprendimiento de uñas, fatiga, irritabilidad y daño neurológico. Los casos extremos de selenosis pueden presentar cirrosis hepática, edema pulmonar o la muerte. El selenio elemental y la mayoría de los seleniuros metálicos tienen toxicidades relativamente bajas debido a su baja biodisponibilidad. Por el contrario, los selenatos y selenitos tienen un modo de acción oxidante similar al del trióxido de arsénico y son muy tóxicos. La dosis tóxica crónica de selenio para humanos es de aproximadamente 2400 a 3000 microgramos de selenio por día. El seleniuro de hidrógeno es un gas extremadamente tóxico y corrosivo.El selenio también se encuentra en compuestos orgánicos, como el seleniuro de dimetilo, la selenometionina, la selenocisteína y la metilselenocisteína, todos los cuales tienen una alta biodisponibilidad y son tóxicos en grandes dosis.

El 19 de abril de 2009, 21 caballos de polo murieron poco antes de un partido en el Abierto de Polo de Estados Unidos. Tres días después, una farmacia emitió un comunicado explicando que los caballos habían recibido una dosis incorrecta de uno de los ingredientes utilizados en un compuesto de suplemento de vitaminas y minerales que había sido preparado incorrectamente por una farmacia de compuestos. El análisis de los niveles sanguíneos de compuestos inorgánicos en el suplemento indicó que las concentraciones de selenio eran de 10 a 15 veces más altas de lo normal en las muestras de sangre y de 15 a 20 veces más altas de lo normal en las muestras de hígado. Más tarde se confirmó que el selenio era el factor tóxico.

En los peces y otros animales salvajes, el selenio es necesario para la vida, pero tóxico en dosis altas. Para el salmón, la concentración óptima de selenio es de aproximadamente 1 microgramo de selenio por gramo de peso corporal total. Muy por debajo de ese nivel, los salmones jóvenes mueren por deficiencia; mucho más arriba, mueren por exceso tóxico.

La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible) para el selenio en el lugar de trabajo en 0,2 mg/m durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,2 mg/m3 durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 1 mg/m3, el selenio es inmediatamente peligroso para la vida y la salud.

Deficiencia

La deficiencia de selenio puede ocurrir en pacientes con función intestinal severamente comprometida, aquellos que reciben nutrición parenteral total y en aquellos de edad avanzada (más de 90 años). Además, las personas que dependen de alimentos cultivados en suelos con deficiencia de selenio están en riesgo. Aunque el suelo de Nueva Zelanda tiene bajos niveles de selenio, no se han detectado efectos adversos para la salud de los residentes.

La deficiencia de selenio, definida por niveles bajos (<60 % de lo normal) de actividad de la selenoenzima en el cerebro y los tejidos endocrinos, ocurre solo cuando un nivel bajo de selenio está relacionado con un estrés adicional, como una alta exposición al mercurio o un aumento del estrés oxidante debido a la deficiencia de vitamina E.

El selenio interactúa con otros nutrientes, como el yodo y la vitamina E. El efecto de la deficiencia de selenio en la salud sigue siendo incierto, particularmente en relación con la enfermedad de Kashin-Beck. Además, el selenio interactúa con otros minerales, como el zinc y el cobre. Altas dosis de suplementos de Se en animales preñados podrían alterar la relación Zn:Cu y conducir a la reducción de Zn; en tales casos de tratamiento, se deben monitorear los niveles de Zn. Se necesitan más estudios para confirmar estas interacciones.

En las regiones (p. ej., varias regiones de América del Norte) donde los niveles bajos de selenio en el suelo conducen a bajas concentraciones en las plantas, algunas especies animales pueden ser deficientes a menos que el selenio se complemente con la dieta o mediante inyecciones. Los rumiantes son particularmente susceptibles. En general, la absorción de selenio en la dieta es menor en los rumiantes que en otros animales, y es menor en los forrajes que en los cereales. Los rumiantes que pastan ciertos forrajes, por ejemplo, algunas variedades de trébol blanco que contienen glucósidos cianogénicos, pueden tener mayores requerimientos de selenio, presumiblemente porque el cianuro se libera de la aglicona por la actividad de la glucosidasa en el rumen y las glutatión peroxidasas son desactivadas por el cianuro que actúa sobre la fracción glutatión.A los rumiantes neonatos con riesgo de enfermedad del músculo blanco se les puede administrar tanto selenio como vitamina E por inyección; algunas de las miopatías por ADM responden solo al selenio, otras solo a la vitamina E y otras a cualquiera de las dos.

Efectos en la salud

Los efectos de la ingesta de selenio sobre el cáncer se han estudiado en varios ensayos clínicos y estudios epidemiológicos en humanos. El selenio puede tener un papel quimiopreventivo en el riesgo de cáncer como antioxidante y podría desencadenar la respuesta inmunitaria. En niveles bajos, se utiliza en el cuerpo para crear selenoproteínas antioxidantes, en dosis más altas de lo normal provoca la muerte celular.

El selenio (en estrecha interrelación con el yodo) juega un papel en la salud de la tiroides. El selenio es un cofactor de las tres hormonas tiroideas desyodasas, lo que ayuda a activar y luego desactivar varias hormonas tiroideas y sus metabolitos. La deficiencia aislada de selenio ahora se está investigando por su papel en la inducción de reacciones autoinmunes en la glándula tiroides en la enfermedad de Hashimoto. Sin embargo, en un caso de deficiencia combinada de yodo y selenio, se demostró que la deficiencia de selenio desempeña un papel protector de la tiroides.