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이산화 셀레늄

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목차

1. 개요

이산화 셀레늄(SeO₂)은 사슬 모양의 고분자 구조를 가진 백색의 흡습성 결정으로, 유기 합성의 산화제, 셀레늄 화합물 합성의 원료, 유리에 붉은색을 부여하는 데 사용된다. 상온에서 고체로 존재하며, 물, 에탄올, 아세트산에 잘 녹아 아셀렌산을 형성한다. 기체 상태에서는 이량체 및 기타 올리고머 종으로 존재하며, 산화·환원 반응을 하며, 셀레늄을 공기나 산소 중에서 연소시키거나, 셀렌산을 탈수시켜 제조할 수 있다. 이산화 셀레늄은 독성이 강하여 흡입, 피부 접촉, 섭취 시 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있다.

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2. 물리적 성질

사슬 모양의 거대 분자이다. 상온에서는 백색의 흡습성 결정으로 존재한다. 액체는 등청색이며, 기체는 황록색이다. 317°C에서 승화한다. 비중은 3.954이다. 물, 에탄올, 아세트산에 잘 녹는다.[17] 고체 이산화 셀레늄(SeO2)은 일차원 중합체이며, 사슬은 셀레늄과 산소 원자가 번갈아 가며 구성된다. 각 셀레늄(Se) 원자는 피라미드형이며 말단 산화물기를 가지고 있다. 연결 Se-O 결합 길이는 179pm이고, 말단 Se-O 거리는 162pm이다.[5]

기체 상태에서 이산화 셀레늄은 이량체 및 기타 올리고머 종으로 존재하며, 고온에서는 단량체가 된다.[6] 단량체 형태는 이산화황과 매우 유사한 굽은 구조를 채택하며, 결합 길이는 161pm이다.[6]

단량체 SeO2는 극성 분자이며, 쌍극자 모멘트는 2.62 D[7]이다.

고체는 쉽게 승화된다. SeO2는 산성 산화물로 간주된다. 물에 녹아 셀렌산을 형성한다.[6] SO2는 분자 형태를 띠는 경향이 있는 반면, SeO2는 일차원 사슬이고, TeO2는 가교 결합된 중합체이다.[5]

성질값
몰 질량110.96 g/mol
상온에서의 상태무색 고체
승화점315 ℃, 황록색 기체가 된다.
녹는점340 ℃ (밀폐된 관 속에서 청색 액체)
물에 대한 용해도73.3 g/100 g (25 ℃)


3. 화학적 성질

실온에서 무색의 바늘 모양 결정으로, –[O–Se(=O)]n– 형태의 사슬 모양 고분자 구조를 갖는다.[5] 고체 이산화 셀레늄은 일차원 중합체이며, 셀레늄과 산소 원자가 번갈아 가며 사슬을 구성한다. 각 셀레늄 원자는 피라미드형이며 말단 산화물기를 가진다. 연결 Se-O 결합 길이는 179 pm, 말단 Se-O 거리는 162 pm이다.[5] 기체 상태에서는 이량체 및 기타 올리고머 종으로 존재하며, 고온에서는 단량체가 된다.[6] 단량체 형태는 이산화 황과 유사한 굽은 구조를 가지며, 결합 길이는 161 pm이다.[6] 단량체 SeO₂는 극성 분자이며, 쌍극자 모멘트는 2.62 D이다.[7] 산성 산화물로, 물에 녹아 아셀렌산을 형성한다.[17] 염기와 반응하여 셀렌산염 염을 형성한다. 예를 들어, 수산화나트륨과 반응하여 셀렌산나트륨을 생성한다.[6]

:SeO2 + 2 NaOH → Na2SeO3 + H2O

환원되기 쉬운 물질로, 공기 중의 먼지에 의해서도 분해될 수 있다.[17] 암모니아 등에 의해 환원되어 셀레늄이 된다. 질산이나 과산화 수소 중의 산소로 산화시켜 셀렌산으로 산화시킬 수 있다.

4. 제법

셀레늄을 공기 또는 산소 중에서 연소시켜 얻을 수 있다.[17] 이산화 셀레늄은 셀레늄을 공기 중에서 연소시키거나 질산 또는 과산화 수소와의 반응을 통해 산화시켜 제조할 수 있지만, 가장 편리한 방법은 셀렌산을 탈수시키는 것이다.

:2 H2O2 + Se → SeO2 + 2 H2O

:3 Se + 4 HNO3 + H2O → 3 H2SeO3 + 4 NO

:H2SeO3 ⇌ SeO2 + H2O

5. 용도

이산화 셀레늄은 주로 다음과 같은 용도로 사용된다.[17]


  • 유기 화합물 합성에서 산화제나 촉매로 사용된다. SeO₂는 유기 합성에서 중요한 시약이다. 파라알데하이드(아세트알데하이드 삼량체)를 산화시켜 글리옥살[9]을 생성하고, 시클로헥사논을 산화시켜 1,2-시클로헥산디온을 생성한다.[10] 반응 후 환원된 셀레늄은 붉은색 비정질 고체 셀레늄으로 침전되어 쉽게 여과할 수 있다.[10] 이러한 반응을 릴리 산화라고 하며, 알릴 산화[11] 시약으로도 잘 알려져 있다. 아실화된 히드라존 유도체로부터 1,2,3-셀레나디아졸을 합성하는 데에도 사용된다.[12]
  • 셀레늄 화합물 합성의 원료로 사용된다.
  • 유리에 붉은색을 부여한다. 소량 사용 시 철 불순물로 인한 색을 상쇄하여 (겉보기에는) 무색 유리를 만들 수 있고, 다량 사용 시 진한 루비색을 띤다.
  • 일부 냉간 착색 용액의 주요 성분이다.
  • 사진 현상에서 조색제로 사용되었다.


이산화 셀레늄은 독특한 작용기 선택성을 가진 온화한 산화제이므로 유기 합성에서 중요하다. 알릴 위치와 벤질 위치의 수소를 선택적으로 하이드록시기로 산화시키며, 기질에 따라 카르보닐기까지 산화될 수 있다.

알데하이드나 케톤의 α 위치의 메틸기나 메틸렌기는 카르보닐기로 산화된다. 이산화 셀레늄은 독성이 강해, 촉매량만 사용하고 과산화수소나 tert-부틸하이드로퍼옥사이드(TBHP) 등을 재산화제로 사용하는 촉매적 산화가 이루어지기도 한다.

유리에 이산화 셀레늄 첨가 시 적색을 띤다. 다량 첨가 시 짙은 루비색을 띠며, 우라늄 유리에 소량 첨가 시 투과색이 오렌지색이 된다. 코발트 화합물 불순물로 인한 유리의 청색을 외관상 상쇄하여 무색으로 만들기 위해서도 첨가되었다.

셀레늄 원소, 아셀렌산염, 셀렌산염에도 유사한 용도가 알려져 있다.[14]

6. 안전성

이산화 셀레늄은 독성이 있는 화합물이다. 만성적으로 접촉할 경우 창백함, 설태, 위장 질환, 신경쇠약 등을 일으킬 수 있다. 이산화 셀레늄과 같이 물에 녹을 수 있는 셀레늄 화합물은 체내의 설파이드릴 효소를 공격하기 때문에 독성이 강하다.[18]

흡입 시 매우 큰 독성을 가지며, 노출 이후 몇 시간 후에 심각한 호흡기 질환이 발생할 수 있다. 상부 기도를 자극하며, 두통, 발열, 오한을 유발할 수 있다.[18]

피부에 화상, 발진을 일으킬 수 있으며, 피부를 통해 흡수되어 독성을 나타낼 수 있다. 장기간 접촉 시 피부가 민감해질 수 있다.[18]

눈을 자극하며, 눈꺼풀의 알레르기 반응으로 눈이 부을 수 있다.[18]

셀레늄은 필수 원소이지만, 5mg/일 이상 섭취하면 비특이적 증상이 나타날 수 있다.[13]

7. 환경

다우니아이트(downeyite)는 이산화 셀레늄의 천연 형태로, 매우 희귀한 광물이다. 이 광물은 탈출하는 가스로 인해 생성된 배출구 주변에서만 발견되며, 극소수의 타는 석탄층에서만 산출된다.[8]

참조

[1] 웹사이트 Safety data sheet: Selenium dioxide http://www.integrach[...] 2015-03-27
[2] 웹사이트 Selenium dioxide safety and hazards https://pubchem.ncbi[...]
[3] IDLH Selenium compounds (as Se)
[4] 논문 Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis 2017
[5] 서적 Handbook of Chalcogen Chemistry: New Perspectives in Sulfur, Selenium and Tellurium Royal Society of Chemistry 2007
[6] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press/De Gruyter
[7] 논문 Third-order potential constants and dipole moment of SeO2 by microwave spectroscopy
[8] 논문 Downeyite, the first verified natural occurrence of SeO2 http://www.minsocam.[...] 1977
[9] OrgSynth Glyoxal Bisulfite
[10] OrgSynth 1,2-Cyclohexanedione Dioxime
[11] OrgSynth Allylic Oxidation with Hydrogen Peroxide–Selenium Dioxide: trans-Pinocarveol
[12] 논문 A novel synthesis of selenium heterocycles: substituted 1,2,3-selenadiazoles
[13] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH
[14] 논문 http://pubs.acs.org/[...]
[15] 웹사이트 http://www.integrach[...]
[16] IDLH Selenium compounds (as Se)
[17] 서적 화학대사전 세화
[18] 웹사이트 http://www.integrach[...]


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