Selen (Se) und Wasser

Die Selenkonzentration in Meerwasser liegt bei etwa 0,1-0,5 ppb. Flusswasser hat im Allgemeinen einen Gehalt von 0,2 ppb Selen. In gelöster Form liegt das Element wahrscheinlich vor allem als SeO₃^2-, möglicherweise aber auch als HSeO₃^-, H₂SeO₃, SeO₄^2- und HSeO₄^- vor.

Wie und in welchen Verbindungen reagiert Selen mit Wasser?

Selen bleibt unbeeinflusst vom Kontakt mit Wasser. Es gibt jedoch Selenverbindungen, die sehr wohl mit Wasser reagieren. Ein Beispiel hierfür gibt die folgende Reaktionsgleichung:

Al₂Se₃ + 6H₂O -> 3H₂Se + 2Al(OH)₃

Wasserlöslichkeit von Selen und/oder seinen Verbindungen?

Elementares Selen ist unter normalen Umständen nicht in Wasser löslich. Beispiele für wasserlösliche Selenverbindungen sind Selensäure mit einer sehr hohen Löslichkeit von 10600 g/L und selenige Säure mit einer etwas geringeren Löslichkeit von 3250 g/L.

Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann

Wie kann Selen ins Wasser gelangen?

Elementares Selen kommt in der Natur nur sehr selten vor. Es gibt jedoch etwa 40 selenhaltige Mineralien, wie zum Beispiel Berzeliit, die wiederum auch nicht sehr häufig sind. Große Mengen an Selen werden aus Industrieabfällen recycelt. Zudem ist das Element ein Nebenprodukt der Schmelzung anderer Erze, insbesondere von Kupfererzen.
Da metallisches Selen die Eigenschaft hat, Elektrizität bei Lichteinfall tausendmal besser zu leiten als im Dunkeln, wird es beispielsweise in photoelektrischen Zellen, Lichtmessgeräten, Solarzellen, Kameras und Kopierapparaten verwendet. Bei diesem Industriezweig wird etwa ein Drittel des Selens in hoher Reinheit benötigt. Ein weiteres Viertel des kommerziell genutzten Selens benutzt man in verschiedenen Verbindungen in der Glasindustrie, entweder um Glas zu entfärben, oder ihm eine rote Farbe zu geben. Schließlich werden etwa 15% des Elements als Zusatz für Tierfutter oder in Nahrungsergänzungsmittel verwendet. Der Rest findet Verwendung in Batterien, Gleichrichtern, der Vulkanisierung von Kautschuk oder aber Anti-Schuppen-Shampoos oder Farbpigmenten. In Installationen zur Trinkwasserversorgung hat Selen aufgrund der geringeren Giftigkeit teilweise den Platz von Blei eingenommen.
Kohle kann bis zu 10 ppm Selen enthalten, weswegen Kohlekraftwerke große Mengen des Elements in die Umwelt freisetzen können. Gleiches gilt für Metallschmelzen und Müllverbrennungsanlagen, die Papier, Karton oder auch Reifen verbrennen. Zudem wurde Selen in Pflanzenschutzmitteln verwendet. Sulfide und Schwefelablagerungen enthalten häufig Selen wegen seiner chemischen Ähnlichkeit mit Schwefel.
Das Isotop ⁷⁵Se wird in der Forschung und zu medizinischen Zwecken verwendet.

Welche Umweltprobleme können durch Wasserverunreinigung mit Selen entstehen?

Der natürliche Kreislauf von Selen ähnelt dem Schwefelkreislauf. Methylselenid und Dimethylselenid werden durch die Arbeit anaerober Bakterien aus Böden und Gewässern freigesetzt und gelangen in die Atmosphäre. Zwei Drittel des Selens in der Luft stammen jedoch von menschlichen Aktivitäten. Zum Teil könnte dies sogar einen positiven Effekt haben, wenn das Element vom Regen auf selenarmes Land gespült wird.
Lufttrockene Böden enthalten normalerweise 0,01-5 ppm Selen. In einigen Teilen der Erde ist dieser Gehalt jedoch wesentlich höher als in anderen. In Phosphatdüngern ist Selen sowohl natürlich enthalten, als auch häufig als Nährstoff zugefügt.
Selen kann von Pflanzen sowohl in organischer als auch anorganischer Form aufgenommen werden. In Kraut- und Holzpflanzen sind in Europa meist ein Gehalt von 0,01-2 ppm (trockenmassebezogen) zu finden. Auch sie können anorganische Selenverbindungen zu Methyl- und Dimethylseleniden reduzieren. Ist der Boden extrem selenhaltig, können die darauf wachsenden Pflanzen giftig für grasendes Vieh sein, das nach einer Vergiftung durch einen torkelnden Gang auffällt. Beispielsweise Wicken können Selen bis zu 1,4% ihrer Trockenmasse akkumulieren und sind auf diese Weise häufig verantwortlich für die Erkrankung von Tieren. Auch bei Hühnersorten wurden Missbildungen aufgrund von Selenvergiftung festgestellt. Als noch tolerierbare Konzentration des Elements im Boden gelten etwa 10 ppm. Astragalus-Arten können Selen bis zu Gehalten von 5000 ppm akkumulieren, ohne dass Wachstumsstörungen auftreten. Solche Pflanzen, die extrem viel Selen akkumulieren, könnten als Rohstoffquelle angebaut werden, wobei pro Hektar bis zu 7 kg des Elements extrahiert werden können.
Selen ist für viele Organismen essentiell und beispielsweise Bestandteil der Glutathionperoxidase. Selenite und Selenate sind jedoch stark toxisch für Warmblüter und werden zudem gut resorbiert. Selenit wird im Organismus anschließend auch zu Selenat oxidiert. Bei Wiederkäuern ist die Resorptionsrate etwas geringer, weil das Selen teilweise im Magen-Darm-Trakt durch Mikroorganismen immobilisiert wird. Zudem wurden im lebenden Organismus Organoselenverbindungen nachgewiesen, was auf den Ersatz von Schwefelatomen durch Selenatome beim Aminosäuremetabolismus hindeutet. Ein Beispiel für eine Selenverbindung, die als hochtoxisch gilt, ist Selenocystein, eine Verbindung, die in lebenden Organismen vorkommt.
Obwohl das Element selbst schon in relativ geringen Dosen toxisch ist, kann es der Wirkung anderer giftiger Stoffe, wie etwa Cadmium, Quecksilber, Arsen oder Thallium, entgegenwirken. Dies wurde vor allem bei Meeressäugern, wie etwa Robben, festgestellt, gilt aber wahrscheinlich sogar für den Menschen.
Auch in Gewässern lebende Mikroorganismen können Selenverbindungen beispielsweise zu methylierten Formen metabolisieren. Zudem reduzieren Algen sie zu Methyl- und Dimethylseleniden.
Selen hat von Natur aus sechs Isotope, die alle stabil und somit nicht radioaktiv sind. Es gibt inzwischen jedoch auch 18 instabile Selenisotope.

Welche Gesundheitseffekte kann Selen im Wasser verursachen?

Die Konzentration an Selen im menschlichen Körper liegt bei etwa 0,05 ppm. Es handelt sich um ein essentielles Element, da es unter anderem Bestandteil vom Antioxidanten Glutathionperoxidase ist, das Peroxyde beseitigt bevor sie freie Radikale bilden können, und vom Enzym Deiodinase, das die Hormonproduktion der Schilddrüse ankurbelt.
In den höchsten Konzentrationen kommt Selen im Haar, den Nieren und den Hoden vor. Je nach Ernährung nimmt der Mensch täglich 60-200 μg des Elements zu sich, wobei der Mann etwa 75 μg und die Frau etwa 60 μg pro Tag benötigen. Selen wird teilweise in den Knochen gespeichert und kann in Zeiten geringerer Aufnahme hieraus genutzt werden. Allgemein wird das Element als Selenat-Ion ausgeschieden. Flüchtiges Dimethylselenid taucht mit knoblauchartigem Geruch in der Atemluft auf.
Selenmangel kann zu Anämie, erhöhtem Blutdruck, Unfruchtbarkeit, Arthritis, frühzeitiger Alterung und Muskeldystrophie führen, und wird sogar an Multiple Sklerose, Grauen Star und Krebs verknüpft. In Regionen in China mit sehr geringem Selengehalt im Boden treten hydropische Herzdekompensation bei Kindern (Keshan-Krankheit) und eine erhöhte Quote an Magenkrebs auf. Selen wird nicht nur eine krebshemmende und entgiftende Wirkung, sondern auch eine Schutzfunktion vor Schwermetallionen und eine steigernde Wirkung auf Vitamin E nachgesagt. Es wird häufig an Nahrungsergänzungsmittel hinzugefügt.
Ab einer Einnahme von 450 μg kann es jedoch zu Selenvergiftung kommen, die sich in den Symptomen schlechter Körpergerüche, Magenschmerzen, Erbrechen, Diarrhö, Atembeschwerden etc. äußert. Sie ist beim Menschen sehr selten. Eine akute Vergiftung mit Selen kann sich zudem auf das zentrale Nervensystem auswirken. Die Giftigkeit beruht wohl auf dem Austausch von Selenatomen gegen Schwefelatome in Aminosäuren. 5 mg Selen als einmalige Dosis führen zu Vergiftungen, täglich eingenommen können sie tödlich sein. Toxischer als elementares Selen sind beispielsweise Selenwasserstoff, aber auch andere Verbindungen des Elements.
Selenstäube können zu Entzündungen der Atmungs- und Verdauungsorgane führen.

Welche Wasserreinigungstechnologien können genutzt werden um Selen zu entfernen?

Selen kann aus Wasser beispielsweise durch Fällung oder mit Hilfe von Ionenaustauschern entfernt werden. Auch Adsorption ist eine Möglichkeit.

Die Trinkwassernormen von WHO, EU und Deutschland geben eine maximale Selenkonzentration von 0,01 mg/L vor.

Trinkwassernormen im Vergleich

Quellenangaben

Zum Periodensystem der Elemente

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