セレン（Se）

セレン（Se）は、硫黄（S）とテルル（Te）に挟まれたカルコゲン元素であり、「半導体としての電子機能」「ガラス・顔料としての光学機能」「酸化還元種としての環境化学」「必須微量元素としての生体機能」が同時に立ち上がる点に本質がある。金属資源としては“単独鉱石”よりも、銅製錬など非鉄製錬の副産物として回収されることが多く、需要側（太陽電池・電子材料）と供給側（非鉄製錬の操業）とが強く結びつく。したがってセレンは、材料・資源・環境・生命を横断する「機能の交差点」として学ぶ価値が高い。

参考ドキュメント

• Royal Society of Chemistry（RSC）Periodic Table: Selenium（基本物性・概要） https://periodic-table.rsc.org/element/34/selenium
• USGS: Mineral Commodity Summaries 2025 – Selenium（需給・用途・供給構造） https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-selenium.pdf
• 環境省（PRTR）ファクトシート：セレン及びその化合物（有害性・規制・環境基準） https://www.prtr.env.go.jp/factsheet/factsheet/pdf/fc00242.pdf

1. 基本情報

項目	内容
元素名	セレン
元素記号 / 原子番号	Se / 34
標準原子量	78.971（代表値）
族 / 周期 / ブロック	第16族 / 第4周期 / pブロック（カルコゲン）
電子配置	$[\mathrm{Ar}]3d^{10}4s^{2}4p^4$
常温常圧での状態	固体（非金属〜半金属的）
代表的同素体	灰色（六方/三方晶、安定相）、赤色（非晶質/単斜晶など）
代表的酸化数	$-2,0,+4,+6$
重要な化学種（環境・溶液）	セレン酸塩（Se(VI)）、亜セレン酸塩（Se(IV)）、セレン化物（Se(-II)）
工業上の供給形態	非鉄製錬（主に銅電解精製）副産物として回収される金属セレン、高純度セレン、SeO${}_2$ 等
材料科学で頻出する化合物	金属セレン化物（CdSe, ZnSe など）、遷移金属セレン化物（MoSe${}_2$ 等）、FeSe（超伝導・電子相関系のモデル物質としても登場）

• 補足（設計可能性の要点）
  • セレンは「価電子が $p^4$」であることが、(i) 多様な酸化状態、(ii) 共有結合性の強いカルコゲン化物、(iii) 光・電気応答（半導体性、光伝導）を同時に成立させる基盤である。
  • 供給は“銅の生産量・精製プロセス”に結びつきやすく、需要が伸びても供給が同じように増えない局面があり得る。セレンは「材料の機能」と「資源の構造」を同時に見る訓練に適した元素である。

2. 歴史

• 発見と命名

  • セレンは19世紀初頭に発見された元素であり、名称は月（Selene）に由来する（同時期に見つかったテルル＝地球との対比として語られることが多い）。
  • 元素名の由来が、物質の性質そのものではなく“学術文化の比喩”にある点は、周期表が自然科学と人文史を同時に内包していることを示す。

• 工業利用の変遷（光伝導 → 多用途化）

  • セレンは歴史的に光伝導材料として重要であり、複写機の感光体（セレンドラム）などに使われた時代がある。
  • その後、有機感光体などに置換される一方で、ガラス（着色・脱色）、冶金添加、電子材料、太陽電池などへ用途が分散していった。
  • 「一度主要用途が縮小した後に、別用途で再び重要性が浮上する」という産業史は、材料機能が社会実装の条件に強く依存することを示す好例である。

3. セレンを理解する

3.1 同素体と結合：なぜ“半導体的”なのか

セレンは同素体により結晶構造と電子状態が変わり、外観・機械特性・電気特性が大きく変わる。

同素体（代表）	構造のイメージ	特徴（要点）
灰色セレン（安定相）	鎖状構造が規則的に配列	半導体的、熱的に安定、材料としての基準相になりやすい
赤色セレン（非晶質/低温相）	分子状・非晶質成分を含む	光学特性が目立つ、加熱で灰色相へ変化しやすい

• 材料として重要なのは「どの相を使っているか」と「履歴（成膜・焼成・アニール）」であり、単に“Se”と書いても状態は一意でない。

3.2 酸化数と化学種：Se(-II)/Se(0)/Se(IV)/Se(VI)

セレンの化学は、酸化数の切替が大きいほど“環境・プロセス・毒性”へ直結する。

酸化数	代表種（例）	典型的な場面
$-2$	セレン化物（MSe）、H${}_2$Se	還元的環境、金属セレン化物材料、腐食・ガス安全
$0$	単体 Se	回収・精製の最終形態、光・電子材料
$+4$	亜セレン酸塩（SeO${}_3^{2-}$）	水環境・排水、化学プロセス中間体
$+6$	セレン酸塩（SeO${}_4^{2-}$）	強酸化的条件、水中での移行性が問題になりやすい

ネルンスト式は、環境中での形態変化（溶解・吸着・沈殿・揮発）を議論する基礎になる。

$$E=E^{\circ }-\frac{RT}{nF}\ln Q$$

• 重要なのは「どの形態（Se(VI)/Se(IV)/Se(0)/Se(-II)）が優勢か」であり、これは pH・酸化還元電位（Eh）・共存イオン・吸着材（酸化鉄等）で大きく変わる。
• 同じ“Se”でも、材料中（固体）と水環境（溶存種）では支配法則が異なるため、材料研究でも環境側の語彙（形態、移行性、基準値）を持っておくと議論が安定する。

4. 豆知識

• セレンは「必須」と「有害」の距離が近い

  • セレンは必須微量元素として扱われる一方、過剰摂取は毒性（セレノーシス）として問題になり得る。
  • “不足”と“過剰”の間の安全域が狭いという性質は、栄養学だけでなく環境基準や排水管理の背景にもつながる。

• セレンは“銅の副産物”として現れる

  • セレンは単独鉱山より、銅など非鉄製錬の副産物として回収されやすい。
  • 供給が素材産業の操業に結びつくため、需要側の変動だけで価格・供給が決まらないことがある。

5. 地球化学・産状

5.1 どこにあるか

• セレンは硫黄と同族であり、硫化鉱物（Cu, Pb, Zn など）と同じ鉱床環境で共存しやすい。
• “硫黄の席”に入り込む（同族置換する）ことで鉱石中に微量に濃集し、結果として製錬副産物として回収される構造を作る。

5.2 環境中でのふるまい

• Se(VI)（セレン酸塩）は一般に移行性が高く、Se(0) や Se(-II) は固相として固定化されやすい、という直観が役に立つ。
• 実務上は、鉄水酸化物への吸着、共沈、還元固定化などが、排水処理・土壌浄化の基本戦略になる。

6. 採取・製造・精錬

6.1 供給構造：電解銅精製のアノードスライム

• 銅の電解精製では、アノード不溶解残渣（アノードスライム）に貴金属・希少元素が濃集し、セレンもここに集まりやすい。
• セレン供給は「銅の精製がどれだけ動くか」「スライム処理設備があるか」に依存する。

6.2 典型的な回収の概念フロー

概念的には、濃集 → 酸化（揮発性種へ）→ 溶解・浄液 → 還元 → 金属セレン、の流れで理解できる。

• 濃集：アノードスライム等に集まる
• 酸化：SeO${}_2$ などへ（揮発・分離がしやすい形にする）
• 浄液：不純物除去（高純度化の鍵）
• 還元：金属セレンへ戻す

補足：

• セレンは用途によって要求純度が大きく異なる。電子材料用途では微量不純物が性能に直結し、精製工程が価値の中核になる。

7. 物理化学的性質・特徴

7.1 物性

項目	内容	備考
融点	221 ℃	同素体・純度で実務上の扱いが変わる
沸点	685 ℃	揮発性の取り扱い・回収設計に関係
電気特性	半導体的（状態依存）	結晶相・欠陥・不純物で大きく変わる
光応答	光伝導などが顕著	歴史的に感光体用途が成立

• 物性表は“セレンという元素の入口”であり、実材料では同素体、結晶性、欠陥、界面が支配因子になる。

8. 応用例

8.1 ガラス（着色・脱色）

• セレンはガラスの着色（赤系）に使われる。
• 一方で、ガラス中の鉄不純物による着色を相殺する目的（脱色）で使われる文脈もあり、光学機能材料としての位置づけが強い。

8.2 電子・光機能材料（セレン化物）

• CdSe, ZnSe などの半導体セレン化物は、発光・受光、量子ドット、光デバイスで登場する。
• 層状カルコゲナイド（MoSe${}_2$ 等）は2次元半導体として研究が盛んであり、界面・欠陥・相転移が機能に直結する。

8.3 太陽電池（CIGS など）

• セレンは薄膜太陽電池材料（CIGS系など）で重要になることがある。
• ここでは“材料機能”だけでなく“供給とリサイクル”が同時に問題になるため、資源・環境の視点と相性が良い題材である。

8.4 冶金添加（被削性など）

• セレンは金属材料（鉄・銅など）に微量添加され、加工性・被削性などを狙う文脈で言及されることがある。
• ただし有害性・規制・工程管理との兼ね合いが常に付きまとうため、「入れれば良い」ではなく「入れても管理できるか」が同等に重要である。

9. 生体・毒性・規制（“必須だが過剰は毒”を制度が支える）

9.1 栄養学的な位置づけ

• セレンは必須微量元素として扱われ、摂取基準（推奨量）と上限量が設けられている。
• この“上限が明確”という点は、材料・化学物質としての取り扱いにも直結する（曝露管理の必要性）。

9.2 水環境・化学物質管理（日本の制度例）

• セレン及びその化合物は、水質汚濁に係る環境基準（人の健康の保護）で基準値が設定されている。
• 飲料水の水質基準でも「セレン及びその化合物」に基準値がある。
• さらにPRTR制度の対象物質としても位置づけられ、事業者の排出量把握・管理の枠組みに入っている。

代表値（日本の基準の一例）：

• 水道水質基準：セレンの量に関して 0.01 mg/L 以下
• 水質汚濁に係る環境基準（健康項目）：セレン 0.01 mg/L 以下

補足：

• 数値そのものの暗記より、「材料・工程が環境基準を越えない設計になっているか」「測定・管理の体制があるか」が実務的に重要である。

まとめと展望

セレンは、同素体・半導体性・光応答・酸化還元・生体必須性が同時に立ち上がる“多層機能元素”である。材料としてはセレン化物（半導体・2次元材料・太陽電池）により重要性が増す一方、資源としては銅製錬等の副産物という供給構造を持ち、環境・規制・安全が常に議論に入る。ゆえにセレンを学ぶことは、材料機能の理解だけでなく、供給制約・環境基準・社会実装条件まで含めて設計する訓練になる。

参考文献

• Royal Society of Chemistry（RSC）Periodic Table: Selenium https://periodic-table.rsc.org/element/34/selenium
• U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2025: Selenium https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-selenium.pdf
• 環境省（PRTR）ファクトシート：セレン及びその化合物 https://www.prtr.env.go.jp/factsheet/factsheet/pdf/fc00242.pdf
• 環境省：水道水質基準項目と基準値（51項目） https://www.env.go.jp/water/water_supply/kijun/kijunchi.html
• JOGMEC（日本語）：セレン（マテリアルフロー・回収プロセス等） https://mric.jogmec.go.jp/public/report/2012-05/32.Se_20120619.pdf