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34. Selen (Se) - Der Mondstein der Chemie · Das Periodensystem der Elemente

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  Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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  Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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  produzieren heute begeben wir uns auf eine Reise zu einem
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  Element. Das nach dem Mond benannt ist,
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  das Leben ermöglicht und gleichzeitig töten kann, das in
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  deinem Körper steckt und in deinem Smartphone, das
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  jahrhundertelang verwechselt und unterschätzt wurde und das
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  dennoch still und leise zu einem der wichtigsten Elemente unserer
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  modernen Welt geworden ist. Wir reisen heute zum Element
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  Nummer 34 im Periodensystem. Wir reisen zum Selen es ist das
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  Jahr 1817. Europa befindet sich in einem
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  Jahrzehnt des Umbruchs. Napoleon ist besiegt, die
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  industrielle Revolution beginnt, ihre ersten großen Räder zu
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  drehen und in den Laboratorien des Kontinents arbeiten
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  Chemikerinnen und Chemiker fieberhaft daran, die Bausteine
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  der Welt zu entschlüsseln. Das Periodensystem, so wie wir
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  es heute kennen, existiert noch nicht.
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  Es wird noch über 50 Jahre dauern, bis Dimitri Mendelejew
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  es 1869 entwirft, aber die Elemente werden eines nach dem
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  anderen gefunden, benannt, beschrieben in einem Labor in
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  Stockholm untersucht der schwedische Chemiker Jöns Jacob
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  Bercelius eine merkwürdige, rötlich braune Substanz, die
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  sich als Nebenprodukt bei der Schwefelsäureproduktion.
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  In einer Fabrik in Gripsholm angesammelt, hatte, die Arbeiter
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  und Arbeiterinnen dort hatten die Substanz zunächst für eine
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  Verunreinigung gehalten. Sie rochen unangenehm, eine Art
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  Meerrettich, ähnlicher beißender Geruch.
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  Bercelius war davon überzeugt, dass es sich um das Element
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  Tellur handelte, das kurz zuvor entdeckt worden war, benannt
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  nach der Erde, dem lateinischen Tellus.
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  Aber je länger er die Substanz analysierte, desto klarer wurde
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  dies. War kein Thelur die chemischen
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  Eigenschaften wichen ab, es war etwas neues, Bercelius stand vor
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  einer Entscheidung, wie sollte er dieses Element nennen?
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  Thelur war nach der Erde benannt, und da dieses neue
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  Element so eng mit Thelur verwandt war, ähnliche
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  Eigenschaften, ähnliches Verhalten, aber eben nicht
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  identisch. Beschloss Bercelius, es nach dem
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  Mond zu benennen. Auf griechisch heißt der Mond
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  selene. Das neue Element bekam den Namen
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  Selen, es war eine poetische Entscheidung, die bis heute
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  trägt, Selen und Telur, Mond und Erde 2 Elemente, die im
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  Periodensystem direkt übereinander stehen, chemische
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  Geschwister, Kosmisch benannt Selen trägt die Ordnungszahl 34,
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  das bedeutet die in seinem Atomkern befinden sich 34
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  Protonen, es gehört zur Gruppe 16 des Periodensystems, zur
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  sogenannten Chalkogen Gruppe, die auch Sauerstoff, Schwefel,
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  Tellur und Polonium umfasst. Diese Gruppe trägt ihren Namen
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  vom griechischen Wort für Erz, Chalkos, weil viele ihrer
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  Mitglieder häufig in Erzmineralien vorkommen.
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  Selen selbst zeigt eines der faszinierendsten
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  Verhaltensweisen im gesamten Periodensystem.
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  Es ist ein Halbmetall, manchmal auch als Metalloid bezeichnet,
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  und es existiert in mehreren sogenannten allotropen Formen,
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  das bedeutet, Selen kann in verschiedenen Strukturen
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  auftreten, die dasselbe chemische Element sind, sich
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  aber in ihren physikalischen Eigenschaften erheblich
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  unterscheiden. Die bekanntesten allotropen
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  Formen des Selen sind erstens das amorphe Selen.
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  Es ist rötlich braun bis schwarz, pulverartig oder
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  Glasartig, und es entsteht, wenn geschmolzenes Selen schnell
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  abgekühlt wird. Es hat keine geordnete
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  Kristallstruktur, zweitens das kristalline, graue Selen, auch
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  als metallisches Selen bezeichnet.
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  Es ist die Thermodynamisch stabilste Form, hat einen
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  metallischen Glanz und leitet, und das ist entscheidend,
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  elektrischen Strom auf eine ganz besondere Art und Weise.
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  Genau diese elektrische Eigenschaft des grauen Selens
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  hat es im 20 Jahrhundert zu einem unverzichtbaren
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  technologischen Werkzeug gemacht, doch dazu später mehr.
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  Die Elektronenkonfiguration des Selens lautet 2 818 6, was
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  bedeutet, dass es 6 Elektronen in seiner äußersten Schale hat.
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  Damit verhält es sich chemisch ähnlich wie Schwefel, ist jedoch
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  größer, schwerer und in seinen Verbindungen etwas weniger
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  reaktiv. Die Atommasse von Selen beträgt
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  etwa 78,96 atomare Masseneinheiten.
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  Selen hat 6 natürliche, stabile Isotope, eine für ein Element
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  dieser Größe ungewöhnlich hohe Zahl, die unter
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  Isotopenforscherinnen und Forschern besonderes Interesse
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  weckt. Selen ist in der Erdkruste kein
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  häufiges Element, seine durchschnittliche Konzentration
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  in der Erdkruste liegt bei etwa 0,05 bis 0,09 Milligramm pro
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  Kilogramm. Das macht es zu einem der
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  selteneren Elemente im oberen Bereich der Erdkruste, wenn auch
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  nicht zu einem der absolut seltensten.
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  Es kommt selten in reiner Form vor, meistens tritt Selen als
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  Begleitelement von Schwefelverbindungen auf,
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  eingebettet in sulfidische Erze wie Pyrit, Chalcopyrit oder
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  Bleiglanz. Das ist auch der Grund, warum es
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  so lange unentdeckt blieb. Es versteckt sich im Gefolge des
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  Schwefels, tarnt sich in dessen Mineralien und nur genaue
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  Analyse enthüllt seine eigenständige Identität, die
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  weltweit bedeutendsten Vorkommen befinden sich heute in Ländern
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  wie Chile, dem Kongo, Peru, Russland, den USA und Kanada,
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  die größten Mengen Selen werden nicht durch gezielten Selenabbau
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  gewonnen. Sondern als Nebenprodukt der
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  Kupfer, Zink und Bleigewinnung. Wenn Kupfererze zu Kupfer
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  verhüttet werden, verbleibt Selen im sogenannten
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  Anodenschlamm, einem Rückstand des
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  Elektrolysereffinierungsprozesses, und wird von dort aufgearbeitet
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  und gereinigt. Die globale Jahresproduktion an
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  Selen schwankt zwischen 2003 1000 Tonnen.
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  Das ist wenig im Vergleich zu Elementen wie Eisen, Kupfer oder
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  Aluminium. Dennoch ist die Nachfrage nach
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  Selen in den letzten Jahrzehnten gestiegen, aus Gründen, die tief
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  in der modernen Technologie und der Medizin verwurzelt sind.
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  Interessant ist auch die geochemische Verteilung des
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  Selens in Böden und Gewässern in.
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  In manchen Regionen der Welt sind die Böden Selenreich,
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  besonders in Teilen der Great Plains der USA, in bestimmten
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  chinesischen Provinzen und in einigen Gebieten Irlands.
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  In anderen Regionen wie weiten Teilen Finnlands, Skandinaviens
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  und Mitteleuropas sind die Böden Selenarm.
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  Diese geographische Ungleichverteilung hat direkte
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  Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen und Tiere, die dort
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  leben. Denn Selen ist ein essentielles
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  Spurenelement. Selen ist für den menschlichen
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  Körper lebensnotwendig, es gehört zu den essentiellen
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  Spurenelementen, das bedeutet, der Körper kann es nicht selbst
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  herstellen und muss es über die Nahrung aufnehmen.
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  Und gleichzeitig ist Selen in höheren Dosen hochgiftig.
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  Diese Doppelnatur, essentiell und toxisch, macht Selen zu
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  einem der interessantesten Elemente in der
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  Ernährungswissenschaft und der Toxikologie.
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  Der menschliche Körper enthält im Durchschnitt etwa 10 bis 15
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  Milligramm Selen. Das ist kaum mehr als ein
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  Stecknadelkopf, wenn man sich die entsprechende Menge in
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  reiner Form vorstellen würde. Und dennoch dieser winzige
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  Vorrat erfüllt lebenswichtige Aufgaben Selen ist ein
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  integraler Bestandteil sogenannter Seleno Proteine,
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  einer besonderen Klasse von Proteinen, in die Selen in Form
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  der Aminosäure Selenocystein eingebaut ist.
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  Selenocystein wird manchmal als die 21 Aminosäure bezeichnet,
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  obwohl sie nicht Teil des ursprünglichen Satzes der 20
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  proteinogenen Aminosäuren ist. Der menschliche Körper nutzt
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  mindestens 25 verschiedene seleno Proteine und ihre
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  Aufgaben sind vielfältig und grundlegend.
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  Das bekannteste seleno Protein ist das Enzym Glutation
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  Peroxidase. Es gehört zu den wichtigsten
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  antioxidativen Enzymen des Körpers.
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  Es schützt Zellen vor oxidativem Stress, also vor den
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  schädigenden Auswirkungen sogenannter freier radikale,
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  Hochreaktiver Sauerstoffverbindungen, die im
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  normalen Stoffwechsel entstehen und Zellmembranen, DNA und
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  Proteine beschädigen können. Ohne Selen kann dieses Enzym
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  nicht gebildet werden. Ohne dieses Enzym ist die Zelle
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  deutlich anfälliger für Schäden. Ein weiteres wichtiges seleno
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  Protein ist Thioredoxin Reduktase, das im
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  Antioxidationssystem der Zelle eine zentrale Rolle spielt und
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  auch an der DNA Reparatur beteiligt ist.
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  Besonders bedeutsam ist Selen für die Schilddrüse.
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  Die Schilddrüse enthält von allen Körpergeweben die höchste
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  selenkonzentration Programm, Gewebe, seleno Proteine sind
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  hier an der Synthese und dem Stoffwechsel der
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  Schilddrüsenhormone beteiligt. Das Enzym Jodthyronin Deodase,
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  das Thyroxin in seine aktive Form Triotthyronin umwandelt,
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  ist ein seleno Protein. Ein Selenmangel kann daher zu
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  Schilddrüsenfunktionsstörungen führen, auch wenn ausreichend
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  Jod vorhanden ist. Auch das Immunsystem ist auf
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  Selen angewiesen. Seleno Proteine unterstützen die
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  Aktivierung und Proliferation von T.
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  Lymphozyten, weißen Blutkörperchen, die zentral für
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  die spezifische Immunantwort des Körpers sind.
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  Selenmangelzustände gehen häufig mit eingeschränkter
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  Immunfunktion einher. Die täglich empfohlene
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  Selenzufuhr für Erwachsene liegt laut Deutscher Gesellschaft für
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  Ernährung bei etwa 60 bis 70 Mikrogramm pro Tag.
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  Der Spielraum zwischen Mangel und Toxizität ist allerdings
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  schmal. Schon ab einer dauerhaften
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  täglichen Aufnahme von mehr als 400 Mikrogramm kann es zu
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  Selenose kommen, der Selenvergiftung.
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  Die Symptome einer chronischen Selenvergiftung sind
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  unverwechselbar und zum Teil skurril.
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  Das bekannteste und am häufigsten beschriebene Symptom
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  ist der Verlust von Haaren und Nägeln, bei schwerer Selenose
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  fallen Haare büschelweise aus und die Nägel lösen sich von
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  ihren Betten, hinzu kommen neurologische Symptome wie
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  Taubheitsgefühle, die. Kribbeln in den Extremitäten,
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  Müdigkeit und in schweren Fällen Lähmungserscheinungen.
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  Der Atem der Betroffenen riecht nach Knoblauch, ein
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  charakteristisches Zeichen, das durch flüchtige
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  Selenverbindungen wie Dimethylselenid entsteht, die
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  der Körper über die Lunge ausscheidet.
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  Besonders bekannte Fälle von Selenvergiftungen traten
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  historisch in Regionen auf, in denen Böden natürlicherweise
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  sehr sellenreich sind. In bestimmten Gebieten Chinas
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  und der zentralen USA erkrankten Nutztiere und Menschen durch
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  übermäßige Selenaufnahme über das Trinkwasser und selenreiche
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  Pflanzen. In der Veterinärmedizin ist
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  Alkali Disease oder Blind Staggers ein bekanntes
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  Vergiftungsbild bei Weidetieren in seelenreichen Gebieten
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  Nordamerikas. Auch bei Seeleeintoxikationen
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  durch Nahrungsergänzungsmittel gibt es dokumentierte Fälle.
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  Eine bekannte Episode ereignete sich 2008 in den USA, als ein
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  fehlerhaft produziertes Nahrungsergänzungsmittel zu
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  einer Massenintoxikation führte. Mehrere 100 Personen
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  entwickelten Vergiftungssymptome, nachdem ein
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  Produkt die Tausendfache der empfohlenen Selenmenge enthielt.
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  Seit den 1980er Jahren beschäftigt sich die
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  Wissenschaft intensiv mit einer faszinierenden Frage, könnte
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  Selen vor Krebs schützen? Die Hypothese entstand aus
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  epidemiologischen Beobachtungen. In Regionen mit seelenreichen
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  Böden schienen bestimmte Krebserkrankungen seltener
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  aufzutreten als in seelenarmen Regionen.
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  Tierstudien zeigten vielversprechende Effekte,
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  selengaben schienen das Tumorwachstum bei bestimmten
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  Krebsarten zu hemmen. Die große Select Studie Selenium
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  and Vitamin E Cancer Prevention Trial.
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  Die in den zweitausender Jahren in den USA mit über 35000
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  Teilnehmern und Teilnehmerinnen durchgeführt wurde, sollte
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  Klarheit bringen und tat es jedoch nicht in der erhofften
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  Richtung. Die Studie zeigte keinen
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  signifikanten schützenden Effekt von Selen gegen Prostatakrebs,
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  im Gegenteil. Einige Teilnehmer, die Selen
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  Supplementierten und bereits ausreichend damit versorgt
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  waren, zeigten sogar leicht erhöhte Risikowerte für Typ 2
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  Diabetes. Die aktuelle wissenschaftliche
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  Einschätzung ist nuanciert, Selen scheint bei Menschen mit
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  Nachgewiesenem Selenmangel eine protektive Rolle spielen zu
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  können. Bei Menschen mit normaler oder
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  hoher Selenversorgung bringen Selenergänzungen keinen
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  nachgewiesenen Krebsschutz und können Schaden.
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  Mehr ist hier definitiv nicht mehr.
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  Die Forschung geht jedoch weiter, bestimmte organische
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  Selenverbindungen wie Methyl, Seleninat oder Selenomethionin
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  zeigen in Zell und tiermodellen interessante antitumorale
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  Eigenschaften. Die molekularen Mechanismen,
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  darunter Beeinflussung von Zellwachstum, Apoptose,
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  Programmiertem Zelltod und oxidativem Stress, sind
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  Gegenstand aktiver Forschung. Selen bleibt eines der meist
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  studierten Spurenelemente in der Krebsbiologie, doch Selen ist
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  nicht nur ein Element der Biologie, es ist auch ein
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  Element der modernen Technologie.
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  Und seine technologische Geschichte ist so faszinierend
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  wie seine medizinische. Alles begann 1873, als der
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  britische Ingenieur Willowby Smith bei Experimenten mit
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  Telegrafenleitungen feststellte, dass Selenstäbe ihren
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  elektrischen Widerstand dramatisch veränderten, je
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  nachdem, ob sie von Licht beleuchtet wurden oder im
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  Dunkeln lagen. Im Dunkeln war Selen ein
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  schlechter Leiter. Im Licht wurde es deutlich
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  leitfähiger. Dieser Effekt wurde
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  Fotokonduktivität oder Fotoleitfähigkeit genannt.
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  Smiths Entdeckung war fundamental.
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  Sie bedeutete Selen, reagiert auf Licht mit einer messbaren,
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  reproduzierbaren elektrischen Veränderung, damit war es
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  theoretisch möglich, Licht in elektrische Signale umzuwandeln
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  und umgekehrt. 1876 demonstrierte William Grills
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  Adams zusammen mit seinem Studenten Richard Evans Day,
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  dass Seelenzellen tatsächlich Strom erzeugen können, wenn sie
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  mit Licht bestrahlt werden, ohne jede mechanisch bewegliche
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  Teile, ohne Wärme, ohne Verbrennung.
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  Das war die erste Beobachtung des photovoltaischen Effekts in
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  einem Feststoff. Albert Einstein, der 1905 eine
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  theoretische Erklärung des photoelektrischen Effekts
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  lieferte und dafür 1921 den Nobelpreis erhielt, bezog sich
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  dabei auch auf Arbeiten, die mit Selen zusammenhingen.
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  Für die Technologie des 20 Jahrhunderts wurde Selen vor
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  allem durch die Xerographie bedeutsam, Chester Carlson.
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  Ein amerikanischer Physiker und Anwalt entwickelte in den 1930er
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  und 1940er Jahren ein Druckverfahren, das auf der
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  Fotoleitfähigkeit von Selen basierte.
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  Sein Verfahren, eine Selen überzogene Trommel, wird
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  gleichmäßig elektrisch aufgeladen, dann wird ein
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  Dokument darauf projiziert, wo Licht auftrifft, leitet die
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  Selen Oberfläche den Strom ab und verliert ihre Ladung.
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  Wo das Dokument Dunkle Stellen hat, bleibt die Ladung bestehen.
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  Auf diese verbliebene Ladung haftet Tonerpulver das Pulver
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  wird auf Papier übertragen und fixiert das Resultat ein
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  Fotokopiergerät das Unternehmen Xerox, das Carlsens Erfindung in
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  den 1900 50er und 1900 60er Jahren zur Marktreife brachte.
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  Wurde zu einem der bedeutendsten Technologieunternehmen des 20
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  Jahrhunderts und Selen war das Herzstück seiner ersten Geräte.
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  Noch bis in die 1980er Jahre hinein enthielten Xerox Kopierer
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  Selen überzogene Trommeln, erst dann wurden sie schrittweise
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  durch organische Fotoleiter abgelöst.
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  Auch in der frühen Photovoltaik spielte Selen eine wichtige
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  Rolle. Die ersten kommerziellen
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  Solarzellen Prototypen basierten auf Selen.
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  Zwar wurden sie später durch siliziumbasierte Zellen ersetzt,
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  die effizienter und günstiger zu produzieren waren, aber Selen
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  erlebt in der Photovoltaik eine Renaissance, Kupfer, Indium,
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  Gallium, diselenid, Solarzellen. Kurz cigs Solarzellen gelten als
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  vielversprechende Technologie für flexible, leichte und
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  effiziente dünnschicht Solarmodule.
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  Sie erreichen Wirkungsgrade von bis zu 23% im Labor und könnten
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  in Zukunft eine bedeutende Rolle bei der Energiewende spielen.
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  In der Glasindustrie wird Selen auf zweierlei Weise eingesetzt,
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  erstens als Entfärbungsmittel. Glas enthält oft geringe Mengen
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  eisenverbindungen, die ihm eine grünliche Tönung verleihen.
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  Kleine Mengen Selen wirken der Grünfärbung entgegen, indem sie
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  durch ihren Rotton das komplementäre Grün
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  neutralisieren und das Glas farblos erscheinen lassen,
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  zweitens als farbmittel Cadmium selenosulfid ist ein Pigment,
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  das Glas und Keramik tiefrot bis rubinrot Einfärbt.
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  Das sogenannte Selbin oder Cadmiumrot wurde früher häufig
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  in der Glaskunst und in der Keramik verwendet und ergibt
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  sattes, leuchtendes Rot. In der Kautschukindustrie
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  beschleunigt Selen die Vulkanisation von
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  Naturkautschuk, ähnlich wie Schwefel, der traditionell für
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  diesen Prozess verwendet wird. Vulkanisation ist das chemische
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  Verfahren, durch das Kautschuk seine charakteristische
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  Elastizität und Festigkeit erhält.
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  Auch in der Elektronik jenseits der Photovoltaik findet Selen
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  Verwendung Seleng Gleichrichter Bauteile, die Wechselstrom in
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  Gleichstrom umwandeln. Waren in den 1950er bis 1970er
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  Jahren weit verbreitet, bevor siliziumdioden sie verdrängten.
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  In der Halbleitertechnik werden Selen und Selenverbindungen
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  weiterhin in Nischenbereichen eingesetzt, im Boden liegt Selen
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  in verschiedenen chemischen Formen vor.
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  Selenat SEO 42 Minus ist die Wasserlöslichste und
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  pflanzenverfügbarste Form und dominiert in aeroben alkalischen
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  Böden. Selenit SEO 32 Minus ist weniger
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  löslich und wird stark an Bodenpartikel absorbiert.
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  Elementares Selen und Selenide sind kaum wasserlöslich und für
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  Pflanzen praktisch nicht verfügbar.
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  Diese Unterschiede in der Bioverfügbarkeit erklären, warum
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  manche Böden trotz messbarer Selengehalte zu Selenmangel bei
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  Pflanzen und Tieren führen. Bestimmte Pflanzen sind
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  sogenannte selenhyperakkumulatoren Pflanzen
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  der Gattung Astragalus, auf Deutsch Tragant oder Boxdorn.
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  In Nord und Südamerika können Selen in Konzentrationen von
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  mehreren 1000 Milligramm pro Kilogramm Trockengewicht
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  anreichern, ohne Schaden zu nehmen.
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  Für weidende Tiere kann der Verzehr dieser Pflanzen tödlich
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  sein. Selena kumulierende Pflanzen
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  werden heute auch in der Phytoremediation erforscht, der
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  Nutzung von Pflanzen zur Reinigung Selen kontaminierter
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  Böden. Mikroorganismen spielen eine
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  zentrale Rolle im Selenkreislauf bestimmte Bakterien können
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  Selenat und Selenit zu elementarem Selen reduzieren.
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  Ein Prozess, der in der Bioremediation genutzt wird.
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  Andere Mikroorganismen methylieren Selen zu flüchtigen
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  Verbindungen wie Dimethylselenid, die in die
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  Atmosphäre entweichen und so Selen aus dem Boden.
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  In den atmosphärischen Kreislauf überführen im Ozean ist Selen
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  ein essentielles Spurenelement für Phytoplankton, jene winzigen
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  Algen, die an der Basis der marinen Nahrungskette stehen und
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  für rund die Hälfte der globalen Sauerstoffproduktion
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  verantwortlich sind. Selenmangel im Meerwasser kann
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  das Wachstum von Phytoplankton einschränken, mit potentiellen
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  Folgen für das gesamte Marine Ökosystem.
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  Die selenhaltigen Nahrungsquellen sind vielfältig.
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  Tierische Produkte wie Fleisch, Fisch, Meeresfrüchte und Eier
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  sind in der Regel gute Selenquellen, da Tiere Selen
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  über ihr Futter aufnehmen und in ihren Geweben speichern.
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  Fische wie Thunfisch, Lachs und Kabeljau gehören zu den
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  besonders seelenreichen Lebensmitteln Innereien.
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  Besonders Niere und Leber enthalten ebenfalls hohe
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  Selenmengen. Vegetarisch und vegan lebende
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  Menschen in selenarmen Regionen gelten als besonders gefährdet
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  für Selenmangel. Für sie kann eine gezielte
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  Überprüfung des Selenspiegels im Blut und gegebenenfalls eine
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  maßvolle Supplementierung sinnvoll sein, nach ärztlicher
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  Absprache Selen existiert in der Natur in einem feinen
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  Gleichgewicht die. Zu wenig und Lebewesen leiden zu
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  viel und Lebewesen sterben. Die Natur hat dieses
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  Gleichgewicht über Jahrmillionen austariert, Böden, Wasser,
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  pflanzen, Tiere und Menschen sind in einem biogeochemischen
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  Kreislauf verbunden, der in sich stimmig ist, solange er nicht
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  von außen gestört wird. Selen erinnert uns, das
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  Gleichgewicht ist das Kostbarste, das.
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  Im Körper, im Boden, in der Gesellschaft.
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  Das war die heutige Wissensreise durch das Mondlicht der Chemie,
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  durch Supernova, Explosionen und Schilddrüsenhormone, durch
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  Photokopiergeräte und Paranüsse, durch die stille Größe eines
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  Elements, das wir kaum je beim Namen nennen und das dennoch in
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  uns lebt. Wenn dir diese Folge gefallen
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  hat, hinterlasse uns gerne eine Bewertung.
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  Jede Einzelne hilft uns, weiterzumachen und weitere
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  Elemente für dich zu entdecken, bis zur nächsten Wissensreise.