Радон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
86 АстатРадонФранций
Xe

Rn

Uuo
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
86Rn
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 086 Radon.svg
Внешний вид простого вещества
Бесцветный, слегка флюоресцирующий радиоактивный газ
Свойства атома
Название, символ, номер

Радо́н / Radon (Rn), 86

Атомная масса
(молярная масса)

222,0176 (наиболее стабильный изотоп) а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6

Радиус атома

214 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

140—150 пм

Степени окисления

+2, +4, +6, +8[1]

Энергия ионизации
(первый электрон)

 1036,5 (10,74) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

(газ, при 0 °C) 9,81 кг/м3
(жидк., при −62 °C) 4,4 г/см³

Температура плавления

202 (-71,15 °C)

Температура кипения

211,4 (-61,75 °C)

Уд. теплота плавления

2,7 кДж/моль

Уд. теплота испарения

18,1 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

20,79[1] Дж/(K·моль)

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
гранецентрированая

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (газ, при 0 °C) 0,0036 Вт/(м·К)

Номер CAS

10043-92-2

86
Радон
Rn
(222)
4f145d106s26p6

Радо́н — элемент 18-й группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (по старой классификации — главной подгруппы 8-й группы), 6-го периода, с атомным номером 86. Обозначается символом Rn (Radon). Простое вещество радон (CAS-номер: 10043-92-2) при нормальных условиях — бесцветный инертный газ; радиоактивен, стабильных изотопов не имеет, может представлять опасность для здоровья и жизни. При комнатной температуре является одним из самых тяжёлых газов. Наиболее стабильный изотоп (222Rn) имеет период полураспада 3,8 суток.

История открытия и происхождение названия[править | править вики-текст]

В 1899 году Пьер и Мария Кюри обнаружили, что газ, находившийся в контакте с радием, остаётся радиоактивным в течение месяца[2]. Эрнест Резерфорд и Роберт Оуэнс позже в том же году отметили[3], что радиоактивность препаратов тория колеблется со временем. Позже Резерфорд объяснил это тем, что торий испускает, кроме α-частиц, и некое неизвестное ранее вещество, так что воздух вокруг препаратов тория постепенно становится радиоактивным[4]. Это вещество он предложил назвать эмана́цией (от латинского emanatio — истечение) тория и дать ему символ Em. Последующие наблюдения Резерфорда в 1901 году показали, что и препараты радия также испускают некую эманацию, которая обладает радиоактивными свойствами и ведёт себя как инертный газ[5], однако он в этой работе отметил приоритет супругов Кюри в открытии эманации. В 1903 году французский химик Андре-Луи Дебьерн обнаружил короткоживущую эманацию актиния[6].

Первоначально эманацию тория называли торо́ном, эманацию радия — радо́ном, актиния — актино́ном. Было доказано, что все эманации на самом деле представляют собой радионуклиды нового элемента — инертного газа, которому отвечает атомный номер 86. Впервые его выделили в чистом виде и измерили его плотность Уильям Рамзай и Роберт Уитлоу-Грей в 1908 году[7], они же предложили назвать газ нитон (от лат. nitens, светящийся). В 1923 году газ получил окончательное название радон, и символ Em был сменён на Rn.

В публичной лекции 1936 года Резерфорд кратко изложил итоги их работ:

Я помогал ему [профессору по электротехнике Оуэнсу в университете МакГилл в г. Монреале в Канаде с декабря 1898 года по 26 мая 1899 года] в проведении экспериментов, и мы обнаружили некоторые очень странные явления. Оказалось, что радиоактивное воздействие окиси тория может проходить сквозь дюжину листков бумаги, положенных поверх этой окиси, но задерживается тончайшей пластинкой слюды, как будто излучается что-то, способное диффундировать сквозь поры бумаги. Тот факт, что прибор был очень чувствителен к движению воздуха, поддерживал эту диффузионную гипотезу. Затем мы провели эксперименты, в которых воздух проходил над окисью тория, а потом попадал в ионизационную камеру. Эти опыты показали, что активность может переноситься воздухом. Однако, когда поток воздуха прекращался, активность в ионизационной камере не сразу исчезала, а уменьшалась постепенно по экспоненциальному закону. Я назвал это газообразное вещество, которое может диффундировать сквозь бумагу, переноситься воздухом и в течение некоторого времени сохранять свою активность, исчезающую по характерному закону, «эманацией тория».

Я установил, что эта эманация обладает чрезвычайно своеобразным свойством делать радиоактивными тела, над которыми она проходит. Казалось, что это свойство, скорее всего, обусловлено осаждением некой материальной субстанции, а не какой-либо активностью, возникшей в самих телах под действием излучения, так как тогда количество осаждённого вещества должно увеличиваться при приложении электрического поля. В те времена многие получали неповторяющиеся и странные результаты, помещая предметы вблизи радиоактивных веществ. По-видимому, всё это могло объясняться наличием таких же эманаций, как обнаруженная нами у тория.

Прежде чем считать такое объяснение правильным, необходимо было выяснить истинную природу эманации. Это было очень трудно, так как доступное количество её всегда было очень мало.

Заслуга открытия радона как химического элемента часто приписывается также немецкому химику Фридриху Дорну. Вопросы приоритета в открытии радона рассматриваются в работе Джеймса и Вирджинии Маршалл[8], где показано, что первооткрывателем радона как химического элемента следует считать Резерфорда.

В 1900 году Дорн открыл изотоп радона 222Rn с периодом полураспада 3,823 дня и опубликовал статью[9][10] об этом, сославшись на более раннюю работу Резерфорда. Резерфорд, сперва с Оуэнсом, а затем один в 1899 году работал с другим изотопом 220Rn (тороном), период полураспада которого около 55,6 секунды. Резерфорд не знал о работах немца, так как тот опубликовал свою работу в немецком журнале с небольшим тиражом. Резерфорд не знал немецкого. Дорн совершенно не интересовался радиоактивностью. И только в 1902 году Резерфорд и Содди экспериментально доказали, что эманация — это изотоп радона. Они сумели её охладить и превратить в жидкость с помощью новой физической установки в университете МакГилл и опубликовали статьи.

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Входит в состав радиоактивных рядов 238U, 235U и 232Th. Ядра радона постоянно возникают в природе при радиоактивном распаде материнских ядер. Равновесное содержание в земной коре 7·10–16% по массе. Ввиду химической инертности радон относительно легко покидает кристаллическую решётку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух. Поскольку наиболее долгоживущим из четырёх природных изотопов радона (218, 219, 220, 222) является 222Rn, именно его содержание в этих средах максимально.

Концентрация радона в воздухе зависит, в первую очередь, от геологической обстановки (так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона, в то же время над поверхностью морей радона мало), а также от погоды (во время дождя микротрещины, по которым радон поступает из почвы, заполняются водой; снежный покров также препятствует доступу радона в воздух). Перед землетрясениями наблюдалось повышение концентрации радона в воздухе, вероятно, благодаря более активному обмену воздуха в грунте ввиду роста микросейсмической активности.

Получение[править | править вики-текст]

Для получения радона через водный раствор любой соли радия-226 продувают воздух, который уносит с собой радон-222, образующийся при радиоактивном распаде радия-226. Далее воздух тщательно фильтруют для отделения микрокапель раствора, содержащего соль радия, которые могут быть захвачены током воздуха. Для получения собственно радона из смеси газов удаляют химически активные вещества (кислород, водород, водяные пары и т. д.), остаток конденсируют жидким азотом, затем из конденсата отгоняют азот и инертные газы (аргон, неон и т. д.).

В одном грамме радия-226 возникает за сутки около 1 мм3 радона-222.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Радон — радиоактивный одноатомный тяжёлый газ без цвета и запаха. Растворимость в воде при комнатной температуре составляет 460 мл/л, что выше, чем растворимость более лёгких инертных газов. В органических растворителях и в жировой ткани человека растворимость радона в десятки раз выше, чем в воде. Газ хорошо просачивается сквозь полимерные плёнки. Легко адсорбируется активированным углём и силикагелем.

Собственная радиоактивность радона вызывает его флюоресценцию. Газообразный и жидкий радон флюоресцирует голубым светом, у твёрдого радона при охлаждении до азотных температур цвет флюоресценции становится сперва жёлтым, затем — красно-оранжевым.

Эмиссионный спектр радона, сфотографированный Э. Резерфордом в 1908 году. Числа на краях спектра представляют собой длины волн. Средний спектр принадлежит радону, внешние спектры — гелию (добавлены для калибровки длин волн)

Цвет свечения в газовом разряде у радона — синий, так как в видимой части спектра радона особо выделяются 8 линий, отвечающих длинам волн от 3982 до 5085 Å и лежащих главным образом в синей части спектра[11], однако из-за отсутствия стабильных изотопов применение его в газосветных приборах невозможно.

Плотность радона при нормальных условиях составляет 9,73 кг/м3, что примерно в 8 раз больше плотности воздуха.

Химические свойства[править | править вики-текст]

В химическом отношении радон является наиболее активным из благородных газов, так как его валентные электроны находятся на максимальном удалении от ядра. Радон образует валентные соединения с фтором. Так, дифторид радона RnF2 является белым нелетучим кристаллическим веществом. Фториды радона могут быть получены также под действием фторирующих агентов (например, фторидов галогенов ClF3, BrF5, IF7[12]). Получены также соединения с катионом RnF+: RnF[SbF6], RnF[Sb2F11][12].

Кроме фтора, радон может образовывать бинарные соединения с кислородом; в частности, был получен триоксид радона[13], однако получение других оксидов радона не подтверждено.

Кроме того, радон может входить в состав различных клатратов, которые, хотя и имеют постоянный стехиометрический состав, не образуют химических связей с участием атомов радона.

Применение[править | править вики-текст]

Радон используют в медицине для приготовления радоновых ванн. Радон используется в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных[1], в металлургии в качестве индикатора при определении скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и тория, а также активных тектонических разломов, на наличие которых может указывать повышенное содержание радона в приземном и подпочвенном воздухе; в гидрогеологии — для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод.

Динамика концентрации радона в подземных водах может применяться для прогноза землетрясений[14].

История[править | править вики-текст]

Открытие радиоактивности и радона совпало с повышением интереса к биологическим эффектам радиации. Было установлено, что вода многих источников минеральных вод богата эманацией радия (так именовался радон в то время). Вслед за этим открытием последовала волна моды «на радиацию». В частности, в рекламе того времени радиоактивность минеральных вод выдавалась за главный показатель их полезности и эффективности.

Естественный радиационный фон помещений зданий[править | править вики-текст]

Основные составляющие радиационного фона помещений в значительной степени зависят от деятельности человека. Это вызвано, прежде всего, такими факторами, как выбор площадки для строительства, радиационных характеристик строительных материалов, конструктивных решений зданий и применяемых в них систем вентиляции[15][16]. Измерения не всегда подтверждают сложившийся вывод о том, что в подвальных помещениях и на нижних этажах зданий радон скапливается в больших концентрациях, чем на верхних. Безопасной средней по площади здания плотность потока радона на поверхности грунта считается менее 80 мБк/м2с для жилых зданий и 40 мБк/м2с для малоэтажных коттеджей[17].

Биологическое воздействие[править | править вики-текст]

Попадая в организм человека, радон способствует процессам, приводящим к раку лёгкого. Распад ядер радона и его дочерних изотопов в лёгочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся энергия альфа-частиц поглощается практически в точке распада. Особенно опасно (повышает риск заболевания) сочетание воздействия радона и курения. По данным департамента здравоохранения США радон — второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких преимущественно бронхогенного (центрального) типа. Рак лёгких, вызванный радоновым облучением, является шестой по частоте причиной смерти от рака[18].

Радон и его дочерние продукты обусловливают более половины всей эффективной дозы облучения, которую в среднем получает организм человека от природных и техногенных радионуклидов окружающей среды.

В настоящее время во многих странах проведен мониторинг концентрации радона в зданиях как первый этап оптимизации защиты населения[19].

МКРЗ установила референтный уровень объемной активности радона в жилище на уровне 300 Бк/куб.м.[20]

Тестирование и снижение уровня радона[править | править вики-текст]

Цифровой измеритель уровня радона

Существуют достаточно простые тесты, позволяющие измерить уровень радона. В некоторых странах такие тесты методически проводятся проводятся в местах, где систематически наблюдаются угрозы. Устройства для измерения уровня радона имеются в продаже. Цифровые устройства для измерения радона позволяют проводить текущие измерения, производящие ежедневные, еженедельные, краткосрочные и долгосрочные отчеты с помощью цифрового дисплея. Устройства для краткосрочного первоначального тестирования уровня радона недороги, и в некоторых случаях бесплатны. Существуют строгие правила проведения краткосрочных тестов, и их соблюдение крайне важно. Комплект для измерения уровня радона включает в себя коллектор, который необходимо повесить на нижнем этаже жилого дома на период от 2х до 7 дней. Далее пользователю необходимо отправиться коллектор в лабораторию для анализа. Также доступны приборы для долгосрочного (на срок до одного года) измерения уровня радона. Есть возможность измерения количества выделяемого из земли радона до начала строительства [21]. Концентрация радона может меняться ежедневно, поэтому необходимы долгосрочные измерения средней концентрации радона в помещениях, где человек проводит значительную часть времени [22].

Концентрация радона подвержена естественным колебаниям из-за таких факторов, как смена погодных условий, поэтому первоначальный тест может дать неточный результат относительно средней концентрации радона. Уровень радона в воздухе максимален в наиболее холодной части дня, когда перепады давления наиболее велики[23]. Поэтому при обнаружении высокой концентрации радона (более 4 pCi/L) оправдано проведение повторных измерений перед осуществлением более дорогостоящих мероприятий по борьбе с выделением газа. Показания в промежутке от 4 до 10 pCi/L являются показанием к проведению долгосрочного теста. Показания выше 10 pCi/L требуют только дополнительного краткосрочного теста, дабы избежать чрезмерного промедления в борьбе с выделением газа. Покупателям недвижимости рекомендуется отложить или отказаться от покупки, если продавец не смог снизить уровень радона до 4 pCi/L или менее[21].

Поскольку период полураспада радона составляет всего 3,8 дней, удаление или изоляция источника значительно снижает угрозу в течение нескольких недель. Также можно снизить концентрацию радона с помощью изменения вентилирования сооружения. Концентрация радона, как правило, снижается при вентиляции помещения[24]. В хорошо проветриваемых помещениях концентрация радона имеет тенденцию выравниваться до уровня улицы (обычно 10 Бк/м3, в пределах от 1 до 100 Бк/м3)[21].

Есть четыре основных способа снизить концентрацию радона в домах[21][25]:

- Разгерметизация (всасывание почвы) за счет увеличения вентилирования между этажами

- Улучшение вентиляции помещения и предотвращение проникновения радона из подвальных помещений в жилые помещения

- Установка системы для удаления радона из подвальных помещений

- Установка систем вентиляции с положительным давлением

Согласно EPA[21], для уменьшения концентрации радона в первую очередь используются система труб дефлектора и вентилятор, высасывающие радон из-под дома наружу. Концентрация радона в помещении, как правило, может быть уменьшена с помощью разгерметизации и перенаправления загрязненного радоном воздуха в открытое пространство, вдалеке от окон и строительных отверстий. EPA рекомендует использовать методы, препятствующие проникновения радона в помещение. Всасывание почвы, например, предотвращает появление радона в доме, потому что радон из-под дома выпускается наружу через трубы, где он разбавляется[26]. EPA не рекомендует использовать герметизацию без других мер, поскольку использование такого метода не приводит к значительным и последовательным снижениям уровня радона[26].

Система вентиляции с положительным давлением может быть оъединена с теплообменником для восстановления энергии в процессе воздухообмена с воздухом извне, поскольку исключительно выведение воздуха наружу может быть недостаточным решением, так как это может привести к всасыванию воздуха в жилище. В дома, построенные над погребами, можно установить листы пластика, покрывающие пустое пространство - это будет барьером для радона [21]. Вентиляционная труба и вентилятор используются для выведения радона из-под пласта пластика на открытый воздух. Этот способ выведения радона называется "подмембранное всасывание", и при правильном применении оно является самым эффективным способом выведения радона в домах с погребным помещением[22].

Изотопы[править | править вики-текст]

Радон не имеет стабильных изотопов. Наиболее устойчив 222Rn (T1/2=3,8235 суток), входящий в природное радиоактивное семейство урана-238 (семейство урана-радия) и являющийся непосредственным продуктом распада радия-226. Иногда название «радон» относят именно к этому изотопу. В семейство тория-232 входит 220Rn (T1/2=55,6 с), иногда его называют торон (Tn). В семейство урана-235 (урана-актиния) входит 219Rn (T1/2=3,96 с), его называют актинон (An). В одну из побочных ветвей (коэффициент ветвления 2·10−7) семейства урана-радия входит также очень короткоживущий (T1/2=35 мс) радон-218. Все отмеченные изотопы радона испытывают альфа-распад. Этими четырьмя нуклидами исчерпывается список природных изотопов радона. Известны ещё 30 искусственных изотопов Rn с массовым числом от 195 до 228. Некоторые нейтронодефицитные изотопы радона имеют также возбуждённые метастабильные состояния; таких состояний известно 13. Преобладающие моды распада у лёгких изотопов Rn — альфа-распад, позитронный распад и электронный захват. Начиная с массового числа A=212 альфа-распад становится доминирующим. Тяжёлые изотопы радона (начиная с A=223) распадаются преимущественно посредством бета-минус-распада.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4 (Пол-Три). — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
  2. P.Curie, Mme. Marie Curie (1899). «Sur la radioactivite provoquee par les rayons de Becquerel». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences 129: 714–716.
  3. E. Rutherford, R. B. Owens (1899). «Thorium and uranium radiation». Trans. R. Soc. Can. 2: 9–12.
  4. Rutherford, E. (1900). «A radioactive substance emitted from thorium compounds». Phil. Mag. 40: 1–4.
  5. E. Rutherford, H.T. Brooks (1901). «The new gas from radium». Trans. R. Soc. Can. 7: 21–25.
  6. Debierne, André-Louis (1903). «Sur la radioactivite induite provoquee par les sels d'actinium». Comptes rendus hebdomadaires des seances de l'Academie des sciences 136.
  7. W.Ramsay, R. W. Gray (1910). «La densité de l'emanation du radium». Comptes rendus hebdomadaires des seances de l'Academie des sciences 151: 126–128.
  8. James L. Marshall and Virginia R. Marshall (2003). «ERNEST RUTHERFORD, THE «TRUE DISCOVERER» OF RADON». Bulletin for the History of Chemistry 28 (2): 76-83.
  9. Dorn, Friedrich Ernst (1900). «Ueber die von radioaktiven Substanzen ausgesandte Emanation». Abhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Halle 22.
  10. Dorn, F. E. (1900). «Die von radioactiven Substanzen ausgesandte Emanation». Abhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Halle 23: 1–15.
  11. Михайленко Я. И. Курс общей и неорганической химии. — 1966. — С. 635. — 664 с.
  12. 1 2 А. В. Леонтьев, О. А. Фомичева, М. В. Проскурнина, Н. С. Зефиров (1982). «Современное состояние химии радона». Успехи химии 51 (1): 23-39.
  13. A. G. Sykes. Recent Advances in Noble-Gas Chemistry // Advances in Inorganic Chemistry. — Academic Press. — Vol. 46. — P. 91–93. — ISBN 978-0120236466.
  14. Уткин В. И., Юрков А. К. Динамика выделения радона из массива горных пород как краткосрочный предвестник землетрясения // Докл. РАН. 1998. Т. 358. № 5. С. 675-680.
  15. Крисюк, Э.М. Радиационный фон помещений. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 120 с. — ISBN 5-283-02992-1.
  16. Р. А. Назиров, Е.В. Пересыпкин, И.В. Тарасов, В.И. Верещагин. Снижение естественной радиоактивности цементных бетонов // Известия высших учебных заведений. Строительство : науч. - теоретич. журн./ М-во высш. и сред. специального образования РФ, Ассоц. строит. вузов СНГ, Новосиб. гос. архитектурно - строит. ун-т. : журнал. — 2007. — Январь (№ 1). — С. 45—49. — ISSN 0536-1052.
  17. Таблица № 2 ТСН РБ-2003 МО
  18. S. Darby, D. Hill, R. Doll (2001). «Radon: A likely carcinogen at all exposures». Annals of Oncology 12 (10): 27. DOI:10.1023/A:1012518223463.
  19. WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective. — Geneva: World Health Organization, 2009-01-01. — (WHO Guidelines Approved by the Guidelines Review Committee). — ISBN 9789241547673.
  20. M. Tirmarche, J. D. Harrison, D. Laurier, F. Paquet, E. Blanchardon ICRP Publication 115. Lung cancer risk from radon and progeny and statement on radon // Annals of the ICRP. — 2010-02-01. — Т. 40, вып. 1. — С. 1–64. — ISSN 1872-969X. — DOI:10.1016/j.icrp.2011.08.011.
  21. 1 2 3 4 5 6 United States Environmental Protection Agency. "A Citizen's Guide to Radon".
  22. 1 2 Baes, Fred. Environmental and Background Radiation — Radon.
  23. Thad. Godish, (2001) . "Indoor Environment Quality". Boca Raton, FL. CRC Press LLC.
  24. Agency for Toxic Substances and Disease Registry, U.S. Public Health Service, In collaboration with U.S. Environmental Protection Agency. Toxicological profile for radon.
  25. World Health Organization. Radon and cancer, fact sheet 291.
  26. 1 2 Consumer's Guide to Radon Reduction: How to fix your home.

Ссылки[править | править вики-текст]