Radon | ||||
---|---|---|---|---|
← Astat | Francium → | ||||
| ||||
Vzhled jednoduché látky | ||||
Bezbarvý, mírně fluoreskující radioaktivní plyn | ||||
Vlastnosti atomu | ||||
Jméno, symbol, číslo | Radon / Radon (Rn), 86 | |||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
222.0176 (nejstabilnější izotop) a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronická konfigurace | [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 | |||
Poloměr atomu | 214 hodin | |||
Chemické vlastnosti | ||||
kovalentní poloměr | 140-150 hodin | |||
Oxidační stavy | +2, +4, +6, +8 [1] | |||
Ionizační energie (první elektron) |
1036,5 (10,74) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||
Hustota (v n.a. ) |
(plyn, při 0 °C) 9,81 kg/m3 ( kapalina, při -62 °C) 4,4 g/cm³ |
|||
Teplota tání | 202 K (-71,15 °C) | |||
Teplota varu | 211,4 K (-61,75 °C) | |||
Oud. teplo tání | 2,7 kJ/mol | |||
Oud. výparné teplo | 18,1 kJ/mol | |||
Molární tepelná kapacita | 20,79 [1] J/(K mol) | |||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||
Příhradová konstrukce |
krychlový obličej centrovaný |
|||
Další vlastnosti | ||||
Tepelná vodivost | (300 K) (plyn, při 0 °C) 0,0036 W/(m K) | |||
Číslo CAS | 10043-92-2 |
86 | Radon |
Rn(222) | |
4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 |
Radon je prvek 18. skupiny periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejeva (podle staré klasifikace - hlavní podskupina skupiny VIII), 6. periody, s atomovým číslem 86. Označuje se symbolem Rn (z lat. Radon ). Jednoduchá látka radon za normálních podmínek je bezbarvý inertní plyn ; radioaktivní , nemá stabilní izotopy, může představovat nebezpečí pro zdraví a život. Při pokojové teplotě je to jeden z nejtěžších plynů . Nejstabilnější izotop ( 222 Rn ) má poločas rozpadu 3,8 dne .
V roce 1899 Pierre a Marie Curie objevili, že plyn ve styku s radiem zůstal radioaktivní po dobu jednoho měsíce [2] . Ernest Rutherford a Robert Owens později téhož roku [3] poznamenali, že radioaktivita přípravků thoria kolísala s časem. Rutherford to později vysvětloval tím, že thorium emituje kromě α-částic i nějakou dříve neznámou látku, takže vzduch kolem přípravků thoria se postupně stává radioaktivním [4] . Navrhl nazvat tuto látku emanací (z latinského emanatio , „výtok“) thoria a dát jí symbol Em. Rutherfordova následná pozorování v roce 1901 ukázala, že přípravky radia také emitují určitý druh emanace, která má radioaktivní vlastnosti a chová se jako inertní plyn [5] , ale v této práci zaznamenal přednost Curieových v objevu emanace. V roce 1903 objevil francouzský chemik André-Louis Debierne krátkodobou emanaci aktinia [6] .
Zpočátku se emanace thoria nazývala thoron , emanace radia se nazývala niton (později radon ), aktinium se nazývalo aktinon (tyto názvy se dnes kromě nitonu často používají). Bylo prokázáno, že všechny emanace jsou vlastně radionuklidy nového prvku – inertního plynu, který odpovídá atomovému číslu 86. Poprvé byl izolován v čisté formě a jeho hustotu změřili William Ramsay a Robert Whitlow-Gray v 1908 [7] , oni jsou také navrhli to plyn být volán niton (od latiny nitens , “světelný”). V roce 1923 dostal plyn konečně název radon a symbol Em byl změněn na Rn.
Ve veřejné přednášce z roku 1936 Rutherford shrnul jejich práci:
Asistoval jsem mu [profesoru elektrotechniky Owensovi na McGill University v Montrealu v Kanadě od prosince 1898 do 26. května 1899] při provádění experimentů a objevili jsme velmi podivné jevy. Ukázalo se, že radioaktivní účinek oxidu thoria může projít přes tucet listů papíru umístěných na tomto oxidu, ale je zdržen nejtenčí vrstvou slídy , jako by bylo emitováno něco, co může difundovat skrz póry papíru. Skutečnost, že přístroj byl velmi citlivý na pohyb vzduchu, podpořila tuto hypotézu difúze. Pak jsme dělali experimenty, při kterých vzduch procházel oxidem thoria a poté vstupoval do ionizační komory. Tyto experimenty ukázaly, že aktivita může být přenášena vzduchem. Když se však proudění vzduchu zastavilo, aktivita v ionizační komoře okamžitě nezmizela, ale postupně klesala podle exponenciálního zákona. Nazval jsem tuto plynnou látku, která může difundovat papírem, být unášena vzduchem a po nějakou dobu si zachová svou aktivitu, která mizí podle charakteristického zákona, „emanace thoria“.
Zjistil jsem, že tato emanace má extrémně zvláštní vlastnost učinit těla, přes která prochází, radioaktivní. Zdálo se, že tato vlastnost byla s největší pravděpodobností způsobena usazováním nějaké hmotné látky, a nikoli nějakou činností, která vznikla v tělech samotných působením záření, od té doby by se množství vysrážené látky mělo zvýšit aplikací elektrické pole . V té době mnoho lidí dostalo jedinečné a podivné výsledky umístěním předmětů do blízkosti radioaktivních látek. Zřejmě by se to vše dalo vysvětlit přítomností stejných emanací, jaké jsme našli v thorium.
Než mohlo být takové vysvětlení přijato jako správné, musela být objasněna skutečná povaha emanace. Bylo to velmi obtížné, protože dostupné množství bylo vždy velmi malé.
Zásluhy na objevu radonu jako chemického prvku se také často připisují německému chemikovi Friedrichu Dornovi . Otázky priority při objevu radonu jsou zvažovány v práci Jamese a Virginie Marshallových [8] , kde se ukazuje, že Rutherford by měl být považován za objevitele radonu jako chemického prvku.
V roce 1900 Dorn objevil radonový izotop 222 Rn s poločasem rozpadu 3,823 dne a publikoval o něm článek [9] [10] s odkazem na dřívější Rutherfordovu práci. Rutherford, nejprve s Owensem a poté sám v roce 1899, pracoval na dalším izotopu, 220 Rn ( thoron ), který má poločas rozpadu asi 55,6 sekund. Rutherford o práci Němce nevěděl, protože svou práci publikoval v německém časopise s malým nákladem. Rutherford nemluvil německy. Dorn se o radioaktivitu vůbec nezajímal. A teprve v roce 1902 Rutherford a Soddy experimentálně dokázali, že emanace je izotop radonu. Podařilo se jim ho ochladit a proměnit v kapalinu pomocí nového fyzikálního zařízení na McGillově univerzitě a zveřejněných prací.
Zařazeno do radioaktivní řady 238 U , 235 U a 232 Th . Radonová jádra neustále vznikají v přírodě při radioaktivním rozpadu mateřských jader. Rovnovážný obsah v zemské kůře je 7⋅10 -16 % hmotnostních. Radon díky své chemické inertnosti poměrně snadno opouští krystalovou mřížku „mateřského“ minerálu a dostává se do podzemních vod, zemních plynů a vzduchu. Protože nejdéle žijící ze čtyř přirozených izotopů radonu (218, 219, 220, 222) je 222 Rn , je jeho obsah v těchto médiích maximální.
Koncentrace radonu v ovzduší závisí především na geologické situaci (např. žuly , ve kterých je hodně uranu , jsou aktivními zdroji radonu, zároveň je radonu nad povrchem málo. moří), a také na počasí (při dešti se mikrotrhliny, podle kterých radon pochází z půdy, zaplňují vodou, sněhová pokrývka také zabraňuje pronikání radonu do vzduchu).
Před zemětřesením dochází v důsledku seismické aktivity ke zvýšení koncentrace radonu ve vzduchu [11] . Uvolňování radonu ze země v této době se nazývávýdech [12]
K získání radonu se vzduch profukuje vodným roztokem jakékoli soli radia-226, který s sebou odnáší radon-222, který vzniká při radioaktivním rozpadu radia-226. Poté se vzduch pečlivě filtruje, aby se oddělily mikrokapky roztoku obsahující radia, které mohou být zachyceny proudem vzduchu. Pro získání vlastního radonu se ze směsi plynů odstraní chemicky aktivní látky ( kyslík , vodík , vodní pára atd.), zbytek se kondenzuje s kapalným dusíkem , následně se destiluje dusík a inertní plyny ( argon , neon atd.). z kondenzátu.
V jednom gramu radia-226 vzniká za den asi 0,1 mm 3 [13] radonu-222.
Radon je radioaktivní monoatomický těžký plyn, bez barvy a zápachu. Rozpustnost ve vodě při pokojové teplotě je 460 ml/l, což je vyšší hodnota než rozpustnost lehčích inertních plynů. V organických rozpouštědlech a v lidské tukové tkáni je rozpustnost radonu desetkrát vyšší než ve vodě. Plyn dobře prostupuje polymerními filmy . Snadno se adsorbuje aktivním uhlím a silikagelem .
Vlastní radioaktivita radonu způsobuje jeho fluorescenci . Plynný a kapalný radon fluoreskuje modrým světlem, v pevném radonu se po ochlazení na teplotu dusíku barva fluorescence nejprve změní na žlutou, poté červenooranžovou.
Barva záře v plynovém výboji radonu je modrá, protože ve viditelné části radonového spektra je zvláště rozlišeno 8 čar odpovídajících vlnovým délkám od 3982 do 5085 Å (od 398,2 nm do 508,5 nm) a ležících převážně v modrá část spektra [14] , nicméně kvůli nedostatku stabilních izotopů je jeho použití v plynových osvětlovacích zařízeních nemožné.
Hustota radonu za normálních podmínek je 9,73 kg/m 3 , což je asi 7,6 násobek hustoty vzduchu.
Chemicky je radon nejaktivnější ze vzácných plynů , protože jeho vnější elektronové obaly mají relativně nízkou ionizační energii.
Radon tvoří chemické sloučeniny s fluorem . Takže fluorid radonu RnF 2 je bílá netěkavá krystalická látka.
Fluoridy radonu lze získat i působením silných fluoračních činidel (například halogenfluoridy: ClF 3 , BrF 5 , IF 7 [15] ).
Byly také získány sloučeniny s kationtem RnF + : RnF[SbF6 ], RnF[ Sb2F11 ] [ 15 ] .
Kromě fluoru může radon tvořit s kyslíkem binární sloučeniny; zejména byl získán oxid radon [16] , produkce jiných oxidů radonu však potvrzena nebyla.
Radon může být navíc součástí různých klatrátů , které, přestože mají konstantní stechiometrické složení, netvoří chemické vazby zahrnující atomy radonu.
Radon se používá v lékařství k přípravě radonových koupelí . Radon se používá v zemědělství k aktivaci krmiva pro domácí mazlíčky [1] , v metalurgii jako indikátor při určování rychlosti proudění plynu ve vysokých pecích a plynovodech. V geologii se měření radonu ve vzduchu a ve vodě využívá k vyhledávání ložisek uranu a thoria a také aktivních tektonických poruch, jejichž přítomnost může být indikována zvýšeným obsahem radonu v povrchovém a podloží; v hydrogeologii - studovat interakci podzemních a říčních vod.
Dynamiku koncentrace radonu v podzemní vodě lze využít k předpovědi zemětřesení [17] .
Objev radioaktivity a radonu se shodoval se zvýšením zájmu o biologické účinky záření . Bylo zjištěno, že voda mnoha zdrojů minerálních vod je bohatá na radia (jak se tehdy radonu říkalo). Po tomto objevu následovala vlna „radiační“ módy. Zejména v tehdejších reklamách byla radioaktivita minerálních vod prezentována jako hlavní ukazatel jejich užitečnosti a účinnosti.
Radiační pozadí prostor (RFP) - záření pozemského a kosmického původu, neustále působí na člověka, když je uvnitř budovy. RFP vzniká jako přirozené a technologicky upravené radiační pozadí. Příčinou radiačního pozadí v budovách je aktivita tří hlavních přírodních radionuklidů s dlouhým poločasem rozpadu (radia-226, thorium-232 a draslíku-40), umělého cesia-137 ve stavebních materiálech a izotopů s krátkou životností (T 1/2 <10 dnů) radia (extrémně vzácné thorium). Hlavní složky radiačního pozadí prostor do značné míry závisí na lidské činnosti. To je způsobeno především takovými faktory, jako je výběr místa stavby, radiační charakteristiky stavebních materiálů, konstrukční řešení budov a v nich používané ventilační systémy [18] [19] . Za bezpečný průměr na ploše hustoty toku radonu budovou na povrchu terénu se považuje méně než 80 mBq/m 2 s pro obytné budovy a 40 mBq / m 2 s pro nízkopodlažní chaty [20] .
Radon je zdraví škodlivý , je radiotoxický a karcinogenní . Jakmile se dostane do lidského těla, přispívá k procesům vedoucím k rakovině plic . Rozpad jader radonu a jeho dceřiných izotopů v plicní tkáni způsobuje mikropopálení, protože veškerá energie částic alfa je absorbována téměř v bodě rozpadu. Zvláště nebezpečná (zvyšuje riziko onemocnění) je kombinace expozice radonu a kouření . Podle amerického ministerstva zdravotnictví je radon druhým nejčastějším (po kouření) faktorem, který způsobuje rakovinu plic, převážně bronchogenního (centrálního) typu. Radonem indukovaná rakovina plic je šestou hlavní příčinou úmrtí na rakovinu [21] .
Radon a jeho dceřiné produkty způsobují více než polovinu celkové efektivní dávky záření, kterou lidské tělo v průměru dostává z přírodních i umělých radionuklidů životního prostředí.
V současné době řada zemí sleduje koncentraci radonu v budovách jako první krok k optimalizaci ochrany obyvatelstva [22] .
ICRP stanovil referenční úroveň ekvivalentní rovnovážné objemové aktivitě izotopů radonu a produktů jeho rozpadu (EEVA) v pracovní oblasti na úrovni 200 Bq /m³ [23] .
V Rusku je ve vodě, především v podzemních vodních zdrojích, úroveň interference radonu 60 Bq /kg [24] .
Zvýšit radonovou zátěž a trvalé lehké hmoty obsahující členy řady uran-238 a uran-235 , chemicky izolované z přírodního uranu, které byly v sekulární rovnováze , hlavně radium-226 , rozpadající se na radon-222 . Významné uvolňování radonu takovými lehkými hmotami způsobuje, že skladování velkého počtu zařízení obsahujících bezodpadové trubky je nebezpečné. Obzvláště vysoké emise radonu mají staré letecké ukazatele směru a skluzu, páčkové spínače a automaty se svítícími hroty a podsvícením stupnic z ukazatelů radioaktivity DP-63-A (v pozdějších modelech byly nahrazeny elektroluminiscenčním podsvícením, takže nepředstavují nebezpečí).
Při zohlednění úrovně izotopů radonu je třeba vzít v úvahu i aktivitu netěkavých produktů jeho rozpadu (izotopy polonia, olova, vizmutu atd.) s různými poločasy rozpadu.
Pro měření hladiny radonu existují poměrně jednoduché testy. V některých zemích se takové testy běžně provádějí v místech s vysokou úrovní radonu. Digitální zařízení pro měření hladiny radonu jsou komerčně dostupné. Zařízení pro rychlé testování hladiny radonu jsou levné a v některých případech zdarma. Pro analýzu byly vyvinuty příslušné pokyny. Souprava pro měření hladiny radonu obsahuje kolektor, který musí být instalován ve spodním patře bytového domu po dobu 2-7 dnů. Poté je kolektor odeslán do laboratoře k analýze. K dispozici jsou také přístroje pro dlouhodobé (až jeden rok) měření hladiny radonu. Před zahájením stavby je možné změřit množství radonu uvolněného ze země [25] . Koncentrace radonu se může denně měnit, proto je potřeba dlouhodobé měření průměrné koncentrace radonu v místnostech, kde člověk tráví podstatnou část času [26] .
Koncentrace radonu přirozeně kolísají v důsledku faktorů, jako jsou měnící se povětrnostní podmínky, takže počáteční test nemusí poskytnout přesný výsledek průměrné koncentrace radonu. Hladina radonu ve vzduchu je maximální v nejchladnější části dne, kdy jsou největší tlakové ztráty [27] . Je -li tedy zjištěna vysoká koncentrace radonu (více než 4 pCi / l ), je oprávněné provést opakovaná měření před zavedením nákladnějších opatření pro boj s vývojem plynu. Hodnoty mezi 4 a 10 pCi/L jsou indikací pro dlouhodobý test. Naměřené hodnoty nad 10 pCi/L vyžadují pouze dodatečný krátkodobý test, aby se předešlo zbytečnému zpoždění při kontrole plynu. Kupujícím nemovitosti se doporučuje odložit nebo upustit od nákupu, pokud se prodávajícímu nepodařilo snížit hladiny radonu na 4 pCi/L nebo méně [25] .
Protože radon má poločas rozpadu pouze 3,8 dne, odstranění nebo izolace zdroje značně snižuje ohrožení. Koncentrace radonu zpravidla klesá s větráním místnosti [28] . V dobře větraných místnostech má koncentrace radonu tendenci se vyrovnávat na úroveň ulice (obvykle 10 Bq/m 3 , v rozmezí 1 až 100 Bq/m 3 ) [25] .
Existují čtyři hlavní způsoby, jak snížit koncentraci radonu v domácnostech [25] [29] :
Podle EPA [25] se při zmírňování radonu primárně využívá systém deflektorových trubek a ventilátor k odvádění radonu z budovy. Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) doporučuje používat metody, které zabraňují pronikání radonu do areálu. Nasávání zeminy např. zabraňuje pronikání radonu do domu, protože radon zpod domu se uvolňuje ven potrubím, kde se ředí [30] . EPA nedoporučuje použití těsnění bez dalších opatření, protože tato metoda nevede k výraznému a konzistentnímu snížení hladiny radonu [30] .
Přetlakový ventilační systém lze kombinovat s výměníkem tepla pro rekuperaci energie při výměně vzduchu s venkovním vzduchem, protože samotné odvětrávání vzduchu ven nemusí být adekvátním řešením, protože to může vést k nasávání vzduchu do obydlí. V domech postavených nad sklepy lze instalovat plastové fólie k zakrytí prázdného prostoru - to bude bariéra pro radon [25] . Odvzdušňovací potrubí a ventilátor slouží k odstranění radonu zpod plastové vrstvy do volného ovzduší. Tento způsob odstraňování radonu se nazývá „submembránové odsávání“ a při správném použití je nejúčinnějším způsobem odstranění radonu ve sklepních domech [26] .
Radon nemá žádné stabilní izotopy . Nejstabilnější je 222 Rn ( T 1/2 = 3,8235 dne ), který je součástí přirozené radioaktivní skupiny uranu-238 ( rodina uran-radium ) a je přímým produktem rozpadu radia-226. Někdy název "radon" odkazuje na tento konkrétní izotop. Rodina thorium-232 zahrnuje 220 Rn ( T 1/2 = 55,6 s ), někdy se nazývá thoron ( Tn). Rodina uranu-235 ( uran-actinium) zahrnuje 219 Rn ( T 1/2 = 3,96 s ), nazývá se aktinon (An). Jedna z postranních větví ( faktor větvení 2⋅10 −7 ) uran-radiové rodiny zahrnuje také velmi krátkodobý ( T 1/2 = 35 ms ) radon-218. Všechny označené izotopy radonu zažívají alfa rozpad . Tyto čtyři nuklidy vyčerpávají seznam přirozených izotopů radonu. Je známo dalších 30 umělých izotopů Rn s hmotnostním číslem od 195 do 228. Některé izotopy radonu s nedostatkem neutronů mají také excitované metastabilní stavy ; Těchto stavů je známo 13. Převládajícími způsoby rozpadu pro lehké izotopy Rn jsou alfa rozpad , pozitronový rozpad a záchyt elektronů . Počínaje hmotnostním číslem A = 212 se rozpad alfa stává dominantním. Těžké izotopy radonu (počínaje A = 223) se rozkládají převážně beta-minus rozpadem .
![]() | |
---|---|
V bibliografických katalozích |
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|