Właściwości radonu
Radon jest radioaktywnym pierwiastkiem chemicznym. Symbol chemiczny to Rn, liczba atomowa to 86. W układzie okresowym pierwiastków znajduje się w ósmej grupie głównej, co oznacza że jest jednym z gazów szlachetnych. Radon został odkryty w 1900 roku przez Friedricha Ernsta Dorna. Dorn początkowo nazwał go „emanacją”, później utrwaliła się nazwa „radon”.
Właściwości radonu
Radon jest bezbarwny, bezwonny i bez smaku. Jest około 8 razy cięższy niż gazy atmosferyczne. Jak wszystkie inne gazy szlachetne, radon prawie nie tworzy związków chemicznych, ale jest rozpuszczalny w wodzie i tłuszczach. Jego najważniejsze właściwości fizyczne zebrano w tabeli.
| Masa atomowa | 222 |
| Liczba atomowa | 86 |
| Temperatura topnienia | -71,1 °C |
| Temperatura wrzenia | -61,8 °C |
| Gęstość | 9,73 g/l |
| Potencjał jonizacyjny | 10,748 eV |
| Konfiguracja elektronowa | [Xe]4f145d106s26p6 |
| Rozpuszczalność w wodzie w 0°C | 510 cm3/kg |
| Rozpuszczalność w wodzie w temperaturze 20°C | 230 cm3/kg |
Atom radonu posiada stabilną konfigurację elektronową zamkniętej powłoki, która nadaje mu właściwości chemiczne pierwiastka gazu szlachetnego. Zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami w porównaniu z innymi gazami obojętnymi w układzie okresowym, w tym helem, neonem, argonem, kryptonem i ksenonem. Widmo radonu przypomina widmo innych pierwiastków o zamkniętej powłoce. Struktura elektronowa radonu sugeruje bardzo ograniczoną aktywność chemiczną. Jednak stosunkowo niski potencjał pierwszej jonizacji wynoszący 10,748 eV , świadczy o tym, że możliwe są pewne interakcje. Doniesiono, że fluor reaguje z radonem, tworząc fluorek radonu i że powstają struktury, w których atomy radonu znajdują się w sieciach krystalicznych niektórych związków wodoru. Radon jest zaliczany do półmetali. Jest pierwiastkiem, który leży na przekątnej między prawdziwymi metalami i niemetalami w układzie okresowym. Posiada niektóre cechy obu grup, zachowując się pod tym względem podobnie do boru, germanu, antymonu i polonu.
Radon jest łatwo wchłaniany przez węgiel drzewny, żel krzemionkowy i inne podobne substancje – jest to właściwość, która może być wykorzystana do oddzielenia go od innych gazów. Radon można skutecznie usunąć z próbki powietrza, zbierając go na węglu aktywnym schłodzonym do temperatury stałego CO2 (-78,5°C). Stosunkowo wysoka rozpuszczalność radonu w wodzie (230 cm3/kg przy 20°C) tłumaczy jego obecność w znacznych ilościach w niektórych wodach źródlanych.
Jak powstaje radon?
Niektóre izotopy promieniotwórcze – jak tor i izotopy uranu – są początkami szeregów promieniotwórczych, w których produkty poszczególnych rozpadów też się rozpadają, aż do chwili pojawienia się trwałego produktu – izotopu niepromieniotwórczego. W naturze występują trzy duże szeregi promieniotwórcze: szereg torowy, uranowo-aktynowy i uranowo-radowy. Czwarty szereg – neptunowy już „wygasł”, ponieważ okres połowicznego rozpadu najdłużej żyjącego izotopu w tym szeregu jest krótki w porównaniu z wiekiem Ziemi. W naturze występują radioaktywne izotopy radonu: radon-219, radon-220 i radon-222, których źródłem są wspomniane szeregi promieniotwórcze uranu i toru. Uran występuje powszechnie w niewielkich ilościach w większości skał i w glebie. Jego koncentracja na powierzchni Ziemi wynosi 2,8 g/t. Jest bardziej rozpowszechniony niż złoto, srebro czy rtęć, podobnie jak cyna i trochę rzadszy niż kobalt, ołów czy molibden. Występuje zarówno w pożywieniu, jak i w wodzie pitnej. Z kolei tor występuje w skorupie ziemskiej około sześciokrotnie częściej niż uran! Pozyskuje się go głównie z piasków monazytowych, które zawierają około 10% toru.
Izotopy radonu i jego pochodne
Radon-219 (zwany „aktynonem”, o okresie połowicznego rozpadu 3,96 s) powstaje w szeregu promieniotwórczym uranu-235 (szereg uranowo-aktynowy), radon-220 (zwany „toronem”, o okresie połowicznego rozpadu 55,6 s) jest produktem rozpadu radu-224 w szeregu promieniotwórczym toru-232 (szereg torowy), z kolei radon-222 (zwany „radonem”, o okresie połowicznego rozpadu 3,8 d), powstaje w szeregu promieniotwórczym uranu-238 (szereg uranowo-radowy) na kilku etapach pośrednich poprzez rozpady beta minus i α izotopów uranu, toru i radu.
Spośród izotopów radonu największe znaczenie w środowisku ma radon-222. W wyniku promieniotwórczego rozpadu radonu-222 emitowane jest promieniowanie alfa i powstają niebezpieczne dla organizmu człowieka produkty rozpadu radonu stanowiące metale ciężkie takie jak polon, bizmut i ołów. Poniżej przedstawiono schemat rozpadu radonu-222 (Rn-222):
Cząstka alfa (α), czyli jądro atomu helu-4, składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów i ma dużą zdolność jonizacji materii przy jednocześnie bardzo małym zasięgu, co daje największą skuteczność biologiczną spośród wszystkich cząstek jonizujących. Emisja wysoce jonizującej cząstki alfa w połączeniu z produktami jego rozpadu, którymi są izotopy metali ciężkich (także promieniotwórcze), a dodatkowo uwzględniając stan skupienia radonu, umożliwiający jego łatwe przemieszczanie się, powoduje, że radon stanowi potencjalne zagrożenie dla ludzkiego organizmu.
Naturalna promieniotwórczość
Człowiek narażony jest na promieniowanie jonizujące z dwóch głównych źródeł: naturalnych (izotopy promieniotwórcze, będące naturalnymi składnikami wszystkich elementów środowiska, oraz promieniowanie kosmiczne) oraz sztucznych (wynikających z działalności człowieka, np. aparaty rentgenowskie, procedury medycyny nuklearnej, akceleratory, reaktory jądrowe). Głównym źródłem narażenia od promieniowania naturalnego na świecie jest radon, a w Polsce stanowi aż 30,3 % (radon-222) i 2,2 % (radon-220) całkowitej dawki skutecznej otrzymywanej w ciągu roku przez statystycznego Polaka (dane z 2020 roku), co daje średnią dawkę skuteczną równą odpowiednio 1,2 mSv dla radonu i 0,1 mSv od toronu. Roczna całkowita dawka skuteczna promieniowania jonizującego otrzymana przez statystycznego mieszkańca Polski w 2020 r. wyniosła 3,96 mSv.