Что такое радон? Элемент 18-й группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева

В свете стремительного развития науки и техники специалисты выражают озабоченность отсутствием пропаганды радиационной гигиены среди населения. Эксперты прогнозируют, что в ближайшее десятилетие "радиологическое невежество" может стать причиной реальной угрозы безопасности общества и планеты.

Невидимый убийца

В XVΙ веке европейских медиков ставила в тупик аномально высокая смертность от легочных заболеваний среди работников рудников, добывающих железо, полиметаллы и серебро. Загадочный недуг, получивший название "горной болезни", поражал шахтеров в пятьдесят раз чаще, чем среднего обывателя. Только в начале XX века, после открытия радона, именно его признали причиной стимулирования развития рака легких горняков Германии и Чехии.

Что такое радон? Только ли отрицательное влияние оказывает он на организм человека? Чтобы ответить на эти вопросы, следует вспомнить историю открытия и изучения этого таинственного элемента.

Эманация - значит "истечение"

Первооткрывателем радона принято считать английского физика Э. Резерфорда. Именно он в 1899 году заметил, что препараты на основе тория кроме тяжелых α-частиц излучают бесцветный газ, приводящий к повышению уровня радиоактивности окружающей среды. Исследователь назвал предполагаемое вещество эманацией тория (от emanation (лат.) - истечение) и присвоил ему буквенное обозначение Em. Похожие эманации присущи также препаратам радия. В первом случае испускающийся газ получил название торон, во втором - радон.

В дальнейшем удалось доказать, что газы являются радионуклидами нового элемента. Выделить его в чистом виде впервые удалось шотландскому химику, Нобелевскому лауреату (1904 г.) Уильяму Рамзаю (совместно с Витлоу Греем) в 1908 году. Спустя пять лет за элементом окончательно закрепилось название радон и символьное обозначение Rn.

Что такое радон?

В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева радон находится в 18-й группе. Имеет атомный номер z=86.

Все существующие изотопы радона (более 35, с массовыми числами от 195 до 230) радиоактивны и представляют определенную опасность для человека. В природе встречаются четыре разновидности атомов элемента. Все они входят в состав естественных радиоактивных рядов актиноурана, тория и урана - радия. Некоторые изотопы имеют собственные названия и их, по исторически сложившейся традиции, называют эманациями:

• актиния - актинон ²¹⁹Rn;
• тория - торон ²²⁰Rn;
• радия - радон ²²²Rn.

Последний отличается наибольшей стабильностью. Период полураспада радона ²²²Rn - 91,2 часа (3,82 суток). Время устойчивого состояния остальных изотопов исчисляется секундами и миллисекундами. При распаде с излучением α-частиц происходит образование изотопов полония. Кстати, именно при исследовании радона ученые впервые столкнулись с многочисленными разновидностями атомов одного и того же элемента, которые впоследствии и назвали изотопами (от греческого "равный", "одинаковый").

Физические и химические свойства

В нормальных условиях радон - газ без цвета и запаха, присутствие которого можно определить только специальными приборами. Плотность - 9,81 г/л. Является самым тяжелым (воздух легче в 7,5 раз), самым редким и самым дорогим из всех известных на нашей планете газов.

Хорошо растворим в воде (460 мл/л), но в органических соединениях растворимость радона на порядок выше. Обладает эффектом флюоресценции, вызванным высокой собственной радиоактивностью. Для газообразного и жидкого состояния (при температуре ниже -62˚С) характерно голубое свечение, для кристаллического (ниже -71˚С) - желтое или оранжево-красное.

Химическая характеристика радона обусловлена его принадлежностью к группе инертных ("благородных") газов. Ему свойственны химические реакции с кислородом, фтором и некоторыми другими галогенами.

С другой стороны, неустойчивое ядро элемента является источником частиц высоких энергий, влияющих на многие вещества. Воздействие радона приводит к окрашиванию стекла и фарфора, разлагает воду на кислород, водород и озон, разрушает парафин и вазелин и т. д.

Получение радона

Для выделения изотопов радона достаточно пропустить над веществом, содержащим радий в том или ином виде, струю воздуха. Концентрация газа в струе будет зависеть от многих физических факторов (влажности, температуры), от кристаллической структуры вещества, его состава, пористости, однородности и может колебаться от малых долей до 100%. Обычно используют растворы бромистого или хлористого радия в соляной кислоте. Твердые пористые вещества применяют гораздо реже, хотя радон при этом выделяется более чистым.

Полученную газовую смесь очищают от паров воды, кислорода и водорода, пропуская ее через раскаленную медную сетку. Остаток (1/25000 от первоначального объема) конденсируют жидким воздухом и из конденсата удаляют примеси азота, гелия и инертных газов.

Для заметки: во всем мире за год производится всего лишь несколько десятков кубических сантиметров химического элемента радона.

Распространение в природе

Ядра радия, продуктом деления которых является радон, в свою очередь образуются при распаде урана. Таким образом, основной источник радона - грунты и минералы, содержащие уран и торий. Наиболее высока концентрация этих элементов в магматических, осадочных, метаморфических породах, темноцветных сланцах. Газ радон вследствие своей инертности легко покидает кристаллические решетки минералов и по пустотам и трещинам в земной коре легко распространяется на большие расстояния, выделяясь в атмосферу.

Кроме того, грунтовые межпластовые воды, омывая такие породы, легко насыщаются радоном. Радоновая вода и ее определенные свойства использовались человеком задолго до открытия самого элемента.

Друг или враг?

Несмотря на тысячи научных и научно-популярных статей, написанных об этом радиоактивном газе, однозначно ответить на вопрос: "Что такое радон и каково его значение для человечества?" представляется затруднительным. Перед современными исследователями стоят, как минимум, две проблемы. Первая заключается в том, что в сфере воздействия излучения радона на живую материю он является одновременно вредным и полезным элементом. Вторая - в отсутствии достоверных средств регистрации и мониторинга. Существующие на сегодняшний день детекторы радона в атмосфере, даже самые современные и чувствительные, при повторении измерений могут выдавать результаты, различающиеся в несколько раз.

Осторожно, радон!

Основную дозу радиации (более 70%) в процессе жизнедеятельности человек получает благодаря природным радионуклидам, среди которых лидирующие позиции принадлежат бесцветному газу радону. В зависимости от географического расположения жилого строения, его "вклад" может составлять от 30 до 60%. Постоянное количество нестабильных изотопов опасного элемента в атмосфере поддерживается непрерывным поступлением из земных пород. Радон имеет неприятное свойство накапливаться внутри жилых и общественных помещений, где его концентрация может увеличиваться в десятки и сотни раз. Для здоровья человека опасность представляет не столько сам радиоактивный газ, сколько химически активные изотопы полония ²¹⁴Po и ²¹⁸Po, образующиеся в результате его распада. Они прочно удерживаются в организме, губительно воздействуя внутренним α-излучением на живую ткань.

Кроме астматических приступов удушья и депрессивного состояния, головокружения и мигрени, это чревато развитием рака легких. В группу риска входят работники урановых шахт и горно-обогатительных комбинатов, вулканологи, радонотерапевты, население неблагоприятных районов с высоким содержанием радоновых производных в земной коре и артезианских водах, радоновых курортов. Для выявления таких территорий составляют карты радоноопасности, применяя геологические и радиационно-гигиенические методы.

Для заметки: считается, что именно облучение радоном спровоцировало гибель от рака легких в 1916 году шотландского исследователя этого элемента Уильяма Рамзая.

Способы защиты

В последнее десятилетие, по примеру западных соседей, необходимые противорадоновые мероприятия стали распространяться и в странах бывшего СНГ. Появились нормативные документы (СанПин 2.6.1., СП 2.6.1.) с четкими требованиями по обеспечению радиационной безопасности населения.

К основным мерам по защите от почвенных газов и природных источников излучения относятся:

• Обустройство на земляном подполье деревянных полов монолитной бетонной плиты с щебеночным основанием и надежной гидроизоляцией.
• Обеспечение усиленной вентиляции цокольного и подвального пространства, проветривание жилых зданий.
• Вода, поступающая в кухни и ванные комнаты, должна подвергаться специальной фильтрации, а сами помещения оборудуются принудительными вытяжными устройствами.

Радиомедицина

Что такое радон, наши предки не знали, но еще славные всадники Чингисхана врачевали свои раны водами источников Белокурихи (Алтай), насыщенными этим газом. Дело в том, что в микродозах радон оказывает положительное влияние на жизненно важные органы человека и центральную нервную систему. Воздействие радоновых вод ускоряет обменные процессы, благодаря чему поврежденные ткани восстанавливаются гораздо быстрее, нормализуется работа сердца и системы кровообращения, укрепляются стенки сосудов.

Курорты горных районов Кавказа (Ессентуки, Пятигорск, Кисловодск), Австрии (Гаштейн), Чехии (Яхимов, Карловы Вары), Германии (Баден-Баден), Японии (Мисаса) издавна пользуются заслуженной славой и популярностью. Современная медицина кроме радоновых ванн предлагает лечение в форме орошения, ингаляции под строгим контролем соответствующего специалиста.

На службе человечества

Область применения газа радона не ограничивается одной лишь медициной. Способность изотопов элемента к адсорбции активно используется в материаловедении для измерения степени неоднородности металлических поверхностей и декорирования. В производстве стали и стекла радон служит для контроля протекания технологических процессов. С его помощью проводят проверку противогазов и средств химзащиты на герметичность.

В геофизике и геологии многие методы поиска и обнаружения залежей полезных ископаемых и радиоактивных руд основаны на применении радоновой съемки. По концентрации изотопов радона в почве можно судить о газопроницаемости и плотности горных образований. Мониторинг радоновой обстановки выглядит перспективным в плане прогнозирования предстоящих землетрясений.

Остается надеяться, что с негативными воздействиями радона человечество все-таки справиться и радиоактивный элемент будет приносить населению планеты только пользу.