Radon (Rn) – właściwości, działanie i występowanie
Radon (Rn) przez laików mylony bywa często z radem. Zbieżność nazw nie jest bynajmniej przypadkowa, bowiem pierwszy jest „potomkiem” drugiego. Większość z nas o radonie dowiaduje się najczęściej w kontekście bezpieczeństwa budynków. Dlaczego poziom tego radioaktywnego pierwiastka warto jest badać i w jaki sposób oddziałuje on na ludzkie zdrowie?
Samo umiejscowienie radonu w układzie okresowym pierwiastków jest dość znamienne. Jest on najniżej położonym, a więc najcięższym ze szlachetnych gazów grupy 18. Jak wspomniano wyżej, stanowi produkt rozpadu innego radioaktywnego pierwiastka, radu, odkrytego przez naszą rodaczkę Marie Curie-Skłodowską. Ona też, wraz z mężem Piotrem Curie, zaobserwowała jako pierwsza, że gaz wyemitowany przy rozpadzie radu pozostaje przez jakiś czas promieniotwórczy.
Historia radonu
Obserwacja małżeństwa Curie miała miejsce w 1899 r. W tym samym roku duet naukowców z Uniwersytetu McGill w Montrealu w składzie Ernest Rutherford i Robert B. Owens prowadził badania nad radioaktywnością tlenku toru. Im również udało się stwierdzić obecność dziwnego, promieniotwórczego gazu, który wydawał się zanikać po kilku minutach. Nazwano go początkowo „emanacją toru”, a w logicznej konsekwencji w 1900 r. niemiecki fizyk Friedrich Ernst Dorn opisał „emanację radu”. On też uważany jest za oficjalnego odkrywcę radonu, choć fakt ten był wielokrotnie podważany. W 1903 r. sformułowano również tezę o emanacji aktynu.
Naukowcy nie za bardzo wiedzieli, jak poradzić sobie z kategoryzacją owych radioaktywnych gazów. Pośród różnych proponowanych nazw pojawiły się radon, thoron i akton. Ponieważ jednak ich spektra okazały się bardzo podobne do znanego już wówczas argonu, kryptonu i ksenonu, sir Wiliam Ramsey zasugerował, że zawierają nowy, nieznany jeszcze pierwiastek należący do gazów szlachetnych. W latach 1909-1910 udało mu się wraz z Robertem Whytlawem-Grayem określić jego podstawowe właściwości, a 1912 r.
Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej uznała trzy nowe pierwiastki określając je symbolami Rn, Tn i An. Dopiero później okazało się, że wszystkie trzy gazy są izotopami tego samego pierwiastka, który nazwano finalnie radonem.
Co ciekawe, już w XVI w. pisano o tajemniczej chorobie atakującej górników w kopalniach. Nie wiedziano jednak wówczas, że w rzeczywistości chodziło o nowotwór płuc wywołany inhalacją radonu właśnie.
Właściwości radonu – jakie związki tworzy?
Radon jest bezbarwnym, bezwonnym i bezsmakowym gazem, 7,5 razy cięższym niż powietrze i nawet 100 razy cięższym niż wodór. Skrapla się w temperaturze -61,8 °C, a już w temperaturze -71°C zamarza. Co ciekawe, przy dalszym schładzaniu zaczyna emitować żółte światło, które w temperaturze -195° C staje się pomarańczowo-czerwone.
Radon w normalnych warunkach tworzy jednoatomowe cząsteczki o gęstości osiem razy większej niż gęstość powietrza. Człowiek nie ma jednak możliwości wykryć go wokół siebie za pomocą zmysłów. Jak inne gazy szlachetne, pod względem chemicznym jest bardzo mało reaktywny. W sporych ilościach rozpuszcza się w wodzie, ale nie podlega spalaniu. Niewiele też wiemy o jego związkach – stopień badań jest dość ograniczony ze względu na nietrwałość, koszt i ryzyko zdrowotne. Jak dotąd wykazano jednak, że radon tworzy tlenki oraz fluorki. Większość rozważań w zakresie ich potencjalnej aktywności ma jednak charakter teoretyczny.
Warto podkreślić, że radon nie posiada żadnych stabilnych izotopów. Spośród opisanych jako dotąd 39 izotopów o masach atomowych od 193 do 231 najbardziej stabilny jest Rn-222, którego czas połowicznego rozpadu wynosi 3,82 dni. Jest on produktem rozpadu Ra-226, który z kolei powstaje w procesie rozpadu U-238. Powstawanie radonu jest więc ogniwem w łańcuchu złożonych przemian fizycznych. Dla dopełnienia obrazu warto dodać, że Rn-222 rozpada się m.in. na Rn-218, który dalej rozpada się na również radioaktywny na Pb-214.
Spośród innych izotopów radonu jedynie trzy mają połowiczny czas rozpadu powyżej godziny.
Występowanie i pozyskiwanie radonu
Ze względu na niestabilność izotopów, w przyrodzie radon uważany jest za pierwiastek rzadki. W atmosferze wykrywany jest w niewielkich ilościach tuż nad powierzchnią ziemi, dokąd ulatnia się ze skał oraz gleby. Obecność radonu w skorupie ziemskiej jest najczęściej wynikiem promieniotwórczego rozpadu złóż uranu. Jego największe stężenie obserwuje się zazwyczaj w bryłach granitu oraz gnejsu, mniejsze zaś w wapieniach. Ponadto woda z głębionych źródeł oraz ze studni również może być zanieczyszczona radonem. W niektórych miejscach na świecie, np. w USA, Japonii, Niemczach i Czechach znajdują się gorące źródła o wyjątkowo wysokim stężeniu radonu.
Wszystkie te naturalne źródła dotyczą izotopu Rn-222. Jako ciekawostkę warto dodać, że promieniotwórczy potomek radu znajdywany jest czasem również w ropie naftowej, co bywa czynnikiem ryzyka w procesie rafinacji – rury odwodzące propan stają się wówczas źródłem radioaktywności.
Pozyskiwanie radonu do celów eksperymentalnych jest szalenie proste – w tym celu wykorzystuje się radioaktywność radu, toru i uranu.
Zastosowania radonu
Faktyczne wykorzystanie radonu na świecie jest dziś znikome. O tyle fascynująca jest jednak jego bogata historia. Otóż na początku XX-wieku promieniotwórczy gaz zyskał sobie renomę medycznego panaceum. W 1906 r. w czeskim Jachimowie otwarto leczniczy zakład kąpielowy, który zachęcał pacjentów do moczenia się w radioaktywnej wodzie. W niemieckim Bad Brambach mineralną wodę z radonem polecano nawet do picia. W ówczesnym wyobrażeniu radon miał zwalczać choroby autoimmunologiczne, zwłaszcza reumatoidalne zapalenie stawów, a także zabijać komórki nowotworowe. Moda ta dotarła również za ocean, gdzie prowadzono terapie w kopalniach, a ponadto praktykowana była w polskich uzdrowiskach takich jak Świeradów-Zdrój czy Lądek-Zdrój. W najbardziej śmiałych próbach medycznego wykorzystania radonu, radioaktywny pierwiastek zamykano w kapsułach ze złota lub szkła i umieszczano bezpośrednio w guzach nowotworowych pacjentów. Te i inne praktyki zostały zaniechane, gdy okazało się, że radon wyrządza zdecydowanie więcej szkody niż pożytku.
Obecnie radon wykorzystywany jest jedynie w wąskim zakresie badań i eksperymentów naukowych. Pomiar jego poziomu w glebie może na przykład być podstawą do śledzenia ruchów mas powietrza. Ponadto radon znajduje zastosowanie w studiach hydrologicznych i geologicznych, np. do przewidywania trzęsień ziemi.
Wpływ radonu na zdrowie
Akumulacja radonu w glebie powoduje, że może on przenikać przez podłogę i ściany piwnic, zwłaszcza w przypadku pęknięć i nieszczelnych instalacji, i tą drogą dostawać się do wnętrza budynków mieszkalnych. W przypadku kiepskiej wentylacji może dochodzić do jego akumulacji we wnętrzach. Stężenie radonu w powietrzu mierzy się w jednostkach aktywności promieniotwórczej na daną objętość (Bq/m3). Na zewnątrz poziom ten wynosi zazwyczaj ok. 15 Bq/m3, zaś w budynkach średnio ok. 48 Bq/m3.
Według Światowej Organizacji Zdrowia radon jest drugą (po paleniu papierosów) najpoważniejszą przyczyną raka płuc i odpowiada za 3-14% przypadków tej ciężkiej choroby. Wyjątkowo wysoką zachorowalność na nowotwór płuc odnotowano najpierw wśród pracowników kopalni uranu. Niestety, okazało się, że ryzyko dotyczy również osób spędzających dużo czasu w zamkniętych budynkach na obszarach, gdzie poziom radonu w gruncie jest podwyższony. Szczególne zagrożenie obserwowane jest w źle wentylowanych domach o nieodpowiedniej konstrukcji. Stężenie radonu może niestety ulegać dużym fluktuacjom, więc wyrywkowe kontrole bywają mylące. Obecnie w celu zabezpieczenia się przed przenikaniem radonu do wnętrz promuje się instalację podziemnych systemów wentylacyjnych oraz uszczelnianie ścian i drzwi z piwnicy.
Jak dotąd brakuje danych na temat skutków przedostawania się radonu do organizmu wraz z jedzeniem lub piciem. Inhalacja wydaje się być najbardziej problematyczna. Aby ograniczyć ryzyko zdrowotne do minimum zaleca się mierzyć poziom radonu w kupowanych domach i na działkach budowlanych, inwestować w wentylację i potrzebne naprawy uszczelniające oraz unikać palenia papierosów, które nawet 25 razy zwiększa ryzyko zachorowania na nowotwór płuc z powodu ekspozycji na radon.
Radon a ekologia
Na szczęście, na otwartych przestrzeniach radon nie stanowi poważnego zagrożenia – nie tylko jest go w atmosferze niewiele, ale w przeciągu kilku dni rozkłada się do postaci znacznie mniej niebezpiecznych produktów. Owszem, można zaobserwować ulatnianie się gazu z gleby i skał do powietrza, a następnie przedostawanie do wód gruntowych, ale jak dotąd proces ten nie stanowi zagrożenia dla środowiska naturalnego. Wygląda na to, że radon w podstępny sposób wykorzystuje raczej pułapki, które sami na siebie zastawiamy – nasze niedoskonałe budynki mieszkalne!
- „Radon” Britannica, https://www.britannica.com/science/radon, 2/08/2022;
- „Facts about radon” Traci Pedersen, https://www.livescience.com/39546-radon.html, 2/08/2022;
- „Radon and your health” CDC, https://www.cdc.gov/nceh/features/protect-home-radon/index.html , 2/08/2022;
- “What is radon gas? Is it dangerous?” EPA, https://www.epa.gov/radiation/what-radon-gas-it-dangerous, 2/08/2022;
- „Radon and health” WHO, https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/radon-and-health, 2/08/2022;
