Radon ist ein gasförmiges Element, das kontinuierlich in der Erdkruste durch den radioaktiven Zerfall von Radium erzeugt wird, das selbst aus den Zerfallsketten von Uran-238, Uran-235 und Thorium-232 stammt. Es ist das einzige natürlich radioaktive Edelgas unter Normalbedingungen. Drei natürliche Isotope sind von Bedeutung, jedes entspricht einer dieser Ketten:
Das in radiumhaltigen Mineralien gebildete Radon-222 kann, abhängig von der Porosität und dem Wassergehalt des Bodens, an die Oberfläche diffundieren und in die Atmosphäre freigesetzt werden. Dieser Fluss, genannt Radon-Exhalation, variiert beträchtlich je nach Geologie (granitische Gesteine und uranhaltige Schiefer > Sedimentgesteine), Jahreszeit, atmosphärischem Druck und Luftfeuchtigkeit. Die Messung dieses Flusses wird in der Geophysik verwendet für:
Sobald es in der Atmosphäre ist, wird Radon-222 (ein inertes Gas) durch die Winde transportiert. Da es mit einer bekannten Halbwertszeit zerfällt, ermöglicht sein Abbau mit der Entfernung von seiner kontinentalen Quelle (die Ozeane produzieren sehr wenig) die Untersuchung der Mischungszeiten von Luftmassen zwischen Kontinenten und Ozeanen. In den Ozeanen dient gelöstes Radon (produziert durch Radium in Sedimenten) als Tracer für vertikale Mischungsprozesse und Luft-Meer-Austausch.
Der Name "Radon" leitet sich von Radium ab, seinem direkten Vorläufer in der Zerfallskette. Das Isotop \(^{222}\mathrm{Rn}\) wurde zunächst "Radium-Emanation" oder einfach "Emanation" (bezeichnet als Em) von seinen Entdeckern genannt, da es aus Radium "ausströmte". Später, als Isotope aus Thorium und Actinium entdeckt wurden, wurden sie jeweils Thoron (Tn) und Actinon (An) genannt. Der generische Name "Radon" (Symbol Rn) für das Element 86 wurde 1923 offiziell angenommen.
Radon-222 wurde 1900 vom deutschen Physiker Friedrich Ernst Dorn entdeckt. Bei der Untersuchung der von den Curies neu entdeckten Radiumverbindungen bemerkte er, dass Radium ein radioaktives Gas emittierte. Er zeigte, dass dieses Gas, das er "Radium-Emanation" nannte, selbst radioaktiv war und sich in andere feste Elemente umwandelte. Diese Entdeckung war entscheidend für das Verständnis der radioaktiven Zerfallsreihen.
1908 gelang es dem schottischen Chemiker Sir William Ramsay (bereits Entdecker der Edelgase Argon, Krypton, Xenon und Neon) und seinem Assistenten Robert Whytlaw-Gray, Radon zu isolieren, seine Dichte zu messen und zu beweisen, dass es das schwerste der bekannten Edelgase war. Sie konnten genug kondensieren, um sein Emissionsspektrum zu beobachten, was seinen Status als Element bestätigte. Ramsay erhielt 1904 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeit an inerten Gasen, sogar vor der Entdeckung von Radon.
Schon in den 1920er Jahren wurde Radon verdächtigt, für die hohe Inzidenz von Lungenkrebs bei Uranbergleuten verantwortlich zu sein (insbesondere in den Minen von Joachimsthal in der Tschechoslowakei und später in New Mexico). Es war jedoch erst in den 1980er Jahren, dass epidemiologische Studien (wie die an amerikanischen Bergleuten) den Zusammenhang zwischen Radonexposition und Lungenkrebs fest etablierten. In den 1990er Jahren weitete sich das Bewusstsein auf das haushaltsbezogene Risiko aus und verwandelte Radon von einer wissenschaftlichen Kuriosität in ein großes Problem der öffentlichen Gesundheit.
Radon ist überall vorhanden, aber seine Konzentrationen variieren stark.
Es gibt keine "Produktion" von Radon im eigentlichen Sinne; es wird ständig durch natürlichen Zerfall erzeugt und muss dort verwaltet werden, wo es sich ansammelt.
Radon (Symbol Rn, Ordnungszahl 86) ist ein Element der Gruppe 18, der Edelgase (oder seltenen Gase). Es ist das schwerste und einzige natürlich radioaktive Mitglied dieser Gruppe unter Normalbedingungen (Oganesson, Z=118, ist synthetisch). Sein Atom hat 86 Protonen und, je nach Isotop, 131 bis 150 Neutronen. Das Isotop \(^{222}\mathrm{Rn}\) hat 136 Neutronen. Seine Elektronenkonfiguration ist [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶, mit einer vollständigen p-Valenzschale (6 Elektronen), was es zu einem chemisch inerten Gas macht.
Radon ist ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Edelgas.
In fester Form hat Radon eine gelb-orange Farbe aufgrund seiner Radioaktivität.
Radon schmilzt bei 202 K (-71 °C) und siedet bei 211 K (-61,7 °C). Es kann durch Kühlung relativ leicht verflüssigt werden.
Als Edelgas ist Radon extrem inert. Aufgrund seiner großen Größe und hohen Polarisierbarkeit ist es jedoch das reaktivste Edelgas. Theoretische Berechnungen sagen voraus, dass es einige instabile Verbindungen bilden könnte, wie Radonfluorid (RnF₂) und möglicherweise Oxide oder Clathrat-Komplexe. In der Praxis wurden nur feststoffliche, hochinstabile und radioaktive Verbindungen in winzigen Mengen erhalten (Clathrate mit Wasser oder Kohlenwasserstoffen). Seine Chemie hat wenig praktische Anwendung.
Zustand (20°C, 1 atm): Farbloses Gas.
Dichte (Gas, 0°C): 9,73 g/L (8,1 x Luft).
Schmelzpunkt: 202 K (-71 °C).
Siedepunkt: 211 K (-61,7 °C).
Elektronenkonfiguration: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶.
Radioaktivität: Hauptisotop \(^{222}\mathrm{Rn}\), α, T½=3,82 Tage.
| Isotop / Notation | Protonen (Z) | Neutronen (N) | Atommasse (u) | Elternkette | Halbwertszeit / Zerfallsmodus | Bemerkungen / Bedeutung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Radon-222 — \(^{222}\mathrm{Rn}\) | 86 | 136 | 222,017578 u | Uran-238 (4n+2) | 3,8235 Tage (α) | Wichtigstes Isotop. Halbwertszeit lang genug, um vom Boden zu wandern und sich in Gebäuden anzusammeln. Hauptverantwortlich für das häusliche Gesundheitsrisiko. |
| Radon-220 — \(^{220}\mathrm{Rn}\) (Thoron) | 86 | 134 | 220,011394 u | Thorium-232 (4n) | 55,6 Sekunden (α) | Sehr kurze Halbwertszeit, begrenzt seine Ansammlung in der Entfernung von der Quelle. Gefahr hauptsächlich in Industrien, die thoriumreiche Materialien verarbeiten (Monazitsande, Keramik). |
| Radon-219 — \(^{219}\mathrm{Rn}\) (Actinon) | 86 | 133 | 219,009480 u | Uran-235 (4n+3) | 3,96 Sekunden (α) | Vernachlässigbar für die öffentliche Gesundheit aufgrund seiner ultra-kurzen Halbwertszeit und der geringen Häufigkeit von U-235 (0,72%). |
Hinweis:
Elektronenschalen: Wie Elektronen um den Kern organisiert sind.
Radon hat 86 Elektronen, die auf sechs Elektronenschalen verteilt sind. Seine Elektronenkonfiguration [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ hat eine vollständig gefüllte Valenzschale (6p), was ihm große chemische Stabilität und Edelgaseigenschaften verleiht. Dies kann auch geschrieben werden als: K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(8), oder vollständig: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶.
K-Schale (n=1): 2 Elektronen (1s²).
L-Schale (n=2): 8 Elektronen (2s² 2p⁶).
M-Schale (n=3): 18 Elektronen (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
N-Schale (n=4): 32 Elektronen (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
O-Schale (n=5): 18 Elektronen (5s² 5p⁶ 5d¹⁰).
P-Schale (n=6): 8 Elektronen (6s² 6p⁶).
Radon hat 8 Valenzelektronen in seiner äußeren Schale (6s² 6p⁶), die die stabile Oktett-Konfiguration erreichen. Diese gesättigte Elektronenstruktur macht es extrem widerstandsfähig gegen die Bildung klassischer kovalenter Bindungen. Sein erstes Ionisierungspotential ist relativ niedrig für ein Edelgas (10,75 eV), aber immer noch zu hoch für eine einfache Chemie. Jeder Versuch, Verbindungen (wie RnF₂) zu bilden, erfordert sehr starke Oxidationsmittel wie Fluor, und die resultierenden Verbindungen sind thermodynamisch instabil und zerfallen schnell.
Diese Trägheit ist entscheidend für sein Umweltverhalten: Sobald es im Boden gebildet wird, reagiert Radon nicht mit Mineralien oder Wasser; es diffundiert frei als atomares Gas. In der Lunge interagiert es nicht chemisch mit dem Gewebe; seine Gefahr ist rein radiologisch.
Das Radongas selbst wird nach dem Einatmen größtenteils wieder ausgeatmet. Die Gefahr geht von seinen festen und radioaktiven Zerfallsprodukten aus:
Diese Partikel (oft geladen) haften an Aerosolen in der Umgebungsluft oder an Staub. Wenn sie eingeatmet werden, können sie sich in den Atemwegen, insbesondere in den Bronchien, ablagern. Ihr Alpha- und Beta-Zerfall innerhalb des Lungengewebes bestrahlt direkt die Epithelzellen, verursacht DNA-Schäden, die zu Krebs führen können.
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) klassifiziert Radon als sicher krebserregend für den Menschen. Es ist die zweit häufigste Ursache für Lungenkrebs nach dem Rauchen und die häufigste Ursache bei Nichtrauchern. Es wird geschätzt, dass etwa 3 bis 14% der Lungenkrebserkrankungen weltweit auf Radon zurückzuführen sind, was Zehntausenden von Todesfällen pro Jahr entspricht. Das Risiko ist multiplikativ mit dem Rauchen: Ein Raucher, der Radon ausgesetzt ist, hat ein viel höheres Lungenkrebsrisiko als die Summe der individuellen Risiken.
Gesundheitsbehörden legen Werte fest, oberhalb derer Korrekturmaßnahmen empfohlen werden:
Die durchschnittlichen Außenkonzentrationen liegen typischerweise bei 5 bis 15 Bq/m³. Innen können sie von weniger als 10 bis über 10.000 Bq/m³ in den am stärksten betroffenen Gebieten variieren.
Das Ziel ist es, die Radonkonzentration zu reduzieren. Die Techniken, nach Effizienz und Kosten geordnet, sind:
Viele Länder haben Radonpotenzialkarten auf der Grundlage von Geologie und Messungen erstellt. In Frankreich hat das IRSN eine Gemeindekarte veröffentlicht, die die Gemeinden in 3 Potenzialkategorien einteilt. Diese Karten dienen zur Priorisierung von Informationsmaßnahmen und Überwachungspflichten (Schulen, Arbeitsplätze in Hochrisikogebieten).
Das Radonproblem ist ein perfekt identifizierbares und handhabbares Umweltgesundheitsproblem. Die aktuellen Herausforderungen sind:
Radon, ein unsichtbares und natürliches Gas, illustriert perfekt, wie ein geologisches Phänomen eine direkte gesundheitliche Auswirkung auf die Bevölkerung haben kann und wie Wissenschaft und Regulierung zusammenwirken können, um dieses Risiko zu mindern.
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