Radon

Astatiini ← Radon → Frankium Xe ↑ Rn ↓ Og       Koko taulukko
Yleistä
Nimi	Radon
Tunnus	Rn
Järjestysluku	86
Luokka	Epämetalli
Lohko	p
Ryhmä	18, jalokaasu
Jakso	6
Tiheys	0,00973 · 103 kg/m3
Väri	väritön
Löytövuosi, löytäjä	1900, Friedrich Ernst Dorn
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)	(222)
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)	- (120) pm
Kovalenttisäde	145 pm
Orbitaalirakenne	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6
Elektroneja elektronikuorilla	2, 8, 18, 32, 18, 8
Hapetusluvut	0
Kiderakenne	pintakeskeinen kuutiollinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto	kaasu
Sulamispiste	202,15 K (−71,15 °C)
Kiehumispiste	211,35 K (−61,85 °C)
Moolitilavuus	50,50 · 10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö	16,40 kJ/mol
Sulamislämpö	2,890 kJ/mol
Muuta
Elektronegatiivisuus	2,06 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti	0,094 kJ/(kg K)
Lämmönjohtavuus	(300 K) 0,00361 W/(m·K)
CAS-numero	10043-92-2
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Radon on hajuton, mauton ja väritön radioaktiivinen jalokaasu. Radonin kemiallinen merkki on Rn, järjestysluku 86 ja CAS-numero 10043-92-2. Jalokaasuille tyypillisesti radon ei muodosta normaaleissa olosuhteissa yhdisteitä. Radon syntyy maankuoressa uraanin ja toriumin hajoamistuotteena. Radonin pysyvimmän isotoopin ²²²Rn puoliintumisaika on 3,8 päivää.

Radon aiheuttaa terveyshaittoja rakennuksissa. Suomessa suurimmat radonpitoisuudet löytyvät tyypillisesti Etelä-Suomesta ja Pirkanmaalla harju- ja salpausselkämuodostelmilla sekä Kaakkois-Suomesta. Kohteen radonpitoisuus on aina yksilöllinen ja se selviää ainoastaan mittaamalla. Radonhaittaa esiintyy kaikkialla Suomessa.

Radon on luokiteltu karsinogeeniksi ja on tupakoinnin jälkeen toiseksi yleisin keuhkosyövän aiheuttaja. Radon aiheuttaa Suomessa noin 300 keuhkosyöpää vuosittain. Puolet suomalaisten säteilyannoksesta koostuu radonin isotoopista ²²²Rn. Radonpitoisuutta voidaan kuitenkin aina rakennuksissa vähentää. Kaikki radonkorjaukset ja torjuntatoimet eivät aina toimi ja niissä on aina useita muuttujia. Suomessa on alueita, joissa koulujen, päiväkotien, työpaikkojen ja julkisten tilojen radonpitoisuus on lain mukaan selvitettävä.

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet

Radon on radioaktiivinen, hajuton ja väritön kaasu. Se on noin kahdeksan kertaa ilmaa raskaampaa (9,73 kg/m³). Radon on nesteenäkin väritöntä, mutta kiinteänä se muuttuu keltaiseksi ja alhaisissa lämpötiloissa punaoranssiksi.

Isotoopit

Radonin kaikki tunnetut isotoopit ovat radioaktiivisia. Radonilla on kolme luonnostaan syntyvää isotooppia: ²¹⁹Rn, ²²⁰Rn ja ²²²Rn. ²²²Rn puoliintumisaika on 3,8 päivää, joka on pisin kaikista isotoopeista.

Radonin yleisin ja pitkä­ikäisin isotooppi ²²²Rn syntyy radiumin tavallisimman iso­toopin, ²²⁶Ra, hajoamisessa, ja se kuuluu tavallisimmasta uraani-isotoopista ²³⁸U, alkavaan hajoamissarjaan. Radon-222 muuttuu alfa­hajoamisessa poloniumin iso­toopiksi ²¹⁸Po sekä edelleen muutaman välivaiheen jälkeen vakaaksi lyijyisotoopiksi ²⁰⁶Pb.

Radonin muista luonnossa esiintyvistä isotoopeista ²¹⁹Rn kuuluu aktiniumsarjaan eli ²³⁵U:sta alkavaan ja ²²⁰Rn toriumista ²³²Th alkavaan hajoamis­sarjaan.

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi Osuus1 196Rn 3 ms α 197Rn 65 ms α 197mRn 19 ms α 198Rn 64 ms α 199Rn 0,62 s α, EC, β+ 199mRn 0,32 s α, EC, β+ 200Rn 0,96 s α, EC, β+ 201Rn 7,0 s α, EC, β+ 201mRn 3,8 s α, EC, β+, IT 202Rn 10,0 s α, EC, β+ 203Rn 45 s α, EC, β+ 203mRn 28 s α, EC, β+ 204Rn 1,24 min α, EC, β+ 205Rn 2,8 min EC, β+, α 206Rn 5,67 min α, EC, β+ 207Rn 9,25 min EC, β+, α 208Rn 24,35 min α, EC, β+ 209Rn 28,5 min EC, β+, α 210Rn 2,4 h α, EC, β+ 211Rn 14,6 h EC, α 212Rn 23,9 min α

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi Osuus1 213Rn 25,0 ms α 214Rn 0,27 μs α 214m1Rn 0,69 ns 214m2Rn 6,5 ns 215Rn 2,30 μs α 216Rn 45 μs α 217Rn 0,54 ms α 218Rn 35 ms α 219Rn 3,96 s α 220Rn 55,6 s α 221Rn 25 min β−, α 222Rn 3,8 d α 223Rn 23,2 min β−,α 224Rn 107 min α 225Rn 4,5 min β− 226Rn 7,4 min β− 227Rn 22,5 s β− 228Rn 65 s β− 1 = Osuus kaikesta luonnossa esiintyvästä radonista. Ilmoitetaan stabiileille ja erittäin pitkäikäisille isotoopeille. Lähde:

Radiumin hajoaminen

Radon-222:n sijainti uraanin hajoamissarjassa. Kuvassa myös marginaaliset hajoamissarjat. Hajoamisajat alimpana numeroista.

²²²Rn kuuluu radiumin ja uraani-238:n hajoamissarjaan, ja sen puoliintumisaika on 3,8235 päivää. Sen neljä ensimmäistä hajoamistuotetta (pois sulkien marginaaliset hajoamissarjat) ovat lyhytikäisiä. Hajoaminen etenee seuraavasti:

* 238U,	4,468 miljardia vuotta,	α-hajoaa...
* 234Th,	24,1 päivää,	β-hajoaa...
* 234Pa,	1,17 minuuttia,	β-hajoaa...
* 234U,	245 000 vuotta,	α-hajoaa...
* 230Th,	75 380 vuotta,	α-hajoaa...
* 226Ra,	1 602 vuotta,	α-hajoaa...
* 222Rn,	3,8 päivää,	α-hajoaa...
* 218Po,	3,10 minuuttia,	α-hajoaa...
* 214Pb,	26,8 minuuttia,	β-hajoaa...
* 214Bi,	19,9 minuuttia,	β-hajoaa...
* 214Po,	0,1643 ms,	α-hajoaa...
* 210Pb,	22,3 vuotta,	β-hajoaa...
* 210Bi,	5,013 päivää,	β-hajoaa...
* 210Po,	138,376 päivää,	α-hajoaa...
* 206Pb,	vakaa.

Hajoamistuotteet

Radonin hajoamis­tuotteet ovat edelleen radio­aktiivisia, mutta radonista poiketen ne ovat kiinteitä aineita. Ne kiinnittyvät helposti ilmassa oleviin aerosolihiukkasiin, samoin kuin myös kaikkien esineiden pinnalle, jotka joutuvat kosketuksiin radonia sisältävän ilman kanssa. Täten nekin tulevat pinnaltaan radio­aktiivisiksi. Jos tällainen esine kuitenkin siirretään paikkaan, jossa radonia ei esiinny, se menettää muutamassa tunnissa suurimman osan aktiivisuudestaan mutta jäljelle jää heikko aktiivisuus, joka pysyy jopa vuosi­kymmeniä. Tämä johtuu siitä, että radonin tavallisimman isotoopin, Rn-222, hajoamisessa syntyvistä nuklideista neljä ensimmäistä, Po-218, Pb-214, Bi-214 ja Po-214, ovat lyhytikäisiä: niiden puoliintumisajat ovat alle puoli tuntia, ja ne saavat aikaan tämän voimakkaan, mutta nopeasti heikkenevän aktiivisuuden. Sarjan seuraava jäsen, Pb-210, sen sijaan on pitkä­ikäinen ja itsessään vain heikosti säteilevä. Sen puoliintumisaika on noin 22 vuotta. Sen jälkeen hajoamis­sarjassa on vielä kaksi voimakkaasti aktiivista nuklidia, Bi-210 ja Po-210, ennen kuin sarja päättyy stabiiliin lyijyisotooppiin Pb-206. Pitkä­aikainen radio­aktiivinen kerrostuma koostuukin juuri näistä sarjan viimeisistä väli­jäsenistä. Sitä vastoin muut luonnossa esiintyvät radon­isotoopit Rn-220 ja Rn-219 muodostavat vain lyhyt­aikaista radio­aktiivista kerrostumaa, sillä torium- ja aktiniumsarjassa on kummassakin näiden radon­isotooppien jälkeen vain lyhytikäisiä nuklideja, ennen kuin sarjat päättyvät stabiileihin lyijy­isotooppeihin.

Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet

Radon kuuluu jalokaasuihin. Jalokaasuille tyypillisesti radon esiintyy yksiatomisena, ja se on kemiallisesti inertti normaaleissa olosuhteissa: sen uloin elektronikuori on täynnä, joten sen reaktiivisuus on hyvin huono. Kuitenkin radonin ensimmäinen ionisaatioenergia on pienempi ja höyrystymislämpö suurempi kuin muiden jalokaasujen. Radonille on pystytty muodostamaan yhdisteitä laboratorio-olosuhteissa, kuten, neonia lukuun ottamatta, muillekin jalokaasuille. Ensimmäinen muodostettu yhdiste oli radonfluoridi, joka on laskennallisesti ioniyhdiste. Radon muodostaa komplekseja radonfluoridina antimoni-, tantaali- ja vismuttiheksafluoridien kanssa.

Esiintyminen ja terveysvaikutukset

Suomalaisten asuntojen radonpitoisuudet ovat maailman suurimpia ja Suomessa yleinen rakennusten perustamistapa eli maanvarainen laatta edistää radonin virtausta asuintiloihin Suomalaisissa pientaloasunnoissa sisäilman keskimääräinen radonpitoisuus on 120 Bq/m³ ja kerrostaloasunnoissa 50 Bq/m³..

Radon on voimakkaan radioaktiivinen ja noin puolet suomalaisten säteilyannoksesta syntyykin radonista²²². Radonin radioaktiiviset hajoamistuotteet tarttuvat keuhkoputkiin ja keuhko­rakkuloihin lisäten merkittävästi keuhkosyöpäriskiä, ja radon onkin tupakoinnin jälkeen toiseksi yleisin keuhkosyövän aiheuttaja Suomessa. Jokainen sadan becquerelin lisäys hengitysilmassa lisää keuhkosyövän todennäköisyyttä 16 prosentilla. WHO suositti tämän vuoksi vuonna 2009, että sen jäsenvaltiot laskevat sisäilman radonin suositellun enimmäispitoisuuden tasolle 100 Bq/m3. Enimmäisarvo oli Suomessa vuonna 2017 silti vanhojen asuntojen osalta vielä 400 Bq/m3 ja uusien osalta 200. Sisäilman radonin suurin sallittu arvo tulee laskemaan uuden EU-direktiivin myötä vuoteen 2018 mennessä 300 Bq/m3 tai vielä alemmas.

Radonin pitoisuus maankuoressa on keskimäärin 4 · 10⁻¹³ mg/kg. Maan pintakerrosten huokosilman radonpitoisuus Suomessa on tyypillisesti 10 000–100 000 Bq/m³ ja se riippuu vallitsevan maa- ja kivilajin uraani- ja radiumpitoisuudesta. Erityisesti eteläisessä Suomessa on paljon radonpitoisia alueita . Pienikin ilmavirtaus maaperästä riittää nostamaan sisäilman radonpitoisuuden satoihin becquereleihin kuutiometrissä radonpitoisella alueella³..

Erityisen suuria radon­pitoisuuksia on eräissä kaivoksissa. Esimerkiksi Schneebergin hopea­kaivoksessa Saksassa, jossa malmi louhittiin hyvin syvältä, todettiin jo 1500-luvulla, että monet kaivoksessa työskennelleet kuolivat lyhyen ajan kuluessa vuoritaudin nimellä kulkeneeseen keuhko­syöpään

Radonmittaukset ja radonin poisto rakennuksesta

Radonpitoisuus asuin- ja työtiloissa on syytä selvittää kaikkialla Suomessa, sillä raja-arvot ylittäviä kohteita on kaikkialla Suomessa. Radonmittaukset tehdään aina talvella, sillä radonpitoisuus on tyypillisesti kesäkaudella hyvin matala, koska asuintiloissa on kesällä vähemmän alipainetta kuin lämmityskaudella ja koska kesällä voidaan tuulettaa runsaammin ilman, että asunto jäähtyy liikaa.

Tuulettuvalla alapohjalla (rossipohja) varustetut rakennukset ovat kesäaikaan tyypillisesti radonpitoisuudeltaan lähes ulkoilmaan verrattavissa, mutta talvella radonia saattaa päästä huoneilmaan etenkin, jos tuuletusaukot suljetaan talveksi, jos alapohjarakenteet vuotavat ilmaa asuintiloihin, jos alapohjan alla oleva ryömintätila on matala tai jos sokkelissa ei ole riittävästi tuuletusaukkoja.

Koneellisella ilmanvaihdolla ja jäähdytyslaitteilla varustetut ilmatiiviit uudet rakennukset pitävät ikkunat suljettuina myös lämpimän sään aikana, jolloin ilmanvaihdon alipaineisuus vetää radonpitoista huokosilmaa puoleensa. Ilmanvaihdon riittämättömyys rakennuksessa saattaa kesäkaudella jäädä myös huomioimatta, kun tarjolla on esim. ilmalämpöpumpun jäähdyttämää sisäilmaa.

Hiekka- ja soraharjuille ja niiden läheisyyteen rakennetuissa rakennuksissa voi radonpitoisuus sisäilmassa ylittää kesäaikana jopa huomattavasti talvimittausten keskiarvon. Syynä poikkeuksellisiin radonpitoisuuksiin on harjualueiden sisäiset ilmavirtaukset ja tuulien aiheuttamat maaperän huokosilman pumppaukset. Sulana aikana harjualueiden maaperän lämpötilaerot vallitsevaan ulkoilmaan aiheuttavat myös tehostuneen imuilmiön ja kohonneen radonriskin.

Radonin mittaus on mahdollista aktiivisin ja passiivisin mittausmenetelmin. Suomessa viranomaisvalvonnan vaatimat radon-mittaukset on tehtävä Säteilyturvakeskuksen hyväksynnällä, joka tuottaa radon-mittauspalvelua itse sekä hyväksyy muut palvelua tarjoavat yritykset. Ennen korjauksia tehdään mittaukset, jotka passiivisilla menetelmillä kestävät useita kuukausia. Radonkorjausten toimivuus varmistetaan mittauksilla. Mittauksia suoritettaessa tulee myös huomioida tilojen osastoinnit.

Korkeita radonpitoisuuksia voidaan alentaa tehokkaasti erilaisilla torjuntamenetelmillä. Radonimurien, imupisteiden ja -kaivojen avulla radonpituisuutta on mahdollista pienentää. Ennen korjauksia on hyvä suorittaa aina kohdekohtainen korjaustapa-analyysi. Ilmanvaihdon toimimattomuus ja liiallinen alipaine kasvattavat myös radonriskiä.

Käyttö

Radonia on käytetty syövän hoidossa, mutta nykyään käytetään turvallisempia metodeja.

Radonin radioaktiivisuutta voidaan hyödyntää muun muassa kaasuvuotojen havainnoinnissa. Radonia hyödynnetään myös hydrologiassa: jos jokivedessä on suuri pitoisuus radonia, saa se vettä pohjavedestä, joka on kosketuksessa radiumin kanssa.

Radonia eristetään uraanipitoisesta malmista poistamalla ensin vety- ja happikaasut johtamalla kaasuseos 1 000 Kelvinin lämpötilassa. Hapot ja kosteus poistetaan kaliumhydroksidin ja fosforipentoksidin avulla. Radon kondensoidaan nestemäisen typen avulla ja puhdistetaan sublimaation avulla muista kaasuista. Radonin yhdisteitä on erittäin vaikea valmistaa ja niillä ei ole toistaiseksi keksitty kaupallista käyttöä.

Yksiköt

Radonin, kuten muidenkin radioaktiivisten aineiden määriä ja pitoisuuksia ei tavallisesti ilmaista massa- tai tilavuusprosentteina vaan aktiivisuutena tilavuus- tai massayksikköä kohti eli aktiivisuuspitoisuutena. Aktiivisuuden SI-yksikkö on becquerel, ja se vastaa sellaista määrää radioaktiivista ainetta, jossa yksi atomiydin sekunnissa hajoaa lähettämällä säteilyä. Koska radon-222-atomin massa on 222 atomimassayksikköä eli 222 · 1,660 · 10⁻²⁴ = 3,686 · 10⁻²² grammaa ja sen hajoamisvakio on 2,098 · 10⁻⁶ s⁻¹, voidaan laskea, että 1 Bq radonia vastaa noin 0,177 femtogrammaa eli 0,177 · 10⁻¹⁵ grammaa. Pitoisuuden ollessa 1 Bq/m³ on litrassa ilmaa noin 480 atomia radonia eli noin yksi radonatomi 5,6 · 10¹⁹ molekyyliä kohti.

Historia

Marie Curie huomasi vuonna 1899, että ilma muuttuu radioaktiiviseksi, kun se altistuu radiumille. Curie ei kuitenkaan tutkinut ilmiötä enempää. Saksalainen fyysikko Friedrich Ernst Dorn tutki Curien löytämää ilmiötä radiumyhdisteillä ja löysi radonkaasun vuonna 1900. Hän havaitsi kaasun tulevan radiumista ja kutsui sitä radiumin emanaatioksi. Nykyisin termein Dornin löytämä aine oli ²²²Rn. Ernest Rutherford tunnisti radonin alkuaineeksi kaksi vuotta myöhemmin. William Ramsay ja Robert Gray eristivät ensimmäisenä radonin vuonna 1908 ja nimesivät sen nitoniksi. Myöhemmin 1923 niton nimettiin radoniksi radiumin mukaan. Radon oli järjestyksessä viides löydetty radioaktiivinen alkuaine.

1900-luvun alussa havaittiin, että radiumin lisäksi myös toriumista ja aktiniumista lähti radioaktiivisia kaasuja. Niitä kaikkia nimitettiin aluksi emanaatioiksi. Rutherford ja Robert B. Owens raportoivat jo 1899 uudesta toriumin erittämästä radioaktiivisesta aineesta, jonka nykyisin tiedämme olleen ²²⁰Rn. André-Louis Debierne havaitsi aktiniumin hajoamissarjassa syntyvän kolmantena löydetyn radonin isotoopin ²¹⁹Rn vuonna 1904. Tuolloin ei isotoopin käsitettä vielä tunnettu, minkä vuoksi eri aineista lähteviä radonin isotooppeja Rn-222, Rn-219 ja Rn-220 pidettiin aluksi eri alkuaineina. Niille ehdotettiin useita eri nimiä; nitonin ohella käytettiin nimityksiä radium-, aktinium- ja toriumemanaatio, myöhemmin lyhemmin radon, aktinon ja toron. Näistä toron (Tn) nimitystä näkee edelleen julkaisuissa, vaikka se ei ole IUPACin virallisen termistön mukainen.

Lähteet

• Greenwood, N. N. & Earnshaw A.: Chemistry of the Elements. (2. painos) Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9 (englanniksi)

Aiheesta muualla

• Radon Säteilyturvakeskuksen internetsivuilla
• Pientaloasuntojen radonpitoisuudet Suomen kunnissa
• Säteilyturvakeskuksen hyväksymät radonmittausmenetelmät
• Kunnat, joissa työpaikkojen radonmittaus on pakollinen
• Periodictable: Technical data for Radon (englanniksi)
• Mindat: The Mineralogy of Radon (englanniksi)
• The Royal Society of Chemistry (RSC): Radon (englanniksi)
• PeriodicTable: Radon (Rn) (englanniksi)
• PubChem: Radon (englanniksi)
• Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Radon (englanniksi)