Radon

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.

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/m. Enimmäisarvo oli Suomessa vuonna 2017 silti vanhojen asuntojen osalta vielä 400 Bq/m3 ja uusien osalta 200. Sisäilman radonin suurin sallittu sarvo 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

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.