Χημικό στοιχείο ραδονίου

Ραδόνιο (Rn), χημικό στοιχείο, ένα βαρύ ραδιενεργό αέριο της ομάδας 18 (ευγενή αέρια) του περιοδικού πίνακα, που παράγεται από τη ραδιενεργή διάσπαση του ραδίου. (Το ραδόνιο αρχικά ονομάστηκε εκπομπή ραδίου.) Το ραδόνιο είναι ένα άχρωμο αέριο, 7,5 φορές βαρύτερο από τον αέρα και περισσότερο από 100 φορές βαρύτερο από το υδρογόνο. Το αέριο υγροποιεί στους −61,8 ° C (−79,2 ° F) και παγώνει στους −71 ° C (−96 ° F). Σε περαιτέρω ψύξη, το στερεό ραδόνιο ανάβει με απαλό κίτρινο φως που γίνεται πορτοκαλί-κόκκινο στη θερμοκρασία του υγρού αέρα (−195 ° C [−319 ° F]).

Το ραδόνιο είναι σπάνιο στη φύση επειδή τα ισότοπά του είναι όλα βραχύβια και επειδή η πηγή του, το ράδιο, είναι ένα σπάνιο στοιχείο. Η ατμόσφαιρα περιέχει ίχνη ραδονίου κοντά στο έδαφος ως αποτέλεσμα διαρροής από χώμα και βράχους, και τα δύο περιέχουν μικρές ποσότητες ραδίου. (Το ράδιο εμφανίζεται ως ένα φυσικό προϊόν αποσύνθεσης του ουρανίου που υπάρχει σε διάφορους τύπους πετρωμάτων.)

Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, το φυσικό αέριο ραδονίου είχε αναγνωριστεί ως δυνητικά σοβαρός κίνδυνος για την υγεία. Η ραδιενεργή διάσπαση ουρανίου σε μέταλλα, ειδικά γρανίτης, παράγει αέριο ραδόνιο που μπορεί να διαχέεται μέσω εδάφους και βράχου και να εισέρχεται σε κτίρια μέσω υπογείων (το ραδόνιο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον αέρα) και μέσω παροχής νερού που προέρχεται από πηγάδια (το ραδόνιο έχει σημαντική διαλυτότητα στο νερό). Το αέριο μπορεί να συσσωρεύεται στον αέρα των ανεπαρκώς αεριζόμενων σπιτιών. Η αποσύνθεση του ραδονίου παράγει ραδιενεργά «κόρες» (ισότοπα πολωνίου, βισμούθιου και μολύβδου) που μπορούν να απορροφηθούν από νερό πηγάδι ή να απορροφηθούν σε σωματίδια σκόνης και στη συνέχεια να εισπνεύσουν στους πνεύμονες. Η έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις αυτού του ραδονίου και των θυγατέρων του κατά τη διάρκεια πολλών ετών μπορεί να αυξήσει σημαντικά τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου του πνεύμονα. Πράγματι, το ραδόνιο θεωρείται πλέον η μεγαλύτερη αιτία καρκίνου του πνεύμονα μεταξύ των μη καπνιστών στις Ηνωμένες Πολιτείες. Τα επίπεδα ραδονίου είναι υψηλότερα σε σπίτια χτισμένα σε γεωλογικούς σχηματισμούς που περιέχουν αποθέματα ορυκτών ουρανίου.

Συμπυκνωμένα δείγματα ραδονίου παρασκευάζονται συνθετικά για ιατρικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Συνήθως, η παροχή ραδίου διατηρείται σε γυάλινο δοχείο σε υδατικό διάλυμα ή με τη μορφή πορώδους στερεού από το οποίο μπορεί να ρέει εύκολα το ραδόνιο. Κάθε λίγες μέρες, το συσσωρευμένο ραδόνιο αντλείται, καθαρίζεται και συμπιέζεται σε ένα μικρό σωλήνα, ο οποίος στη συνέχεια σφραγίζεται και αφαιρείται. Ο σωλήνας αερίου είναι μια πηγή διεισδυτικών ακτίνων γάμμα, οι οποίες προέρχονται κυρίως από ένα από τα προϊόντα αποσύνθεσης του ραδονίου, το βισμούθιο-214. Τέτοιοι σωλήνες ραδονίου έχουν χρησιμοποιηθεί για ακτινοθεραπεία και ακτινογραφία.

Το φυσικό ραδόνιο αποτελείται από τρία ισότοπα, ένα από καθεμία από τις τρεις σειρές φυσικής ραδιενεργού-διάσπασης (σειρά ουρανίου, θορίου και ακτινίου). Ανακαλύφθηκε το 1900 από τον Γερμανό χημικό Friedrich E. Dorn, το ραδόνιο-222 (ημιζωή 3,823 ημερών), το μακρόχρονο ισότοπο, εμφανίζεται στη σειρά ουρανίου. Το όνομα ραδόνιο μερικές φορές προορίζεται για αυτό το ισότοπο για να το διακρίνει από τα άλλα δύο φυσικά ισότοπα, που ονομάζονται θώρακα και ακτίνιο, επειδή προέρχονται από τη σειρά θορίου και ακτινίου, αντίστοιχα.

Το Radon-220 (θόριο, ημιζωή 51,5 δευτερολέπτων) παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1899 από τους Βρετανούς επιστήμονες Robert B. Owens και Ernest Rutherford, οι οποίοι παρατήρησαν ότι μέρος της ραδιενέργειας των ενώσεων θορίου θα μπορούσε να εκραγεί από αεράκια στο εργαστήριο. Το Radon-219 (actinon; 3,92 δευτερόλεπτα ημιζωής), το οποίο σχετίζεται με το ακτίνιο, βρέθηκε ανεξάρτητα το 1904 από τον Γερμανό χημικό Friedrich O. Giesel και τον Γάλλο φυσικό André-Louis Debierne. Τα ραδιενεργά ισότοπα με μάζες που κυμαίνονται από 204 έως 224 έχουν ταυτοποιηθεί, με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από αυτά να είναι το ραδόνιο-222, το οποίο έχει χρόνο ημιζωής 3,82 ημέρες. Όλα τα ισότοπα αποσυντίθενται σε σταθερά τελικά προϊόντα ηλίου και ισότοπα βαρέων μετάλλων, συνήθως μολύβδου.

Τα άτομα ραδονίου διαθέτουν μια ιδιαίτερα σταθερή ηλεκτρονική διαμόρφωση οκτώ ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος, το οποίο εξηγεί τη χαρακτηριστική χημική αδράνεια του στοιχείου. Ωστόσο, το ραδόνιο δεν είναι χημικά αδρανές. Για παράδειγμα, η ύπαρξη του σύνθετου διφθοριούχου ραδονίου, το οποίο προφανώς είναι πιο σταθερό χημικά από τις ενώσεις των άλλων αντιδραστικών ευγενών αερίων, του κρυπτού και του ξένου, καθιερώθηκε το 1962. Η σύντομη διάρκεια ζωής του Ραδόν και η ραδιενέργεια υψηλής ενέργειας προκαλούν δυσκολίες στην πειραματική έρευνα ενώσεων ραδονίου.

Όταν ένα μείγμα ιχνοστοιχείων ραδονίου-222 και αερίου φθορίου θερμαίνεται στους περίπου 400 ° C (752 ° F), σχηματίζεται ένα μη πτητικό φθόριο ραδονίου. Η έντονη α-ακτινοβολία του ραδονίου millicurie και curie παρέχει επαρκή ενέργεια για να επιτρέψει στο ραδόνιο σε τέτοιες ποσότητες να αντιδράσει αυθόρμητα με αέριο φθόριο σε θερμοκρασία δωματίου και με υγρό φθόριο στους -196 ° C (-321 ° F). Το ραδόνιο είναι επίσης οξειδώνεται από αλογόνο φθορίδια όπως CLF ₃, BRF ₃, BRF ₅, ΕΑΝ ₇, και [NIF ₆] ^2- σε διαλύματα HF για να δώσει σταθερά διαλύματα του ραδονίου φθορίου. Τα προϊόντα αυτών των αντιδράσεων φθορίωσης δεν έχουν αναλυθεί λεπτομερώς λόγω των μικρών τους μαζών και της έντονης ραδιενέργειας. Παρ 'όλα αυτά, συγκρίνοντας τις αντιδράσεις των ραδονίου με εκείνες των κρυπτόν και ξένον κατέστη δυνατό να συναχθεί ότι μορφές ραδόνιο ένα διφθοριούχο, RNF ₂, και τα παράγωγα της διφθοριούχο. Μελέτες δείχνουν ότι το ιοντικό ραδόνιο υπάρχει σε πολλές από αυτές τις λύσεις και πιστεύεται ότι είναι Rn ²⁺, RnF ⁺ και RnF ₃ ^-. Η χημική συμπεριφορά του ραδονίου είναι παρόμοια με εκείνη ενός μεταλλικού φθορίου και είναι συνεπής με τη θέση του στον περιοδικό πίνακα ως μεταλλοειδές στοιχείο.

Ιδιότητες στοιχείου

ατομικός αριθμός	86
πιο σταθερό ισότοπο	(222)
σημείο τήξης	−71 ° C (−96 ° F)
σημείο βρασμού	−62 ° C (−80 ° F)
πυκνότητα (1 atm, 0 ° C [32 ° F])	9,73 g / λίτρο (0,13 ουγγιά / γαλόνι)
καταστάσεις οξείδωσης	0, +2
διαμόρφωση ηλεκτρονίου	(Xe) 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶