Радон. Польза и вред

Радон - радиоактивный  элемент. Испуская α-лучи, он превращается в гелий и твердый, тоже радиоактивный элемента который является одним из промежуточных продуктов в цепи радиоактивных превращений радия.

Естественно было ожидать, что столь химически  инертные вещества, как инертные газы, не должны влиять и на живые организмы. Но это не так. Вдыхание высших инертных газов (конечно в смеси с кислородом) приводит человека в состояние, сходное  с опьянением алкоголем. Наркотическое  действие инертных газов обуславливается растворением в нервных тканях. Чем выше атомный вес инертного газа, тем больше его растворимость и тем сильнее его наркотическое действие. 

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАДОНА

Ко времени  открытия радона, типичного представителя  благородных газов, существовало мнение, что элементы этой группы химически  инертны и не способны образовывать истинные химические соединения. Известны были лишь клатраты, образование которых происходит за счет сил Ван-дер-Ваальса. К их числу относятся гидраты ксенона, криптона и аргона, которые получаются сжатием соответствующего газа над водой до давления, превышающего упругость диссоциации гидрата при данной температуре. Для получения аналогичных клатратов радона и обнаружения его по изменению упругости пара потребовалось бы практически недоступное количество этого элемента. Новый метод получения клатратных соединений благородных газов был предложен Б.А. Никитиным и состоял в изоморфном соосаждении молекулярного соединения радона с кристаллами специфического носителя. Изучая поведение радона при процессах соосаждения его с гидратами сернистого газа и сероводорода, Никитин показал, что существует гидрат радона, который изоморфно соосаждается с SO₂₄₆H₂O и H₂S₄₆H₂O. Масса радона в этих опытах составляла 10-11 г. Аналогично получены клатратные соединения радона с рядом органических соединений, например с толуолом и фенолом.

Исследования  химии радона возможны лишь с субмикроколичествами этого элемента при использовании в качестве специфических носителей соединений ксенона. Следует, однако, учитывать, что между ксеноном и радоном находится 32 элемента (наряду с 5d-, 6s- и 6р-происходит заполнение 4f-орбит), что определяет большую металличность радона по сравнению с ксеноном.

Первое истинное соединение радона —дифторид радона — было получено в 1962 г. вскоре после синтеза первых фторидов ксенона. RnF₂ образуется как при непосредственном взаимодействии газообразных радона и фтора при 400°С, так и при окислении его дифторидом криптона, ди- и тетрафторидами ксенона и некоторыми другими окислителями. Дифторид радона устойчив до 200° С и восстанавливается до элементарного радона водородом при 500°С и давлении H₂, равном 20 МПа. Идентификация дифторида радона осуществлена путем изучения его сокристаллизации с фторидами и другими производными ксенона.

Ни с одним окислителей не получено соединение радона, где его степень окисления была бы выше +2. Причиной этого является большая устойчивость промежуточного продукта фторирования (RnF+X-) по сравнению с аналогичной формой ксенона. Это обусловлено большей ионностью связи в случае радонсодержащей частицы. Как показали дальнейшие исследования, преодолеть кинетический барьер реакций образования высших фторидов радона можно либо введением в реакционную систему дифторида никеля, обладающего наивысшей каталитической активностью в процессах фторирования ксенона, либо осуществлением реакции фторирования в присутствии бромида натрия. В последнем случае большая, чем у дифторида радона, фтордонорная способность фторида натрия позволяет конвертировать RnF+ в RnF₂ в результате реакции:   

RnF+SbF₆ + NaF = RnF2 + Na+SbF₆.

RnF₂ фторируется с образованием высших фторидов, при гидролизе которых образуются высшие оксиды радона. Подтверждением образования соединений радона в высших валентных состояниях является эффективная сокристаллизация ксенатов и радонатов бария.

Долгое время  не находили условий, при которых  благородные газы могли бы вступать в химическое взаимодействие. Они  не образовывали истинных химических соединений. Иными словами их валентность  равнялась нулю. На этом основании  было решено новую группу химических элементов считать нулевой. Малая химическая активность благородных газов объясняется жёсткой восьмиэлектронной конфигурацией внешнего электронного слоя. Поляризуемость атомов растёт с увеличением числа электронных слоёв. Следовательно, она должна увеличиваться при переходе от гелия к радону. В этом же направлении должна увеличиваться и реакционная способность благородных газов. 
Так, уже в 1924 году высказывалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газов (в частности, фториды и хлориды ксенона) термодинамически вполне стабильны и могут существовать при обычных условиях. Через девять лет эту идею поддержали и развили известные теоретики — Полинг и Оддо. Изучение электронной структуры оболочек криптона и ксенона с позиций квантовой механики привело к заключению, что эти газы в состоянии образовывать устойчивые соединения с фтором. Нашлись и экспериментаторы, решившие проверить гипотезу, но шло время, ставились опыты, а фторид ксенона не получался. В результате почти все работы в этой области были прекращены, и мнение об абсолютной инертности благородных газов утвердилось окончательно.

Исторически первым и наиболее распространенным является радиометрический метод определения  радона по радиоактивности продуктов  его распада и сравнению ее с активностью эталона.

Изотоп 222Rn может  быть определен и непосредственно  по интенсивности собственного α-излучения. Удобным методом определения радона в воде является экстракция его толуолом с последующим измерением активности толуольного раствора с помощью жидкостного сцинтилляционного счетчика.

При концентрациях  радона в воздухе значительно  ниже предельно допустимых определение  его целесообразно проводить  после предварительного концентрирования путем химического связывания подходящими  окислителями, например BrF₂SbF₆, O₂SbF₆ и др. 

ПОЛУЧЕНИЕ

Для получения радона через  водный раствор любой соли радия  продувают воздух, который уносит с собой образующийся при радиоактивном  распаде радия радон. Далее воздух тщательно фильтруют для отделения  микрокапель раствора, содержащего соль радия, которые могут быть захвачены током воздуха. Для получения собственно радона из смеси газов удаляют химически активные вещества (кислород, водород, водяные пары и т. Д.), остаток конденсируют жидким азотом, затем из конденсата отгоняют азот и другие инертные газы (аргон, неон и т.д).

Как указывалось  ранее, источником получения естественного  изотопа 222Rn является 226Ra. В равновесии с 1 г радия находится 0,6 мкл радона. Попытки выделения радона из неорганических солей радия показали, что даже при температуре, близкой к температуре плавления, радон из них полностью не извлекается. Высокой эманирующей способностью обладают соли органических кислот (пальмитиновой, стеариновой, капроновой), а также гидроксиды тяжелых металлов. Для приготовления высокоэманирующего источника соединение радия, как правило, соосаждается с бариевыми солями указанных органических кислот или гидроксидами железа и тория. Эффективным является также выделение радона из водных растворов солей радия. Обычно растворы радия оставляют на некоторое время в ампуле для накопления радона; через определенные промежутки времени радон откачивают. Выделение радона после очистки, как правило, осуществляется физическими методами, например, адсорбцией активированным углем с последующей десорбцией при 350°С.

Помимо физических методов улавливания радона (адсорбционные, криогенные и др.), эффективное выделение  радона из газовой смеси может  быть достигнуто путем превращения  его под действием окислителей  в нелетучую химическую форму. Так, радон практически количественно  может быть поглощен солями состава ClF₂SbF₆, BrF₂SbF₆, O₂SbF₆ и некоторыми жидкими фторогалидами в результате образования нелетучих солей состава RnF+X-, где X- — сложный анион.

Выделение искусственно получаемых изотопов радона, в основном 211Rn (Т = 14 ч), связано с отделением его от материала мишени — тория  и сложной смеси продуктов  реакций глубокого отщепления. 

НАХОЖДЕНИЕ В  ПРИРОДЕ 

Радон в ничтожных  количествах находится в растворенном состоянии в водах минеральных  источников, озер и лечебных грязях. Он находится в воздухе, наполняющем  пещеры, гроты, глубокие узкие долины. В атмосферном воздухе количество радона измеряется величинами порядка 5·10-18 % - 5·10-21 % по объему.

Входит в состав радиоактивных  рядов ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th. Ядра радона постоянно возникают в природе при радиоактивном распаде материнских ядер. Равновесное содержание в земной коре 7·10⁻¹⁶% по массе. Ввиду химической инертности радон относительно легко покидает кристаллическую решётку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух. Поскольку наиболее долгоживущим из четырёх природных изотопов радона является ²²²Rn, именно его содержание в этих средах максимально.

Концентрация радона в  воздухе зависит в первую очередь  от геологической обстановки (так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона, в  то же время над поверхностью морей  радона мало), а также от погоды (во время дождя микротрещины, по которым  радон поступает из почвы, заполняются  водой; снежный покров также препятствует доступу радона в воздух). 

ПРИМЕНЕНИЕ РАДОНА  

Справедливости  ради нельзя не отметить и некоторые лечебные свойства радона, связанные с применением так называемых радоновых ванн. Они оказываются полезными при лечении ряда хронических заболеваний: язвенной болезни двенадцатиперстной кишки и желудка, ревматизма, остеохондроза, бронхиальной астмы, экзем и др. Радонотерапия может заменить плохо переносимые лекарства.          В отличие от сероводородных, углекислых, грязевых ванн, радоновые переносятся гораздо легче. Но подобные процедуры должны проводиться под строгим контролем специалистов, так как лечебные дозы газа в радоновых ваннах значительно ниже предельно допустимых норм. В этом случае польза и вред радона конкурируют друг с другом. Так, специалисты подсчитали, что отрицательный эффект при приеме сеанса из 15 радоновых ванн по 15 минут каждая равносилен выкуриванию 6 сигарет (считается, что одна сигарета может сократить срок жизни на 15 минут). Поэтому возможный вред от радоновых ванн считается несущественным при лечении заболеваний.

При определении  дозы радиации вредной для здоровья человека существуют две концепции. Первая исходит из представления  о том, что есть некая пороговая  доза, ниже которой радиация не только безвредна, но даже полезна для организма. Эта теория возникла, очевидно, по аналогии с представлением о малых дозах  ядов, помогающих лечить ряд болезней, или малых доз алкоголя, улучшающих самочувствие человека. Однако если малые  дозы ядов или алкоголя попросту активизируют отдельные клетки организма, то даже незначительные дозы излучения попросту уничтожают их. Поэтому авторы придерживаются другой, беспороговой концепции. Согласно ей вероятность заболевания раком прямо пропорциональна полученной в течение жизни дозы радиации. А значит не существует никакой минимальной дозы, ниже которой радиация была бы безвредной.

Радон используется в сельском хозяйстве для активации  кормов домашних животных , в металлургии в качестве индикатора при определении скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и тория, в гидрологии — для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод.

Радон находит  широкое применение для исследования твердофазных превращений. Основой  этих исследований является эманационный метод, позволяющий изучать зависимость скорости выделения радона от физических и химических превращений, происходящих при нагревании твердых веществ, содержащих радий.

Радон применяется  также при изучении диффузии и  явлений переноса в твердых телах, при исследовании скорости движения и обнаружения утечек газов в  трубопроводах.

Во всем мире прилагаются  громадные усилия для решения  проблемы прогноза землетрясений, но тем не менее мы часто оказываемся бессильны перед неожиданным натиском стихии земных недр. Поэтому не прекращаются поиски новых предвестников сейсмических событий. Исследования последних лет [5-7] привели к идее прогноза сейсмических событий на основе изучения процесса выделений (эксгаляции) газа радона из массива горных пород. Анализ этих данных возвращает нас к старой теории упругой отдачи Джильберта-Рейда (1911 год), согласно которой накопление энергии в массиве горных пород перед землетрясением и сброс этой энергии в процессе землетрясения происходят в областях, где эти породы испытывают упругую деформацию.

Изменения содержания радона перед землетрясением впервые были замечены в Советском Союзе, где  десятилетнее возрастание количества радона, растворенного в воде глубоких скважин, сменилось резким его падением перед Ташкентским землетрясением 1966 года (магнитуда 5.3)

Способ прогноза землетрясений, заключающийся в проведении режимных наблюдений изменения концентрации радона в массиве горных пород, отличается тем, что производят бурение специальных  наблюдательных скважин, глубина которых  менее глубины уровня грунтовых  вод и в каждой из этих скважин  непрерывно регистрируют динамику выделения  радона из массива горных пород и  суммарное количество сейсмической энергии, поступившей в каждую наблюдательную скважину. И по серии наблюдений во времени выделяют зоны с последовательным уменьшением или увеличением выделения радона с учетом поступившей сейсмической энергии, указанные зоны наносят на карту исследуемого района и по площади зоны динамического уменьшения выделения радона судят о положении эпицентра и магнитуде ожидаемого землетрясения, а по динамике уменьшения и/или увеличения выделения радона в наблюдательных скважинах судят о времени ожидаемого сейсмического события.