Radon

Isotop	NH	t_1/2	ZA	ZE (MeV)	ZP
²¹⁰Rn	{syn.}	2,4 h	α	6,159	²⁰⁶Po
²¹⁰Rn	{syn.}	2,4 h	ε	2,374	²¹⁰At
²¹¹Rn	{syn.}	14,6 h	ε	2,892	²¹¹At
²¹¹Rn	{syn.}	14,6 h	α	5,965	²⁰⁷Po
²¹²Rn	{syn.}	23,9 min	α	6,385	²⁰⁸Po
···	···	···	···	···	···
²¹⁷Rn	{syn.}	0,54 ms	α	7,889	²¹³Po
²¹⁸Rn	in Spuren	0,35 ms	α	7,263	²¹⁴Po
²¹⁹Rn	1 %	3,96 s	α	6,946	²¹⁵Po
²²⁰Rn	9 %	55,6 s	α	6,405	²¹⁶Po
²²¹Rn	{syn.}	25,0 min	β⁻		²²¹Fr
²²¹Rn	{syn.}	25,0 min	α		²¹⁷Po
²²²Rn	90 %	3,824 d	α	5,590	²¹⁸Po
²²³Rn	in Spuren	23,2 min	β⁻	1,000	²²³Fr
²²⁴Rn	{syn.}	107 min	β⁻		²²⁴Fr

Weitere Isotope siehe Liste der Isotope

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung ^[5]

keine Einstufung verfügbar

H- und P-Sätze

H: siehe oben

P: siehe oben

weitere Sicherheitshinweise

Radioaktivität

Radioaktives Element

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Radon (wie Radium von lat. radius „Strahl“, wegen seiner Radioaktivität und lat. emanation „Ausfluss“) ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Elementsymbol Rn und der Ordnungszahl 86. Im Periodensystem steht es in der 8. Hauptgruppe und zählt damit zu den Edelgasen.

Alle Isotope des Radons sind radioaktiv. Das stabilste Isotop ist ²²²Rn mit einer Halbwertszeit von 3,8 Tagen; es entsteht als Zerfallsprodukt aus Radium. Zwei andere natürliche Isotope, ²¹⁹Rn und ²²⁰Rn, werden bisweilen mit ihren historischen Trivialnamen Actinon (An) bzw. Thoron (Tn) bezeichnet. Daneben hat Radon noch zwei weitere natürliche Isotope, die aus verschiedenen Gründen praktisch nicht in der Erdatmosphäre vorkommen. Da sich die drei relativ häufigen Isotope von Radon in Häusern (im Gegensatz zur natürlichen Umgebung) in schlecht belüfteten Räumen ansammeln können, stellen sie eine Gefahr für die Gesundheit und eine erhebliche Radonbelastung dar. Die hauptsächliche Gefahrenquelle ist letztlich nicht das Radon selbst, sondern seine Zerfallsprodukte, wobei Polonium-Isotope am meisten zur Belastung durch Alphastrahlung beitragen. Radon hat am gesamten Strahlungsaufkommen auf der Erdoberfläche den bei weitem größten Anteil (durchschnittliche effektive Dosis pro Person in Deutschland: etwa 1,1 mSv/Jahr), gefolgt von der direkten terrestrischen Strahlung mit ca. 0,4 mSv/Jahr, der direkten kosmischen Strahlung und den natürlicherweise in der Nahrung vorkommenden radioaktiven Stoffen mit je etwa 0,3 mSv/Jahr.

Geschichte

Radon wurde 1900 von Friedrich Ernst Dorn entdeckt.^[6] Dorn nannte es Radium-Emanation („aus Radium Herausgehendes“). 1908 isolierten William Ramsay und Robert Whytlaw-Gray eine ausreichende Menge des Gases, um seine Dichte zu bestimmen. Weil es im Dunklen Licht abgab, nannten sie es Niton, nach dem lateinischen Wort nitens „leuchtend“.^[7] Seit 1923 ist die Bezeichnung Radon gebräuchlich.

Vorkommen

Im Mittel findet sich in der Erdatmosphäre ein Radonatom auf 10²¹ Moleküle in der Luft. Radon ist damit der seltenste Bestandteil der Luft. Die Quellen des Radons sind im Gestein und im Erdreich in Spuren vorhandenes Uran und Thorium, die langsam zerfallen. In deren Zerfallsreihen wird das Radon gebildet. Dieses diffundiert dann aus den obersten Bodenschichten in die Atmosphäre, ins Grundwasser, in Keller, Rohrleitungen, Höhlen und Bergwerke. Radon aus tiefergelegenen Erdschichten erreicht nicht die Oberfläche, da es bereits auf dem Weg dorthin zerfällt.

Radon kommt deswegen vermehrt in Gebieten mit hohem Uran- und Thoriumgehalt im Boden vor. Dies sind hauptsächlich die Mittelgebirge aus Granitgestein, in Deutschland vor allem der Schwarzwald, der Bayerische Wald, das Fichtelgebirge und das Erzgebirge, in Österreich das Granitbergland im Waldviertel und Mühlviertel. Hier finden sich vor allem saure und helle (leukokrate) Gesteine. Insgesamt kommt Radon in Süddeutschland in wesentlich höherer Konzentration vor als in Norddeutschland. In der Schweiz ist vor allem der Kanton Tessin ein ausgeprägter Radon-Kanton.^[8]

Manche Quellen besitzen einen bedeutenden Radonanteil, beispielsweise Bad Gastein, Bad Steben, Meran, Sibyllenbad, Menzenschwand, Bad Schlema, Bad Brambach, Bad Kreuznach, Bad Zell und Ischia im Golf von Neapel.

Weitere Orte, an denen Radon in relativ hohen Konzentrationen vorkommt, sind neben Uranerz-, Flussspat- oder Bleibergwerken auch Laboratorien und Fabriken, in denen Uran, Radium oder Thorium gehandhabt werden.

Neue Untersuchungen weisen auf eine deutlich erhöhte ²²⁰Rn-Belastung in der Raumluft hin, wenn Wände aus ungebranntem Lehm - wie in vielen Fachwerkhäusern - gebaut oder verputzt sind.^[9]

Eigenschaften

Wie alle Edelgase ist Radon chemisch fast nicht reaktiv; nur mit Fluor reagiert es zu Radonfluorid. Unter Normalbedingungen ist Radongas farblos, geruchlos, geschmacklos; beim Abkühlen unter seinen Schmelzpunkt wird es leuchtend gelb bis orange. Als Füllung in Gasentladungsröhren erzeugt Radon rotes Licht.^[7] Außerdem ist es mit 9,73 kg·m⁻³ das mit Abstand dichteste elementare Gas.

Wie sein leichteres gruppenhomologes Xenon ist Radon in der Lage, echte Verbindungen zu bilden. Es kann erwartet werden, dass diese stabiler und vielfältiger sind als beim Xenon. Das Studium der Radonchemie wird durch die hohe spezifische Aktivität des Radons sehr behindert, weil die energiereiche Strahlung zur Selbstzersetzung (Autoradiolyse) der Verbindungen führt. Eine Chemie mit wägbaren Mengen dieser Stoffe ist daher nicht möglich. Ab-initio- und Dirac-Hartree-Fock-Berechnungen beschreiben einige Eigenschaften des noch nicht synthetisierten Radonhexafluorids (RnF₆).^[10]

Als radioaktives Gas mit sehr hoher Dichte kann sich Radon in Gebäuden, besonders in Kellern und den unteren Stockwerken, in physiologisch bedeutsamen Mengen ansammeln. Bei neueren Messungen kamen in Gebäuden, wenn dort Baumaterialien wie ungebrannter Lehm verwendet wurden, zudem größere Radonmengen in den oberen Stockwerken vor.^[9]

Verwendung

In der medizinischen Radonbalneologie soll Radon das menschliche Immunsystem stimulieren und dadurch Krankheiten lindern. Aus naturwissenschaftlicher Sicht ist die positive Wirkung des Radons nicht nachgewiesen. Das Radon gelangt durch die Inhalation hochaktiver radonhaltiger Luft oder in Wannenbädern durch die Haut in den menschlichen Organismus. Unter Aspekten des Strahlenschutzes ist die zusätzliche Strahlenexposition durch Radon zwar gering, jedoch nicht vernachlässigbar.

Das Umweltbundesamt sieht für die Radonbalneologie Kontraindikationen für die Anwendung bei Kindern und Jugendlichen sowie Schwangeren.^[11]

In der Hydrologie kann der Radongehalt eines Gewässers Aufschluss über dessen Grundwasserversorgung geben. Regenwasser enthält fast kein Radon, Oberflächenwasser ist ebenfalls nahezu radonfrei, da Radon von dort schnell in die Atmosphäre übergeht. Grundwasser hingegen weist Radonkonzentrationen auf, die um Größenordnungen über denen von Oberflächenwässern liegen. Daher ist ein hoher Gehalt an Radon im Oberflächenwasser ein Anzeiger für den Einfluss von Grundwasser.

In mehreren Ländern stützt sich die Erdbebenvorhersage auch auf Radonmessungen. Leichte Erschütterungen des Erdreiches sorgen für eine schnellere Ausbreitung des in der Erde entstehenden Radongases als unter normalen Bedingungen. In unterirdischen Hohlräumen steigt dadurch die Radonkonzentration messbar an.^[12]

Radonmessungen helfen bei der Suche nach Uranerz-Lagerstätten. Die Größe der Radonexhalation, also die Menge des aus dem Boden austretenden Radongases, hängt vom Radiumgehalt und der Porosität des Untergrundes ab. Während der Uranprospektion werden auf großen Gebieten einfache, passiv arbeitende Radonmessgeräte auf der Erdoberfläche oder dicht darunter ausgelegt. Überdurchschnittliche Messwerte weisen auf höhere Uran/Radium-Konzentrationen und Bodenporosität und damit auf eine mögliche Lagerstätte hin. Es gibt geologische Prozesse, die Uran und das daraus entstandene Radium voneinander trennen. Deshalb ist der Hinweis auf Uran nicht eindeutig.

Isotope

Es sind 34 Isotope und 4 Kernisomere des Radons bekannt, die alle radioaktiv sind. Das bisher schwerste Radonisotop ²²⁹wurde 2008 im CERN-Isotopenlabor ISOLDE durch den Beschuss von Urankernen mit hochenergetischen Protonen erhalten.^[13] Seine Halbwertszeit beträgt 12 Sekunden.

In den drei natürlichen Zerfallsketten kommen nur die fünf Isotope ²²³Rn, ²²²Rn, ²²⁰Rn, ²¹⁹Rn und ²¹⁸Rn vor. Eines der natürlichen Isotope ist ein Betastrahler und vier sind Alphastrahler. Daneben entsteht in der künstlichen Neptunium-Reihe der Alphastrahler ²¹⁷Rn.

Radon ²²³Rn entsteht in einer Seitenkette der Uran-Actinium-Reihe beim Zerfall des Radium ²²⁷Ra, das selbst nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,000001 % aus Thorium ²³¹Th entsteht. Es ist deshalb so selten, dass es fast nicht in der Erdatmosphäre vorkommt. Radon ²²³Rn zerfällt mit einer Halbwertszeit von 23,2 Minuten durch Betastrahlung in Francium ²²³Fr. Radiologisch ist es durch seine Seltenheit bedeutungslos.

Radon ²²²Rn ist das Zerfallsprodukt des Radiumisotops ²²⁶Ra in der Uran-Radium-Reihe. Es ist das stabilste Radonisotop und zerfällt unter Aussendung von Alphateilchen mit einer Halbwertszeit von 3,823 Tagen zu Polonium ²¹⁸Po. Wenn Strahlenschützer von Radon ohne weitere Bezeichnung sprechen, meinen sie ²²²Rn. Allgemein angewendet (z. B. Radon-Messung), schließt der Begriff auch die kurzlebigen Zerfallsprodukte ein.

Radon ²²⁰Rn ist ein Zerfallsprodukt des Radium ²²⁴Ra in der Thorium-Reihe. Strahlenschützer bezeichnen es oft als Thoron. Seine Halbwertszeit beträgt 55,6 Sekunden; es zerfällt ebenfalls unter Aussendung von Alphateilchen zu Polonium ²¹⁶Po. Es kann von ungebranntem Lehm in Gebäuden immittiert werden ^[9]. Es kann im Hinblick auf die Strahlenbelastung sehr bedeutend sein, da bei gleicher Aktivitätskonzentration wie Radon sich aus den Thoron-Folgeprodukten (vor allem Polonium) eine 14-fach höhere Strahlenbelastung zu beachten ist ^[14].

Radon ²¹⁹Rn ist ein Zerfallsprodukt des Radium ²²³Ra in der Uran-Actinium-Reihe und trägt auch die Bezeichnung Actinon. Seine Halbwertszeit beträgt 3,96 Sekunden; es zerfällt ebenfalls unter Aussendung von Alphateilchen zu Polonium ²¹⁵Po. Radiologisch ist es praktisch bedeutungslos.

Radon ²¹⁸Rn entsteht in einer Seitenkette der Uran-Radium-Reihe beim Zerfall des Astat ²¹⁸At mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,1 %, das Astat selbst entsteht nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,02 % aus Polonium ²¹⁸Po. Radon ²¹⁸Rn zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 35 Millisekunden unter Aussendung von Alphateilchen in Polonium ²¹⁴Po. Durch seine extrem kurze Halbwertszeit hat es praktisch keine Zeit, um in die Erdatmosphäre zu kommen. Radiologisch ist es deshalb bedeutungslos.

Radon ²¹⁷Rn entsteht in einer Seitenkette der Neptunium-Reihe beim Zerfall des Radium ²²¹Ra, das Radium selbst entsteht nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,1 % aus Francium ²²¹Fr. Die restlichen 99,9 % des ²²¹Fr zerfällt zu Astat ²¹⁷At, das mit 0,01 % Wahrscheinlichkeit ebenfalls zu Radon ²¹⁷Rn zerfällt. Das Radonisotop entsteht daher auf zwei Wegen in geringer Menge in der Neptunium-Reihe. Radon ²¹⁷Rn zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 54 Millisekunden unter Aussendung von Alphateilchen in Polonium ²¹³Po. Es kommt natürlich nicht vor.

Gewinnung

Wenn die oben genannten radioaktiven Substanzen zu Radon zerfallen, kann dieses ausgasen. In einem Labor kann man das aus einer Probe entweichende Radon auffangen und durch Verflüssigen von der Restluft trennen.^[7] Beim Zerfall eines Gramms Radium ²²⁶Ra entstehen 0,64 cm³ Radon ²²²Rn pro Monat^[15].

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen, die bei Edelgasen nicht auftritt. Wichtig sind die auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren.

Nach Studien der Weltgesundheitsorganisation nimmt das Auftreten von Lungenkrebs signifikant bei Strahlungswerten von 100–200 Bq pro Kubikmeter Raumluft zu. Die Wahrscheinlichkeit für Lungenkrebs steigt danach jeweils mit der Zunahme um weitere 100 Bq/m³ in der Raumluft um 10 %.^[16]

Siehe auch

Radonbelastung
Radonmessung
Radon-Zerfallsprodukte
Radonschutz

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Radon) entnommen.
↑ Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: J. Phys. Chem. A. 2009, 113, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, Taylor & Francis, 2009, ISBN 978-1-4200-9084-0, p. 4-69.
↑ Dieses Element wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
↑ Dorn, E: Über die von radioaktiven Substanzen ausgesandte Emanation. In Abh. naturf. Ges. Halle 1900, 23, 1-15. URN: nbn:de:hebis:30-1090447
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Urania-Verlag, Leipzig • Jena • Berlin 1979, keine ISBN, S. 67.
↑ Jahresbericht 2004 der Abteilung Strahlenschutz des Schweizer Bundesamtes für Gesundheit, S.15
↑ ^9,0 ^9,1 ^9,2 Holger Dambeck: Forscher warnen vor Strahlung in Lehmhäusern, Spiegel online, Datum: 18. April 2012, Abgerufen: 19. April 2012
↑ Michael Filatov, Dieter Cremer: „Bonding in Radon Hexafluoride: An Unusual Relativistic Problem?“, in: Phys. Chem. Chem. Phys., 2003, 5, S. 1103–1105; doi:10.1039/b212460m.
↑ A. Erzberger, E. Schwarz, T. Jung. Radonbalneologie. Umweltmedizinischer Informationsdienst 3/2000. Bundesamt für Strahlenschutz, Institut für Strahlenhygiene. S. 9.
↑ Deutschlandfunk, Forschung Aktuell: Das Orakel in den Abruzzen, 20. Januar 2009.
↑ D. Neidherr, G. Audi, D. Beck, K. Blaum, Ch. Böhm, M. Breitenfeldt, R. B. Cakirli, R. F. Casten, S. George, F. Herfurth, A. Herlert, A. Kellerbauer, M. Kowalska, D. Lunney, E. Minaya-Ramirez, S. Naimi, E. Noah, L. Penescu, M. Rosenbusch, S. Schwarz, L. Schweikhard, and T. Stora: Discovery of ²²⁹Rn and the Structure of the Heaviest Rn and Ra Isotopes from Penning-Trap Mass Measurements, in: Phys. Rev. Lett., 2009, 102, 112501; doi:10.1103/PhysRevLett.102.112501.
↑ Genaue Messung von radioaktivem Thoron (Juli 2011): „Für die Gefahrenabschätzung ist die exakte Messung (von Thoron) jedoch sehr wichtig, denn bei gleicher Aktivitätskonzentration ergibt sich aus den Thoron-Folgeprodukten eine 14-fach höhere Strahlenbelastung als aus den Folgeprodukten von Radon.“
↑ Radon bei webelements.com
↑ PDF des Bundesumweltministeriums