Radon

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Radon, Rn, 86
Serie	Edelgase
Gruppe, Periode, Block	18, 6, p
Aussehen	farblos
CAS-Nummer	10043-92-2
Massenanteil an der Erdhülle	6,1 · 10−11 ppm
Atomar
Atommasse	222 u
Kovalenter Radius	150 pm
Van-der-Waals-Radius	220 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6
1. Ionisierungsenergie	1037 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	gasförmig
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	9,73 kg · m−3
Magnetismus	diamagnetisch
Schmelzpunkt	202 K (−71 °C)
Siedepunkt	211,3 K (−61,8 °C)
Molares Volumen	(fest) 50,50 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	16,4 kJ/mol
Schmelzwärme	2,89 kJ/mol
Wärmeleitfähigkeit	0,00364 W/(m · K)
Isotope
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung	keine Einstufung verfügbar
	keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze	H: siehe oben
	P: siehe oben
Radioaktivität
; Radioaktives Element
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. ; Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Dieser Artikel behandelt das chemische Element Radon. Für weitere Bedeutungen siehe Radon (Begriffsklärung).

Radon [ˈʁaːdɔn, auch: ʁaˈdoːn] (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, bzw. der 18. IUPAC-Gruppe 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] 1923 wurden die Bezeichnungen Radium-Emanation und Niton durch den Begriff Radon abgelöst.^[8]

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 eine ausgeprägte Radon-Gegend;^[9] in Belgien ist es der östliche und südöstliche Teil.^[10] (→Limburger Steinkohlerevier)

Manche Quellen besitzen einen bedeutenden Radonanteil, beispielsweise Bad Gastein, Bad Kreuznach, Bad Schlema, Bad Steben, Bad Zell, Ischia im Golf von Neapel, Menzenschwand, Meran, Sibyllenbad und Umhausen im Ötztal^[11]. Bad Brambach verfügt mit der Wettinquelle über die stärkste zu Trinkkuren genutzte Radonquelle der Welt.^[12]

Weitere Orte, an denen Radon in relativ hohen Konzentrationen vorkommt, sind neben Uranerz-, Flussspat- oder Bleibergwerken und Halden und Absetzbecken des Uranbergbaus^[13] auch Laboratorien und Fabriken, in denen Uran, Radium oder Thorium gehandhabt werden.

Eigenschaften

Wie alle Edelgase ist Radon chemisch fast nicht reaktiv; mit Fluor reagiert es zu Radonfluorid, ob Verbindungen mit Sauerstoff beobachtet wurden ist umstritten.^[14] 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, wenn man vom exotisch raren Astat und heißem zweiatomigen Iod-Dampf absieht.

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).^[15]

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.^[16]

Bedeutung

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.^[17]

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.^[18]

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.^[19] 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 und der kurzen Halbwertszeit 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 emittiert werden ^[16]. Es kann im Hinblick auf die Strahlenbelastung sehr bedeutend sein, da bei gleicher Aktivitätskonzentration wie ²²²Rn aus den ²²⁰Rn Folgeprodukten (vor allem Polonium) eine 14-fach höhere Strahlenbelastung zu beachten ist.^[20]

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 wegen der extrem kurzen Halbwertszeit praktisch nicht vor und ist somit völlig bedeutungslos.

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^[21].

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der CLP-Verordnung 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 %.^[22]

Siehe auch

Literatur

von Philipsborn, Henning (1990) Radon und Radonmessung. Teil I in Die Geowissenschaften; 8, 8; 220-228 doi:10.2312/geowissenschaften.1990.8.220, Teil II in Die Geowissenschaften; 8, 10; 324-338, doi:10.2312/geowissenschaften.1990.8.324.

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. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 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.
↑ Ernst Dorn: Über die von radioaktiven Substanzen ausgesandte Emanation. In: Abhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Halle. Band 23, 1901, S. 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.
↑ F. W. Aston, Gregory P. Baxter, Bohuslav Brauner, A. Debierne, A. Leduc, T. W. Richards, Frederick Soddy, G. Urbain: Report of the International Committee on Chemical Elements. In: The Journal of the American Chemical Society. Band 45, Nummer 4, 1923, S. 867–874 (doi:10.1021/ja01657a001).
↑ Jahresbericht 2004 der Abteilung Strahlenschutz des Schweizer Bundesamtes für Gesundheit, S.15
↑ Föderalagentur für Nuklearkontrolle: Homepage.
↑ Peter Hacker, Wolfram Mostler: Radon im äußeren Ötztal – erdwissenschaftliche Aspekte (PDF; 555 kB). Vortrag am 14. Oktober 1999.
↑ Ulrich Koch und Jens Heinicke: Die Bad Brambacher Mineralquellen. Hydrogeologie, Genese und seismohydrologische Besonderheiten. (PDF), abgerufen am 24. November 2014.
↑ M. Schläger, Kh. Murtazaev, B. Rakhmatuloev, P. Zoriy, B. Heuel-Fabianek: Radon Exhalation of the Uranium Tailings Dump Digmai, Tajikistan. Radiation & Applications. Bd. 1, Nr. 3, 2016, S. 222–228, doi:10.21175/RadJ.2016.03.041 (Open Access).
↑ A. G. Sykes: Recent Advances in Noble-Gas Chemistry. In: Advances in Inorganic Chemistry, 46, S. 91–93, Academic Press 1998, ISBN 978-0120236466 (Zugriff am 2. November 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.
↑ ^16,0 ^16,1 Holger Dambeck: Forscher warnen vor Strahlung in Lehmhäusern. In: Der Spiegel online, vom 18. April 2012, Abgerufen: 19. April 2012.
↑ A. Erzberger, E. Schwarz, T. Jung. Radonbalneologie. Umweltmedizinischer Informationsdienst 3/2000. Bundesamt für Strahlenschutz, Institut für Strahlenhygiene. S. 9 (PDF; 748 kB).
↑ 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.