Біогеохімічний цикл Радону (Rn)

 

 

 

 

 

       КУРСОВА РОБОТА

З дисципліни: «Біогеохімія»

на тему: «Біогеохімічний цикл Радону (Rn)»

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:                                                              

              

 

Перевірив:                                                           

 

 

 

 

 

 

Київ 2012

Зміст

1.Загальна характеристика;

2.Історія відкриття елемента;

3. Хімічні та фізичні властивості;

4.Надходження в організм, та в яких випадках;

5.Ризик для здоров’я;

6.Джерела елемента;

7.Проблема в міжнародній перспективі;

8.Висновок;

9.Література;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Радон (Rn) – радіоактивний хімічний елемент періодичної системи.  

Радон є благородним радіоактивним газом. Утворюється при розпаді радію. Існують три ізотопи радону: радон-222 утворюється в серії розпаду урану-238;радон-220 утворюється в серії розпаду торію-232: радон-219 утворюється в серії розпаду урану-235. Радон-222 і радон-220 можуть міститися в таких концентраціях, що їх вдихання або поглинання з їжею або водою може викликати ризик для здоров'я. Активність радону-219 настільки мала, що не представляє ризику.

Ізотопи радону спонтанно розпадаються на нові радіоактивні елементи, так звані дочірні продукти розпаду радону. Це - невеликі заряджені металеві частинки, які спочатку складаються з окремих атомів, але в повітрі швидко приєднуються до інших заражених частинок дочірніх продуктів розпаду радону або іншим частинкам. Саме дочірні продукти розпаду радону при попаданні з повітрям в легені можуть привести до пошкодження клітин легенів, а ці пошкодження в свою чергу можуть привести до раку легенів.

Так як ізотоп радону радон-222 і дочірні продукти його розпаду  в основному створюють ризик  для здоров'я, наступний опис зосереджено  саме на цьому ізотопі радону. Радон-222 і його материнський ізотоп Радін-226 є радіоактивними хімічними елементами, що утворюються в серії розпаду, що починається з розпаду урану-238.

Уран - це радіоактивний хімічний елемент, який зустрічається в природі в породах земної кори. Радіоактивність хімічного елемента означає, що його атомне ядро ​​розпадається спонтанно і без зовнішнього впливу, при цьому створюючи один або два нові елементи  (ізотопа). Розпад проходить в різному темпі для різних ізотопів. Час, необхідний для розпаду радіоактивного ізотопу до половини своєї початкової активності, називається «періодом напіврозпаду». Радій-226, має період напіврозпаду 1620 років і безперервно утворюється з урану. Період напіврозпаду радону 3,8 дня. Утворені зразу ж після розпаду радону ізотопи полоній-218, свинець-214. вісмут-214 і полоній-214, мають дуже короткий період напіврозпаду (3,05 хвилини, 26,8 хвилини, 19,7 хвилини;; 0.16 мілісекунди відповідно), і тому називаються короткоживучі дочірні продукти розпаду радону ». Після їх розпаду утворюються інші ізотопи з більш тривалим періодом напіврозпаду. Вони називаються довго живучіші дочірні продукти розпаду радону ». Кінцевим продуктом серії урану є стабільний ізотоп свинцю свинець-206 (він не розпадається).

Нещодавно утворені дочірні  продукти розпаду радону мають сильну схильністю приєднуватися до пилу та іншим часткам у повітрі або  на інших поверхнях. Це. означає, що чим більше запорошене повітря в  кімнаті, тим більша кількість дочірніх продуктів розпаду радону спроможні приєднатися до часток у повітрі, а не до інших поверхонь, наприклад, стін та фіранкам. Таким чином, при одній і тій же активності радону, більш висока активність дочірніх продуктів розпаду радону спостерігається в пильних та задимлених кімнатах, а не в «чистих» кімнатах. На практиці, всі утворені дочірні продукти радону не залишаються в повітрі постійно, до того ж, як радон, так і продукти його розпаду виносяться з приміщення шляхом вентиляції до того, як встановлюється рівновага розпаду.

До 1994 року більша частина  вимірювань активності радону проводилася  як вимірювання активності дочірніх продуктів його розпаду. Для позначення концентрація дочірніх продуктів радону (активна активність дочірніх продуктів  розпаду радону) використовується позначується ЕРОА (Еквівалентна рівноважна об'ємна активність, EER, Equilibrium Equivalent concentration of Radon). Згідно методології, розробленої Управлінням радіаційного захисту, ЕРОА визначається як «активна концентрація газу радону в рівновазі зі своїми короткоживучими дочірніми продуктами при такій же потенційної активності альфа-випромінювання, як і в повітрі, зразки якого були взяті». В нормальному середовищі приміщень з нормальною вентиляцією відношення між змістом дочірніх продуктів радону ЕРОА та активністю радону складає 1:2.5, тобто, зміст дочірніх продуктів радону складає 40% від активності радону. Коливання від 20 до 70% не є рідкістю через відмінності в повітрообміні і змісту частинок в повітрі. Число, що показує співвідношення активності дочірніх продуктів і радону, називається F-фактором. У кімнаті, де знаходяться палять, F-фактор може досягати 0,7-0,9.

Рівень активності радону в зовнішньому повітрі, як правило, становить 2-10 Бк/м3, але в безвітряні дні над ґрунтами, багатими ураном, може досягати 100 Бк/м3 (що відповідає активності радону 1* 10^-16 процентів. У Швеції середня активності радону в житлових приміщеннях становить 108 Бк/м3, в приватних будинках 141 Бк/м3, а в багатоквартирних будинках 75 Бк/м3. Але активність радону в приміщеннях може бути значно вище. Приблизно в 10% шведських жител активність радону перевищує 200 Бк/м3, а в приблизно 4% перевищує 400 Бк/м3. У багатьох будинках активність перевищує 10 000 Бк/м3, а максимальне зареєстроване значення радону склало 80 000 Бк/м3. В ґрунтовому повітрі рівень активності радону, як правило, становить 4000-50 000 Бк/м3, але в ґрунтах з високим вмістом урану, наприклад, сланці, активність може досягти декількох мільйонів Бк/м3.

 

2.

Відкритий у 1900 р. нім. вченим Ф. Дорі та англ. фізиком Е. Резерфордом. Англійський учений Е. Резерфорд в 1899 році відзначив, що препарати торію випускають, крім α-частинок, і якесь невідоме раніше речовина, так що повітря навколо препаратів торію поступово стає радіоактивним. Цю речовину він запропонував назвати еманацією (від латинського emanatio - витікання) торію і дати йому символ Em. Подальші спостереження показали, що і препарати радію також випускають якусь еманацію, яка володіє радіоактивними властивостями і веде себе як інертний газ.

Спочатку еманацію торію  називали торону, а еманацію радію - радоном. Було доведено, що всі еманації насправді являють собою радіонукліди нового елемента - інертного газу, якому відповідає атомний номер 86​​. Вперше його виділили в чистому вигляді Рамзай і Грей в 1908 році, вони ж запропонували назвати газ нітон (від лат. Nitens, що світиться). У 1923 році газ отримав остаточну назву радон і символ Em був змінений на Rn.

Після відкриття радію, коли вчені з великим захопленням  пізнавали таємниці радіоактивності, було встановлено, що тверді речовини, що перебували в близькому сусідстві  з солями радію, ставали радіоактивними. Проте через кілька днів радіоактивність  цих речовин зникла безслідно.

Радон відкривали неодноразово, і на відміну від інших подібних історій кожне нове відкриття  не спростовувало, а лише доповнювало  попередні. Справа в тому, що ніхто  з учених не мав справи з елементом  радоном - елементом у звичному для  нас розумінні цього слова. Одне з нинішніх визначень елемента - «сукупність атомів із загальним  числом протонів в ядрі», тобто різниця, може бути лише в числі нейтронів. По суті елемент - сукупність ізотопів. Але в перші роки нашого століття ще не були відкриті протон і нейтрон, не існувало самого поняття про ізотонії.

Вивчаючи іонізацію повітря  радіоактивними речовинами, подружжя Кюрі помітили, що різні тіла, що знаходяться  поблизу радіоактивного джерела, набувають  радіоактивні властивості, які зберігаються не яке час після видалення  радіоактивного препарату. Марія Кюрі-Склодовська назвала це явище індукованої активністю. Інші дослідники і, перш за все Резерфорд, намагалися в 1899/1900 рр.. пояснити це явище тим, що радіоактивне тіло утворює деяке радіоактивне витікання, або еманацію (від лат. emanare - минати і emanatio - витікання), що просочують навколишні тіла. Однак, як виявилося, це явище властиво не тільки препаратам радію, але й препаратам торію й актинію, хоча період індукованої активності в останніх випадках менше, ніж у випадку радію. Виявилося також, що еманація здатна викликати фосфоресценцію деяких речовин, наприклад осаду сірчистого цинку. Менделєєв описав цей досвід, продемонстрований йому подружжям Кюрі, навесні 1902 р.

Незабаром Резерфорду і Содді вдалося довести, що еманація - це газоподібна речовина, яке підкоряється закону Бойля і при охолодженні переходить у рідкий стан, а дослідження її хімічних властивостей показало, що еманація являє собою інертний газ з атомною вагою 222 (встановленим пізніше). Назва еманація (Emanation) запропоновано Резерфордом, виявив, що її освіта з радію супроводжується виділенням гелію. Пізніше ця назва була змінена на "еманація радію (Radium Emanation - Rа Em)" з тим, щоб відрізняти її від еманацій торію й актинію, які в подальшому виявилися ізотопами еманації радію. У 1911 р. Рамзай, який визначив атомну вагу еманації радію, дав їй нову назву "нітон (Niton)" від лат. nitens (блискучий, сяючий); цією назвою він, очевидно, бажав підкреслити властивість газу викликати фосфоресценцію деяких речовин. Пізніше, однак, було прийнято більш точну назву радон (Radon) - похідне від слова "радій". Еманації торію й актинію (ізотопи радону) стали іменувати торону (Thoron) і актинон (Actinon).

Перш за все, що за роки, що минули з дня відкриття радону, його основні константи майже  не уточнювалися і не переглядалися. Це свідчення високого експериментального майстерності тих, хто визначив їх вперше. Лише температуру кипіння (або переходу в рідкий стан з газоподібного) уточнили. У сучасних довідниках вона вказана  зовсім виразно - мінус 62 ° С.

Ще треба додати, що пішло  в минуле уявлення про абсолютну  хімічної інертності радону, як, втім, і інших важких благородних газів. Ще до війни член-кореспондент Академії наук СРСР Б.А. Нікітін в ленінградському  Радієвому інституті отримав  і досліджував першим комплексним  з'єднання радону - з водою, фенолом  і деякими іншими речовинами. Вже  з формул цих сполук: Rn • 6H2O, Rn • 2CH3С6H5, Rn • 2С6Н5ОН - видно, що це так звані сполуки включення, що радон у них пов'язаний з молекулами води або органічного речовини лише силами Ван-дер-Ваальса. Пізніше, в 60-х роках, були отримані і справжні з'єднання радону. За сформованими до цього часу теоретичним уявленням про галогенидах благородних газів, достатньою хімічною стійкістю повинні володіти з'єднання радону: RnF2, RnF4, RnCl4, RnF6.

Фториди радону були отримані відразу ж після перших фторидів ксенону, проте точно ідентифікувати їх не вдалося. Швидше за все, отримане малолетучие речовина являє собою суміш фторидів радону.

Радон, відкритий Дорном, це самий довгоживучий ізотоп елементу № 86. Утворюється при α-розпаді радію-226. Масове число цього ізотопу - 222, період напіврозпаду - 3,82 доби. Існує в природі як одне з проміжних ланок у ланцюзі розпаду урану-238.

Еманація торію (торону), відкрита Резерфордом і Оуенсом, член іншого природного радіоактивного сімейства - сімейства торію. Це ізотоп з масовим числом 220 і періодом напіврозпаду 54,5 секунди.

Актинон, відкритий Дебьерном, теж член радіоактивного сімейства торію. Це третій природний ізотоп радону і з природних - самий короткоживучий. Його період напіврозпаду менше чотирьох секунд (точніше 3,92 секунди), масове число - 219.

Всього зараз відомо 19 ізотопів радону з масовими числами 204 і від 206 до 224. Штучним шляхом отримано 16 ізотопів. Нейтронодефіцитних ізотопи з масовими числами до 212 отримують в реакціях глибокого розщеплення ядер урану і торію високоенергійні протони. Ці ізотопи потрібні для отримання та дослідження штучного елемента астату. Ефективний метод поділу нейтронодефіцитних ізотопів радону розробили нещодавно в Об'єднаному інституті ядерних досліджень.

Те, що вплив радону може викликати рак легенів, стало  очевидно в 1960-х роках, коли з'ясувалося, що значна кількість американських  шахтарів, здобували уран в 1940-х роках  для програми створення ядерної  зброї, захворіло на рак легенів. Кілька великих епідеміологічних досліджень, проведених у Швеції та інших країнах, довели, що шахтарі схильні до раку легенів частіше, ніж представники інших професій. Причина виявилася  у впливі високої активності радону в погано вентильованих шахтах.

Але лише в 1970-х роках, після  проведення вимірювань активності радону в повітрі приміщень житлових будинків і на робочих місцях, стали  підозрювати, що радон в закритих приміщеннях також може стати  причиною розвитку раку легенів. Після  декількох великих епідеміологічних досліджень в Швеції і за кордоном, було визначено, що радон разом з курінням є основною причиною розвитку раку легенів.

Симптоми захворювання раком  легенів серед робітників уранових шахт Богемії були відомі протягом століть і в кінці 1800-х років  були позначені як рак легенів. Уже  в 1924 році була висловлена ​​гіпотеза, що радон у повітрі шахт може викликати це захворювання. У 1969-70 роках Державне управління радіаційного захисту (SSI) виміряли рівень активності радону в ряді шведських шахт, і виявилося, що найчастіше активність була надмірно високою. У наступні роки були опубліковані результати досліджень, що вказують на підвищену захворюваність на рак легень серед шахтарів, які працювали в цинковій руднику в нерки і Мальмбергском залізному руднику в Норрботтене. Ці результати і аналогічні результати епідеміологічних досліджень в уранових і не уранових рудниках у ряді інших країн лягли в основу докази зв'язку між високою активністю радону в повітрі шахти і розвитку раку легенів (ICRP 65,1993).

Тривожні дані про ризики, пов'язані з радоном, привели до того, що Управління з безпеки та гігієни праці в 1972 році опублікувало «Вказівки про радон», які встановили максимально допустимий рівень вмісту радону і правила для контролю і виміру рівня активності радону в шахтах (Kungl . Arbetarskyddsstyrelsen, 1972).