گاز رادون و کاربردهای آن

در عناصر جدول تناوبی گروهی وجود دارد که با نام گازهای نجیب یا بی‌اثر شناخته می‌شوند. این گازها از نظر شیمیایی غیرفعال هستند و تمایلی به انجام واکنش‌های شیمیایی و ترکیب شدن با عناصر دیگر ندارند. گاز رادون یکی از اعضای این گروه است که یک عنصر پرتوزا نیز به حساب می‌آید.

وقتی صحبت از عناصر پرتوزا می‌شود، سوالاتی در ذهن افراد نقش می‌بندد که با این عناصر بیشتر آشنا شده و از خطرات آن‌ها مصون بمانند. مانند اینکه آیا این گاز دارای بو و مزه است؟ خطرات استنشاق این گاز چیست؟ آیا این گاز کاربردی دارد؟ برای یافتن پاسخ‌ تمامی این سوالات کافی است تا انتهای این مطلب از پارس هوای البرز با ما همراه باشید.

گاز رادون چیست؟

عنصر رادون که با نماد شیمیایی Rn نشان داده می‌شود، دارای عدد اتمی 86 بوده و در گروه 18 و ردیف 6 جدول مندلیف قرار دارد. این عنصر با گازهای هلیوم و دیگر گازهای نجیب هم گروه است. گازهای نجیب به گروهی در جدول مندلیف گفته می‌شود که از نظر شیمیایی غیرفعال بوده و میل ترکیب شدن با عناصر دیگر را به صورت طبیعی ندارند. این عناصر باید تحت شرایط خاص آزمایشگاهی قرار بگیرند تا بتوانند ترکیباتی را ایجاد کنند.

این عنصر یک گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بدون مزه است؛ بنابراین در صورتی که در هوای اطراف ما وجود داشته باشد قابل تشخیص نخواهد بود و این موضوع بسیار خطرناک است.

جالب است بدانید اگر این گاز را تا دمای زیر نقطه انجماد، سرما دهیم، به رنگ سبز درخشان درآمده و اگر این سرد کردن را ادامه دهیم، رنگ آن به زرد تغییر می‌کند. همچنین این گاز با رسیدن به نقطه ذوب، تغییر رنگ داده و به رنگ نارنجی مایل به قرمز در ‌می‌آید.

تاریخچه کشف رادون

گاز رادون اولین بار در سال 1900 میلادی توسط یک فیزیکدان آلمانی به نام «فریدریش ارنست دورن» کشف و به دنیا معرفی شد. در ابتدا این دانشمند این عنصر را رادیوم نامید.

هشت سال بعد دو دانشمند به نام‌های «ویلیام رمزی» و «رابرت ویتلا-گری» توانستند برای اولین بار این عنصر را جدا نموده و چگالی آن را تعیین کنند. با تعیین چگالی این گاز، مشخص شد گاز رادون سنگین‌ترین گاز شناخته شده تا آن زمان است. این دو دانشمند گاز رادون را نیوتون نامیدند. اما در نهایت سال 1923 میلادی نام رادون که برگرفته از اسم عنصر رادیوم است، برای این گاز انتخاب شد.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی رادون

گاز رادون، یک عنصر پرتوزا است که از فروپاشی رادیوم به وجود می‌آید. اگر بخواهیم به صورت دقیق‌تر بیان کنیم در هر (1 مایل) 2.5 کیلومتر مربع خاک با ضخامت (6 اینچ) 15.2 سانتی‌متر، یک گرم عنصر رادیوم وجود دارد که در اثر فروپاشی آن، گاز رادون ناچیزی تشکیل می‌شود. بنابراین می‌توان گفت مقدار این گاز در حالت معمولی در هوا خیلی ناچیز است.

لازم به ذکر است این گاز از واپاشی عنصر اورانیوم موجود در طبیعت نیز می‌تواند تولید شود. بنابراین احتمال حضور این گاز در مصالح ساختمانی، چشمه‌های آب گرم، منابع آب زیرزمینی، منابع گاز طبیعی و … وجود دارد. زیرا عنصر اورانیوم ممکن است در هر محلی وجود داشته باشد و در اثر فروپاشی، این عنصر را به وجود آورد. در نتیجه این عنصر نیز می‌تواند به راحتی در آب حل شده و در محیط جابه‌جا شود یا در هوا انتشار یافته و به مناطق دیگر منتقل شود.

گاز رادون از نظر خواص شیمیایی، گازی پایدار به حساب می‌آید که این خاصیت به ساختار اتمی این گاز بازمی‌گردد. زیرا در این گاز مانند گاز زنون و دیگر گازهای نجیب، اوربیتال‌های لایه آخر، از الکترون پر است. بنابراین براساس قاعده اکتت، این عنصر میلی به گرفتن یا از دست دادن الکترون نداشته و از نظر شیمیایی عنصر پایداری به حساب می‌آید.

مشخصات فیزیکی این عنصر را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

• دمای ذوب این عنصر 71- و دمای جوش آن 61.7- درجه سانتی گراد است.
• جرم اتمی رادون ۲۲۲ g/molو چگالی آن ۰.۰۰۹۷۳ g/cm^۳ است.
• این عنصر در شرایط طبیعی (دمای 25 درجه سانتی گراد و فشار یک اتمسفر) گازی شکل است.
• انرژی یونیزاسیون آن برابر ۱۰۳۷ kJ/molاست.
• شعاع اتمی آن ۱۲۰ pm است.
• این گاز به راحتی در آب حل می‌شود، به همین علت است که در آب‌های زیرزمینی یافت می‌شود.

ایزوتوپ های رادون

ایزوتوپ‌های عنصر رادون نیز مانند عناصر دیگر، تنها در عدد جرمی تفاوت دارند. این تفاوت ناشی از تفاوت در تعداد نوترون‌های آن‌ها می باشد. این گاز دارای 39 ایزوتوپ شناخته شده است. جرم اتمی ایزوتوپ‌های این عنصر در محدوده 193 تا 231 واقع شده، به این معنا که تعداد نوترون‌های آن‌ها چیزی بین 107 تا 145 عدد است.

• ^۲۲۲Rn پایدارترین ایزوتوپ شناخته شده این عنصر است که دارای نیمه عمر تقریبی 8/3 روز است. این ایزوتوپ حاصل فروپاشی رادیوم 226 است. بنابراین رادون 222 نیز دارای پرتوهای آلفا بوده و یک عنصر پرتوزا به حساب می‌آید.
• از دیگر ایزوتوپ‌های رادون می‌توان به رادون 220 اشاره کرد که حاصل تجزیه توریوم بوده و به همین علت تورون نیز نامیده می‌شود، نیمه عمر این ایزوتوپ 6/55 ثانیه اندازه گیری شده است.
• ^۲۱۹Rn حاصل تجزیه آکتینیوم است که با نام آکتینون نیز شناخته می‌شود. این ایزوتوپ دارای نیمه عمر 96/3 ثانیه بوده که بعد از آن دچار واپاشی خواهد شد.

لازم به ذکر است تمامی ایزوتوپ‌های گاز رادون پرتوزا هستند و تنفس آن‌ها می‌تواند سبب ایجاد سرطان ریه شود.

کاربردهای رادون

گاز رادون با آن که یک گاز پرتوزا به حساب می‌آید، اما کاربردهای بسیار مهم و مفیدی در زمینه‌های مختلف دارد که در ادامه قصد داریم آن‌ها را توضیح بدهیم.

1. پزشکی

در اوایل قرن بیستم، از این عنصر برای از بین بردن سلول‌های سرطانی استفاده می‌شد. اما بعد از کشف این موضوع که رادیکال‌های آزاد سبب ایجاد سلول‌های سرطانی در بدن می‌شود، این روش منسوخ شد. زیرا عناصر پرتوزا خود سبب ایجاد رادیکال‌های آزاد در بدن می‌شود.

البته گاز رادون هنوز کاربردهای درمانی دارد، معمولاً بیمارستان‌ها در یک منبع رادیومی این گاز را ذخیره کرده و درون سوزن‌های بسیار کوچک آن را پمپاژ و ذخیره می‌کنند تا برای درمان بعضی بیماری‌ها از آن‌ها استفاده کنند.

2. زمین شناسی

رادون یک گاز بی‌اثر است که در طبیعت، توسط رخدادهای طبیعی ایجاد می‌شود. از بهترین محل‌هایی که این گاز انباشته می‌شود، می‌توان به آب‌های زیرزمینی، محل‌های فعال ژئودینامیک، گسل‌های پی‌سنگی عمیق و شکستگی‌ها اشاره کرد. بنابراین می‌توان این گونه نتیجه گرفت که فعالیت‌های زمین شناسی معمولاً با تولید و انتشار این گاز همراه است.

مهم‌ترین کاربرد این گاز در علم زمین شناسی، مربوط به پیش بینی زمین لرزه می‌شود. زمین شناسان با توجه به حجم گاز رادون موجود در هوا و تغییر غلظت آن، امکان وقوع زمین لرزه را پیش بینی می‌کنند. معمولاً در هوای مناطقی که امکان وقوع زمین لرزه وجود دارد، میزان این گاز افزایش می‌یابد.

3. هیدرولوژی یا آب شناسی

این گاز به عنوان یک ردیاب فوق‌العاده بین متخصصان این رشته شناخته می‌شود. زیرا با توجه به میزان این گاز در آب چشمه‌ها، می‌توان برهم کنش و میزان نفوذ آب‌های زیرزمینی را به آب‌های سطحی اندازه گیری کرد. (در آب‌های زیرزمینی مقادیری از گاز رادون وجود دارد.)

با اندازه گیری میزان رادون موجود در چشمه‌ها، در فواصل زمانی مشخص می‌توان دبی آب‌های زیرزمینی منتهی به ان چشمه را اندازه گیری کرد. تشخیص رادون موجود در آب، فقط از طریق آزمایش امکان پذیر است. زیرا این گاز بدون بو و مزه است و تشخیص آن توسط حواس پنج گانه میسر نیست.

4. علوم اتمسفری

از غلظت گاز رادون موجود در هوا، تا حدودی می‌توان برای ردیابی توده‌های هوا استفاده کرد، این گاز کمک قابل توجهی به دانشمندان این حوزه می‌کند.

خطرات رادون

رادون جزء گازهای بسیار خطرناک به حساب می‌آید، زیرا رادون یک گاز پرتوزا است که می‌تواند سبب بروز سرطان ریه شود. بنابراین مراکزی که این گاز را تولید و ذخیره می‌کنند، باید در نگهداری آن‌ نهایت دقت را داشته باشند. به صورت طبیعی در هر 2110 مولکول هوا، یک مولکول گاز رادون وجود دارد. اما اگر این غلظت افزایش یابد، می‌تواند خطراتی برای سلامت انسان داشته باشد.

با استنشاق هوای حاوی این گاز، رادون به داخل ریه‌ها راه یافته و در آن جا انباشته می‌شود. این گاز در مدت کوتاهی دچار واپاشی شده و پرتوی آلفا از خود تولید می‌کند. این پرتوی آلفا با سلول‌های ریه برخورد کرده و سبب ایجاد رادیکال‌های آزاد در این بافت‌ می‌شود. در طولانی مدت، این گاز سبب ایجاد سرطان ریه در افراد می‌شود. در واقع گاز رادون به عنوان دومین علت بروز سرطان ریه بعد از مصرف دخانیات شناخته می‌شود.

شرکت پارس هوای البرز یکی از تولیدکنندگانی است که تمامی موارد ایمنی را در رابطه با تولیدات خود رعایت می‌کند. این شرکت انواع دیگری از گازها مانند آرگون و کریپتون را تولید و با رعایت استاندارهای لازم نگهداری می‌کند.

ترکیبات گاز رادون

اگرچه رادون به عنوان یک گاز بی‌اثر شناخته می‌شود، اما تحقیقات جدیدی که انجام شده است، نشان می‌دهد گاز رادون می‌تواند با بعضی از عناصر مانند فلور وارد واکنش شود. در اثر انجام واکنش بین رادون و فلور ترکیب _۲RnF (فلورید رادون) به وجود می‌آید.

کلام پایانی

همان طور که بیان کردیم گاز رادون هم خانواده گازهای نجیب به حساب می‌آید که از نظر شیمیایی تقریباً غیرفعال هستند. زیرا اوربیتال‌های لایه آخر اتم‌های سازنده آن‌ها، تکمیل بوده و میلی به گرفتن و از دست دادن الکترون در آن‌ها وجود ندارد.

این عنصر سنگین‌ترین گاز شناخته شده تا به امروز می باشد که دارای خواص پرتوزایی است. بنابراین نباید در معرض این گاز قرار گرفت، زیرا تنفس آن می‌تواند سبب بروز سرطان ریه ‌شود.

این گاز بدون بو، بدون مزه و بی‌رنگ است؛ بنابراین تشخیص وجود آن در هوا نیازمند اندازه گیری و آزمایش است. بنابراین مراکزی که با این گاز سروکار دارند باید مراقب انتشار و غلظت این گاز در هوا باشند. این گاز دارای 39 ایزوتوپ با نیمه عمرهای متفاوت است که تمامی آن‌ها پرتوزا هستند. این عنصر در پزشکی، پیش بینی زلزله و هیدرولوژی کاربردهای مهمی دارد.