86 Rn 氡 222*
稀有气体 p区 第6周期 第18族 放射性

氡

Rn · 元素86 · 稀有气体

一种从花岗岩中渗出的放射性稀有气体,也是导致肺癌的第二大原因。

20°C时的状态 气态
原子量 222 u
电子排布[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶

结构

氡原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

属性表

每个条形图显示氡在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 0.01 g/cm³ 9%
熔点 202 K 10%
沸点 211.3 K 8%
比热容 0.094 J/g·K
热导率 0.00361 W/m·K 0%

原子

原子半径 150 pm 43%
共价半径 150 pm
范德华半径 220 pm

电子

电负性 2.2 78%
电离能 1037.2 kJ/mol 89%
电子亲和能 —

存在情况

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Rn
原子序数86
原子量222 u
类别稀有气体
区p
晶体结构面心立方
氧化态0, +2, +6
发现1900
发现者Friedrich Ernst Dorn

来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

氡的原子有多大?

半径150 pm——即0.15 nm,因此大约3.33百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

氡在9 K的范围内呈液态,温度从202 K到211 K。

所在位置

在表中的位置

氡位于第6周期、第18族。 第18族中的所有元素具有相同的最外层电子数,因此它们的性质非常相似。

其他稀有气体

所有稀有气体

背后的故事

氡是什么,以及我们如何发现它

氡是一种具有放射性的稀有气体,会在建筑物内积聚。

氡的发现

Friedrich Ernst Dorn(1900年)

1900年,德国物理学家Friedrich Ernst Dorn在哈雷大学研究镭的放射性衰变时发现了氡。Dorn观察到,镭样品会持续产生一种放射性气体,他最初称其为“镭射气”。这一发现属于早期辐射研究的一部分,该研究是在Henri Becquerel于1896年发现放射性以及Marie和Pierre Curie开展镭研究之后进行的。

早期表征

在Dorn最初发现之后,科学家William Ramsay和Robert Whytlaw-Gray于1910年分离出氡并测定了其原子量,确认它是一种稀有气体。他们测量了氡的密度,发现它是当时已知最重的气态物质。由于具有发光性质,该元素最初被称为“niton”(源自拉丁语“nitens”,意为发光),但在1923年更名为“radon”。

商业开发时期

20世纪初,人们认为氡因其所谓的治疗性质而具有价值。企业家建立“氡温泉”,并将氡水作为保健饮品进行营销。人们发现氡能使材料发光后,便将其用于手表表盘和仪表盘的自发光涂料,这种应用一直持续到20世纪60年代健康风险显现为止。

健康危害的认识

人们对氡危害的认识发展缓慢。早在16世纪,人们就注意到铀矿工人的肺癌发病率,但直到20世纪50年代才确立其与氡的联系。20世纪70年代开始对氡的健康影响进行全面研究,随后人们认识到氡是重大公共卫生威胁,并在20世纪80年代发展出现代检测和治理项目。

用途

氡的用途

医疗应用(历史用途)

历史上,从20世纪20年代到20世纪50年代,人们曾将氡用于“氡疗法”,让患者接触氡气或含氡放射性水,以治疗关节炎、高血压和其他疾病。这些疗法如今已被证实极其危险,其依据是少量辐射有益这一错误观念。如今,氡-222仍偶尔用于严格控制的医学研究,以研究肺癌机制并测试辐射防护方法。

科学研究工具

氡是大气和地质研究中的重要示踪剂。科学家利用氡浓度研究气团运动、追踪污染物扩散,并了解地下水流动模式。氡-222可作为识别气团和研究大气混合过程的天然“指纹”。它的衰变产物有助于研究人员了解粒子物理学,并测试辐射检测设备。

室内空气质量指标

氡测量已成为公共卫生和房地产领域的重要工具。专业氡检测服务使用专用探测器,测量住宅、学校和工作场所中的氡浓度。这项应用催生了一个专注于氡检测、治理和预防的完整行业,保护数百万人免受这种无形健康危害。

教育与培训

受控氡源用于培训辐射安全专业人员、卫生物理学家和环境科学家。这些应用有助于开发和测试氡检测设备、校准监测仪器,并研究新的治理技术。氡还可作为研究环境中其他放射性气体行为的模型系统。

氡检测服务

现代氡技术最常见的用途是专业检测服务,帮助房主和企业识别危险的氡水平。短期检测(2-90天)和长期检测(超过90天)使用活性炭探测器、α径迹探测器或电子连续监测仪测量氡浓度。该行业雇用数千名持证专业人员,每年创造数亿美元收入,同时保护公众健康。

治理系统设计

了解氡的行为推动了治理系统的设计,包括板下减压、爬行空间通风和空气交换系统。工程师利用氡源建模设计有效系统,将室内浓度降低至EPA行动水平(4 pCi/L)以下。这些系统保护数百万户住宅,并且在许多高氡地区已成为建筑规范的要求。

环境监测

政府机构和研究机构利用氡监测网络追踪环境趋势、研究气候变化影响,并识别地质灾害。持续氡监测有助于在某些地区预测地震,因为地面运动可能改变氡的逸出模式。这些应用既有助于公共安全,也有助于科学认识地球过程。

无商业产品

由于氡具有严重的健康风险,如今已不再用于消费产品。过去的用途包括手表表盘和仪表盘的发光涂料(20世纪60年代停止使用)以及治疗设备(出于安全原因被禁止)。如今,任何氡的商业用途都受到严格监管,仅限于受控环境中的专门研究应用。

来源

自然存在

地壳中含量为0 mg/kg · 比0%的元素更丰富

普遍存在于室内

氡自然存在于地球上几乎所有建筑物中,来源是土壤、岩石和建筑材料中铀-238的放射性衰变。其浓度因当地地质条件而显著不同,花岗岩基岩、磷酸盐矿床或富铀土壤地区的浓度尤其高。EPA估计,美国每15户住宅中就有1户的氡水平升高,使氡成为仅次于吸烟的第二大肺癌病因。

地质来源

氡-222在铀衰变链中持续形成,其起点是岩石和土壤中的铀-238。高氡地区包括雷丁普朗(宾夕法尼亚州、新泽西州、纽约州)、科罗拉多州、爱荷华州和北达科他州的部分地区。氡也可能来自井水,尤其是在具有花岗岩基岩或富铀含水层的地区。一些建筑材料,包括使用含铀骨料制成的混凝土,也可能是重要的室内氡来源。

大气分布

由于大气稀释,室外氡浓度通常较低(0.1-0.4 pCi/L),但由于在封闭空间内积聚,室内水平可能高出10-100倍。氡通过地基裂缝、集水泵、地漏和管道周围的缝隙进入建筑物。天气状况、土壤湿度和气压变化会显著影响氡的进入速率和室内浓度。

水源

氡很容易溶解在地下水中,尤其是在具有含铀基岩的地区。当受氡污染的水用于淋浴、洗涤或饮用时,氡气可能释放到室内空气中,或被直接摄入。EPA估计,水中的氡每年造成约168人死亡,私人水井从花岗岩或富铀含水层取水的地区风险最高。

处理

安全

氡具有放射性。 它没有稳定同位素——每个原子核都会衰变。的处理需要适当的屏蔽和许可。

肺癌的主要病因

氡是美国肺癌的第二大病因,每年约造成21,000人死亡。吸入氡后,其衰变产物(钋-218和钋-214)会附着在肺组织上并释放α辐射,造成可能导致癌症的DNA损伤。吸烟者的风险会大幅增加,因为烟草烟雾和氡暴露会对肺癌的发展产生协同作用。

室内空气质量威胁

EPA建议对所有住宅进行氡检测,因为即使是相邻房屋,氡水平也可能有很大差异。高于4 pCi/L的氡浓度需要治理,但没有任何水平被认为是完全安全的。儿童的风险更高,因为他们的呼吸频率更高,预期寿命也更长。学校和工作场所也应定期检测。

治理策略

有效的氡治理包括板下减压系统、改善通风以及封闭地基裂缝。建议由专业人员安装,因为不当治理实际上可能提高氡水平。治理后的检测对于确认系统有效性至关重要。房主还应检测供水,尤其是私人水井,因为氡可能在淋浴和洗涤过程中释放。

建议持续监测

氡水平会因天气状况、土壤湿度和气压变化而呈现季节性和日变化。长期检测(超过90天)能最准确地评估平均暴露量。电子连续监测仪可以追踪每日变化,并帮助识别影响氡进入的因素。建议每2-5年定期复测,尤其是在住宅翻修后。

快速解答

氡:常见问题

氡是什么?

氡(符号Rn)是元素周期表中的第86号元素,属于6周期18族的稀有气体。 一种从花岗岩中渗出的放射性稀有气体,也是导致肺癌的第二大原因。 在室温下为气态,并具有放射性。

氡的电子排布是什么?

氡的基态电子排布为[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶,共有6个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 32, 18, 8。 它的最外层有8个电子,这决定了它的成键行为。

氡的熔点和沸点是多少?

氡在202 K(-71.1 °C)熔化,在211.3 K(-61.8 °C)沸腾。

氡的原子量是多少?

氡没有稳定同位素,因此没有标准原子量。所列数值222是其已知寿命最长同位素的质量数。

氡的密度是多少?

氡在室温下为气态;在0 °C和1 atm下,其密度约为9.7 g/L,大致比空气重。

氡的电负性是多少?

氡的鲍林电负性为2.2。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 处于这一中间范围的数值通常对应共价键,而不是强离子键。

谁发现了氡,是在什么时候?

氡由Friedrich Ernst Dorn于1900年发现。 它以源自 radium,即其母元素命名。

氡在地球上有多常见?

氡在地球上不会以任何有意义的数量自然存在——它是在反应堆或加速器中制得的。

氡具有放射性吗?

是。氡没有稳定同位素——它的每个原子核都会衰变。 自然界中会以较重元素的衰变产物形式存在微量该元素。