Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основные изотопы кислорода  ( 8 O)
ИзотопРазлагаться
избытокпериод полураспада ( т 1/2 )Режимтовар
16 O99,76%стабильный
17 O0,04%стабильный
18 O0,20%стабильный
Стандартный атомный вес A r, стандартный (O)
  • [15.999 03 , г. 15.999 77 ] [1]
  • Обычный: 15,999

Есть три известных стабильных изотопов из кислорода ( 8 O): 16 O , 17 O и 18 O .

Радиоактивные изотопы в диапазоне от 11 O до 26 O также были охарактеризованы, все они короткоживущие. Самый долгоживущий радиоизотоп - 15 O с периодом полураспада 122,24 секунды , а самый короткоживущий изотоп - 12 O с периодом полураспада 580 (30) × 10 -24 секунды (период полураспада несвязанного 11 O пока неизвестно).

Список изотопов [ править ]

Нуклид [2]
[n 1]		ZNИзотопная масса ( Да ) [3] [n 2]
Период полураспада

[ ширина резонанса ]
Режим распада
[n 3]		Дочерний изотоп
[n 4]		Спин и
паритет
[n 5] [n 6]		Естественное изобилие (мольная доля)
Энергия возбужденияНормальная пропорцияДиапазон вариации
11 O [4]83[~ 3,4 МэВ ]2p9 С3 / 2−, 5/2 +
12 O8412.034262 (26)> 6,3 (30) × 10 −21  с
[0,40 (25) МэВ]		2р (60,0%)10 С0+
р (40,0%)11 с.ш.
13 O8513.024815 (10)8,58 (5) мсβ + (89,1%)13 с.ш.(3/2-)
β + , p (10,9%)12 С
14 O8614.008596706 (27)70.620 (13) сβ +14 с.ш.0+
15 O8715.0030656 (5)122,24 (16) сβ +15 с.ш.1 / 2-
16 O [n 7]8815.99491461960 (17)Стабильный0+0,99757 (16)0,99738–0,99776
17 O [n 8]8916.9991317566 (7)Стабильный5/2 +3,8 (1) × 10 −4(3,7–4,0) × 10 −4
18 O [n 7] [n 9]81017.9991596128 (8)Стабильный0+2,05 (14) × 10 −3(1,88–2,22) × 10 −3
19 O81119.0035780 (28)26.470 (6) сβ -19 F5/2 +
20 O81220.0040754 (9)13,51 (5) сβ -20 F0+
21 O81321.008655 (13)3,42 (10) сβ -21 F(5/2 +)
22 O81422.00997 (6)2.25 (9) сβ - (78%)22 ж0+
β - , n (22%)21 F
23 O81523,01570 (13)97 (8) мсβ - (93%)23 F1/2 +
β - , n (7%)22 ж
24 O81624.01986 (18)77,4 (45) мсβ - (57%)24 F0+
β - , n (43%)23 F
25 O81725.02934 (18)5,18 (0,35) × 10 −21 сп24 O3/2 + #
26 O81826.03721 (18)4,2 (3,3) л.с.2n24 O
  1. ^ m O - Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ Режимы распада:
    n:Эмиссия нейтронов
    п:Эмиссия протонов
  4. ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
  5. ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  6. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  7. ^ a b Отношение между 16 O и 18 O используется для определения древних температур .
  8. ^ Может использоваться в ЯМР-исследованиях метаболических путей.
  9. ^ Может использоваться при изучении определенных метаболических путей.

Стабильные изотопы [ править ]

В конце жизни массивной звезды 16 O концентрируется в O-оболочке, 17 O - в H-оболочке и 18 O - в He-оболочке.

Встречающийся в природе кислород состоит из трех стабильных изотопов : 16 O , 17 O и 18 O , из которых 16 O является наиболее распространенным ( естественное содержание 99,762% ). В зависимости от земного источника стандартный атомный вес варьируется в пределах [15.999 03 , г.15,999 77 ] ( условное значение 15,999).

Относительное и абсолютное содержание 16 O велико, потому что это основной продукт звездной эволюции и потому, что это первичный изотоп, то есть его могут образовывать звезды , которые изначально были сделаны исключительно из водорода . [5] Большая часть 16 O синтезируется в конце процесса синтеза гелия в звездах ; реакция тройного альфа создает 12 C , который захватывает дополнительно 4 He, чтобы получить 16 O. В процессе горения неона образуются дополнительные 16 O. [5]

И 17 О, и 18 О являются вторичными изотопами, а это означает, что для их нуклеосинтеза необходимы зародышевые ядра. 17 O в основном образуется при сжигании водорода в гелий во время цикла CNO , что делает его обычным изотопом в зонах горения водорода на звездах. [5] Наиболее 18 O образуется при 14 Н (сделанный в изобилии от сжигания CNO) захватывает 4 He ядро, став 18 F . Он быстро распадается до 18 O, что делает этот изотоп обычным в богатых гелием зонах звезд. [5]Приблизительно миллиард градусов Цельсия требуется, чтобы два ядра кислорода подверглись ядерному слиянию и образовали более тяжелое ядро серы . [6]

Измерения отношения кислорода-18 к кислороду-16 часто используются для интерпретации изменений палеоклимата . Изотопный состав кислорода атомов в атмосфере Земли составляет 99,759% 16 O, 0,037% 17 O и 0,204% 18 вывода . [7] Из - за воду молекула , содержащая более легкие изотопы немного более вероятно, испаряются и выпадают в виде осадков , [8] свежая вода и полярный лед на земле содержат чуть менее (0.1981%) тяжелый изотоп 18 O , чем воздух (0,204%) или морская вода(0,1995%). Это несоответствие позволяет анализировать температурные режимы по историческим кернам льда .

Твердые образцы (органические и неорганические) для определения изотопного отношения кислорода обычно хранятся в серебряных чашках и измеряются пиролизом и масс-спектрометрией . [9] Исследователи должны избегать ненадлежащего или длительного хранения образцов для точных измерений. [9]

Атомная масса 16 была присвоена кислороду до определения единой атомной единицы массы, основанной на 12 C. [10] Поскольку физики упоминали только 16 O, в то время как химики имели в виду смесь изотопов в изобилии в природе, это привело к небольшому разные массовые масштабы между двумя дисциплинами.

Радиоизотопы [ править ]

Было охарактеризовано тринадцать радиоизотопов , наиболее стабильным из которых является 15 O с периодом полураспада 122,24 с и 14 O с периодом полураспада 70,606 с. [11] Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 27 с, а у большинства из них период полураспада менее 83  миллисекунд (мс). [11] Например, 24 O имеет период полураспада 61 мс. [12] Наиболее распространенным способом распада изотопов легче стабильных изотопов является β + -распад (до азота ) [13][14] [15] и наиболее распространенной модой после этого является β - распад (до фтора ).

Кислород-13 [ править ]

Кислород-13 - нестабильный изотоп кислорода. Он состоит из 8 протонов и электронов и 5 нейтронов. Он имеет спин 3/2 и период полураспада 8,58 мс . Его атомная масса 13,0248 Да . Он распадается до азота -13 при захвате электронов и имеет энергию распада 17,765 МэВ . [16] Его родительский нуклид - фтор-14 . [17]

Кислород-15 [ править ]

Кислород-15 - это радиоактивный изотоп кислорода, часто используемый в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Среди прочего, его можно использовать в воде для ПЭТ- визуализации перфузии миокарда и для визуализации головного мозга . [18] [19] Он имеет 8 протонов, 7 нейтронов и 8 электронов. Полная атомная масса 15,0030654 а.е.м. Его период полураспада составляет 122,24 секунды. [20] Кислород-15 синтезируется путем бомбардировки дейтронами азота-14 с использованием циклотрона . [21]

Кислород-15 и азот-13 производятся в атмосфере, когда гамма-лучи (например, от молнии ) выбивают нейтроны из кислорода-16 и азота-14: [22]

16 O + γ → 15 O + п
14 N + γ → 13 N + n

Изотоп кислорода-15 распадается с периодом полураспада около двух минут до азота-15, испуская позитрон . Позитрон быстро аннигилирует с электроном, производя два гамма-излучения с энергией около 511 кэВ. После удара молнии это гамма-излучение затухает с периодом полураспада в две минуты, но эти низкоэнергетические гамма-лучи проходят в среднем только около 90 метров по воздуху. Вместе с лучами позитронов из азота-13 они могут быть обнаружены только в течение минуты или около того, поскольку «облако» 15 O и 13 N проплывает мимо, уносимое ветром. [23]

См. Также [ править ]

  • Эффект Доула

Ссылки [ править ]

  1. ^ Meija, Juris; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав взяты из: Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
  3. ^ Ван, М .; Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Хуанг, WJ; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030003 .
  4. ^ Уэбб, ТБ; и другие. (2019). «Первое наблюдение несвязанного 11 O, зеркала ядра гало 11 Li». Письма с физическим обзором . 122 (12): 122501-1–122501-7. arXiv : 1812.08880 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.122501 .
  5. ^ а б в г Б. С. Мейер (19–21 сентября 2005 г.). «Нуклеосинтез и галактическая химическая эволюция изотопов кислорода» (PDF) . Труды программы НАСА по космохимии и Лунно-планетного института . Рабочая группа по кислороду в древнейшей солнечной системе . Гатлинбург, Теннесси. 9022.
  6. ^ Emsley 2001 , стр. 297.
  7. ^ Кук и Лауэр 1968 , стр. 500.
  8. ^ Dansgaard W (1964). «Стабильные изотопы в осадках» (PDF) . Теллус . 16 (4): 436–468. Bibcode : 1964TellA..16..436D . DOI : 10.1111 / j.2153-3490.1964.tb00181.x .
  9. ^ а б Цанг, Мань-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Чашки из оксидированного серебра могут исказить результаты измерения изотопов кислорода малых образцов» . Результаты экспериментов . 1 : e12. DOI : 10.1017 / exp.2020.15 . ISSN 2516-712X . 
  10. ^ Parks & Меллора 1939 , глава VI, раздел 7.
  11. ^ а б К. Л. Барбалас. «Периодическая таблица элементов: O - кислород» . EnvironmentalChemistry.com . Проверено 17 декабря 2007 .
  12. ^ Экстрём, LP; Файерстоун, РБ (28 февраля 1999 г.). «Кислород-24» . WWW Таблица радиоактивных изотопов . LUNDS Universitet , LBNL Isotopes Project. Архивировано из оригинального 13 августа 2009 года . Проверено 8 июня 2009 .
  13. ^ «НУДАТ» . Проверено 6 июля 2009 .
  14. ^ «НУДАТ» . Проверено 6 июля 2009 .
  15. ^ «НУДАТ» . Проверено 6 июля 2009 .
  16. ^ "Периодическая таблица элементов: O - кислород" . EnvironmentalChemistry.com . 1995-10-22 . Проверено 2 декабря 2014 .
  17. ^ "Периодическая таблица элементов: F - фтор" . EnvironmentalChemistry.com . 1995-10-22 . Проверено 2 декабря 2014 .
  18. ^ Ришплер, Кристоф; Хигучи, Такахиро; Неколла, Стефан Г. (22 ноября 2014 г.). «Текущее и будущее состояние ПЭТ-индикаторов перфузии миокарда». Текущие отчеты о сердечно-сосудистой визуализации . 8 (1): 333–343. DOI : 10.1007 / s12410-014-9303-Z .
  19. ^ Ким, Э. Эдмунд; Ли, Мён-Чул; Иноуэ, Томио; Вонг, Вай-Хой (2012). Клиническая ПЭТ и ПЭТ / КТ: принципы и применение . Springer. п. 182. ISBN. 9781441908025.
  20. ^ «Кислород 15 - определение кислорода 15 по Медицинскому словарю» . Медицинский словарь . Проверено 2 декабря 2014 .
  21. ^ «Производство радионуклидов ПЭТ» . Больница Остина, Austin Health. Архивировано из оригинального 15 января 2013 года . Проверено 6 декабря 2012 года .
  22. ^ Timmer, Джон (25 ноября 2017). «Удары молнии оставляют после себя радиоактивное облако» . Ars Technica .
  23. ^ Теруаки Эното; и другие. (23 ноября, 2017). «Фотоядерные реакции, вызванные разрядом молнии». Природа . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode : 2017Natur.551..481E . DOI : 10.1038 / nature24630 . PMID 29168803 . 
  • Кук, Герхард А .; Лауэр, Кэрол М. (1968). «Кислород». В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью-Йорк: Книжная корпорация Рейнхольда. С.  499–512 . LCCN  68-29938 .
  • Эмсли, Джон (2001). «Кислород». Природа Строительные блоки: A-Z Руководство по элементам . Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. С.  297–304 . ISBN 978-0-19-850340-8.
  • Парки, ГД; Меллор, JW (1939). Современная неорганическая химия Меллора (6-е изд.). Лондон: Longmans, Green and Co.