Есть три известных стабильных изотопов из кислорода ( 8 O): 16 O , 17 O и 18 O .
| ||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, стандартный (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
Нуклид [2] [n 1] | Z | N | Изотопная масса( Да ) [3] [n 2] | Период полураспада [ ширина резонанса ] | Режим распада [n 3] | Дочерний изотоп [n 4] | Спин и паритет [n 5] [n 6] | Природное изобилие (мольная доля) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | Нормальная пропорция | Диапазон вариации | |||||||
11 O [4] | 8 | 3 | [~ 3,4 МэВ ] | 2p | 9 С | 3 / 2−, 5/2 + | |||
12 O | 8 | 4 | 12.034262 (26) | > 6,3 (30) × 10 −21 с [0,40 (25) МэВ] | 2р (60,0%) | 10 С | 0+ | ||
р (40,0%) | 11 с.ш. | ||||||||
13 O | 8 | 5 | 13.024815 (10) | 8,58 (5) мс | β + (89,1%) | 13 с.ш. | (3/2-) | ||
β + , p (10,9%) | 12 С | ||||||||
14 O | 8 | 6 | 14.008596706 (27) | 70.620 (13) с | β + | 14 с.ш. | 0+ | ||
15 O | 8 | 7 | 15.0030656 (5) | 122,24 (16) с | β + | 15 с.ш. | 1 / 2- | ||
16 O [n 7] | 8 | 8 | 15.99491461960 (17) | Стабильный | 0+ | 0,99757 (16) | 0,99738–0,99776 | ||
17 O [n 8] | 8 | 9 | 16.9991317566 (7) | Стабильный | 5/2 + | 3,8 (1) × 10 −4 | (3,7–4,0) × 10 −4 | ||
18 O [n 7] [n 9] | 8 | 10 | 17.9991596128 (8) | Стабильный | 0+ | 2,05 (14) × 10 −3 | (1,88–2,22) × 10 −3 | ||
19 O | 8 | 11 | 19.0035780 (28) | 26.470 (6) с | β - | 19 F | 5/2 + | ||
20 O | 8 | 12 | 20.0040754 (9) | 13,51 (5) с | β - | 20 F | 0+ | ||
21 O | 8 | 13 | 21.008655 (13) | 3,42 (10) с | β - | 21 F | (5/2 +) | ||
22 O | 8 | 14 | 22.00997 (6) | 2.25 (9) с | β - (78%) | 22 ж | 0+ | ||
β - , n (22%) | 21 F | ||||||||
23 O | 8 | 15 | 23,01570 (13) | 97 (8) мс | β - (93%) | 23 F | 1/2 + | ||
β - , n (7%) | 22 ж | ||||||||
24 O | 8 | 16 | 24.01986 (18) | 77,4 (45) мс | β - (57%) | 24 F | 0+ | ||
β - , n (43%) | 23 F | ||||||||
25 O | 8 | 17 | 25.02934 (18) | 5,18 (0,35) × 10 −21 с | п | 24 O | 3/2 + # | ||
26 O | 8 | 18 | 26.03721 (18) | 4,2 (3,3) л.с. | 2n | 24 O |
- ^ m O - Возбужденный ядерный изомер .
- ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ Режимы распада:
n: Эмиссия нейтронов п: Эмиссия протонов - ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
- ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
- ^ a b Отношение между 16 O и 18 O используется для определения древних температур .
- ^ Может использоваться в ЯМР-исследованиях метаболических путей.
- ^ Может использоваться при изучении определенных метаболических путей.
Стабильные изотопы
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
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 распространенный тип распада изотопов легче , чем изотопы стабильна β + распад (с азотом ) [13] [14] [15] и наиболее распространенным способом после того, как это β - распад (с фтором ).
Кислород-13
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
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]
Смотрите также
- Эффект Доула
Рекомендации
- ^ 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 .
- ^ Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав получены 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 . - ^ Wang, M .; 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ Emsley 2001 , стр. 297.
- ^ Кук и Лауэр 1968 , стр. 500.
- ^ Дансгаард, 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 .
- ^ а б Цанг, Ман-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 .
- ^ Parks & Меллора 1939 , глава VI, раздел 7.
- ^ а б KL Barbalace. «Периодическая таблица элементов: O - кислород» . EnvironmentalChemistry.com . Проверено 17 декабря 2007 .
- ^ 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 .
- ^ «НУДАТ» . Проверено 6 июля 2009 .
- ^ «НУДАТ» . Проверено 6 июля 2009 .
- ^ «НУДАТ» . Проверено 6 июля 2009 .
- ^ «Периодическая таблица элементов: O - кислород» . EnvironmentalChemistry.com . 1995-10-22 . Проверено 2 декабря 2014 .
- ^ «Периодическая таблица элементов: F - фтор» . EnvironmentalChemistry.com . 1995-10-22 . Проверено 2 декабря 2014 .
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ «Кислород 15 - определение кислорода 15 по Медицинскому словарю» . Медицинский словарь . Проверено 2 декабря 2014 .
- ^ «Производство радионуклидов ПЭТ» . Больница Остина, Austin Health. Архивировано из оригинального 15 января 2013 года . Проверено 6 декабря 2012 года .
- ^ Тиммер, Джон (25 ноября 2017 г.). «Удары молнии оставляют после себя радиоактивное облако» . Ars Technica .
- ^ 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.