Изотопы кислорода
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r ° (o) | |||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Есть три известных стабильных ( 8 изотопов кислорода O ) : 16
А
, 17
А
, и 18
А
.
Радиоактивные изотопы в диапазоне от 11
А
к 28
А
также были охарактеризованы, все недолговечны. Самый длинный радиоизотоп 15
А
С полураспадом 122,266 (43) с , в то время как самый короткий жил изотоп-это несвязанный 11
А
с полураспадами 198 (12) Йоклосекунд , хотя полураспада не были измерены для несвязанных тяжелых изотопов 27
А
и 28
А
. [ 3 ]
Список изотопов
[ редактировать ]Нуклид [ n 1 ] |
С | Не | Изотопная масса ( И ) [ 4 ] [ N 2 ] |
Период полураспада [ 5 ] [ Резонансная ширина ] |
Разлагаться режим [ 5 ] [ n 3 ] |
Дочь изотоп [ N 4 ] |
Спин и паритет [ 5 ] [ n 5 ] [ n 6 ] |
Естественное изобилие (моль -дробь) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | Нормальная пропорция [ 5 ] | Диапазон вариации | |||||||||||||||||
11 А [ 6 ] |
8 | 3 | 11.051 25 (6) | 198 (12) ys [ 2.31 (14) MEV ] |
2 с | 9 В |
(3/2−) | ||||||||||||
12 А |
8 | 4 | 12.034 368 (13) | 8.9 (3.3) zs | 2 с | 10 В |
0+ | ||||||||||||
13 А |
8 | 5 | 13.024 815 (10) | 8,58 (5) мс | беременный + ( 89.1(2)% ) | 13 Не |
(3/2−) | ||||||||||||
беременный + P ( 10,9 (2)% ) | 12 В | ||||||||||||||||||
беременный + P, α (< 0,1% ) | 2 4 Он [ 7 ] | ||||||||||||||||||
14 А |
8 | 6 | 14.008 596 706 (27) | 70.621 (11) с | беременный + | 14 Не |
0+ | ||||||||||||
15 А [ n 7 ] |
8 | 7 | 15.003 0656 (5) | 122,266 (43) с | беременный + | 15 Не |
1/2− | След [ 8 ] | |||||||||||
16 А [ n 8 ] |
8 | 8 | 15.994 914 619 257 (319) | Стабильный | 0+ | [ 0.997 38 , 0.997 76 ] [ 9 ] | |||||||||||||
17 А [ n 9 ] |
8 | 9 | 16.999 131 755 953 (692) | Стабильный | 5/2+ | [ 0.000 367 , 0.000 400 ] [ 9 ] | |||||||||||||
18 А [ n 8 ] [ n 10 ] |
8 | 10 | 17.999 159 612 136 (690) | Стабильный | 0+ | [ 0.001 87 , 0.002 22 ] [ 9 ] | |||||||||||||
19 А |
8 | 11 | 19.003 5780 (28) | 26.470 (6) с | беременный − | 19 Фон |
5/2+ | ||||||||||||
20 А |
8 | 12 | 20.004 0754 (9) | 13,51 (5) с | беременный − | 20 Фон |
0+ | ||||||||||||
21 А |
8 | 13 | 21.008 655 (13) | 3.42 (10) с | беременный − | 21 Фон |
(5/2+) | ||||||||||||
беременный − n? [ n 11 ] | 20 Фон ? | ||||||||||||||||||
22 А |
8 | 14 | 22.009 97 (6) | 2.25 (9) с | беременный − (> 78% ) | 22 Фон |
0+ | ||||||||||||
беременный − n (< 22% ) | 21 Фон | ||||||||||||||||||
23 А |
8 | 15 | 23.015 70 (13) | 97 (8) MS | беременный − ( 93(2)% ) | 23 Фон |
1/2+ | ||||||||||||
беременный − n ( 7 (2)% ) | 22 Фон | ||||||||||||||||||
24 А [ n 12 ] |
8 | 16 | 24.019 86 (18) | 77,4 (4,5) мс | беременный − ( 57(4)% ) | 24 Фон |
0+ | ||||||||||||
беременный − N ( 43 (4)% ) | 23 Фон | ||||||||||||||||||
25 А |
8 | 17 | 25.029 34 (18) | 5.18 (35) zs | не | 24 А |
3/2+ # | ||||||||||||
26 А |
8 | 18 | 26.037 21 (18) | 4.2 (3.3) PS | 2n | 24 А |
0+ | ||||||||||||
27 А [ 3 ] |
8 | 19 | ≥ 2,5 zs | не | 26 А |
(3/2+, 7/2−) | |||||||||||||
28 А [ 3 ] |
8 | 20 | ≥ 650 лет | 2n | 26 А |
0+ | |||||||||||||
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы: |
- ^ м O - возбужденный ядерный изомер .
- ^ () - Неопределенность (1 σ ) приведена в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^
Способы распада:
n: Нейтронный выброс П: Протоновый выброс - ^ Смелый символ как дочь - дочерний продукт стабилен.
- ^ () Значение спина - указывает на спин со слабыми аргументами назначения.
- ^ # - Значения, отмеченные #, не являются исключительно из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
- ^ Промежуточный продукт CNO-I в звездном нуклеосинтезе как часть процесса, продуцирующего гелий из водорода
- ^ Jump up to: а беременный Соотношение между 16
А
и 18
А
используется для вывода древних температур . - ^ Может использоваться в Яментных исследованиях метаболических путей.
- ^ Можно использовать при изучении определенных метаболических путей.
- ^ Показан режим распада, энергетически допускается, но не наблюдался экспериментально, наблюдается в этом нуклиде.
- ^ Самый тяжелый, связанный с частицами изотоп кислорода, см. Ядерную линию капельницы
Стабильные изотопы
[ редактировать ]
А
концентрируется в Ne-Shell, 17
А
в H-Shell и 18
А
в He-Shell.
Естественный кислород из трех стабильных изотопов , 16
А
, 17
А
, и 18
А
, с 16
А
быть наиболее распространенным (99,762% естественного изобилия ). В зависимости от наземного источника, стандартный атомный вес варьируется в диапазоне [ 15,999 03 , 15,999 77 ] ( обычное значение составляет 15,999).
16
А
имеет высокую относительную и абсолютную изобилие, потому что это основной продукт звездной эволюции и потому что он является первичным изотопом, что означает, что он может быть создан только звездами , которые изначально были только водородом . [ 10 ] Большинство 16
А
синтезируется ; в конце процесса слияния в звездах гелия Процесс тройного альфа создает 12
В
, который захватывает дополнительный 4
Он
ядро для производства 16
А
Полем Процесс неонового сжигания создает дополнительные 16
А
. [ 10 ]
Оба 17
А
и 18
А
являются вторичными изотопами, что означает, что их синтез требует ядер семян. 17
А
в первую очередь изготавливается сжиганием водорода в гелий в цикле CNO , что делает его обычным изотопом в зонах сжигания водорода звезд. [ 10 ] Большинство 18
А
производится, когда 14
Не
(Сделано в изобилии от сжигания CNO) захватывает 4
Он
Ядро, становится 18
Фон
Полем Это быстро (полураспада около 110 минут) бета-распадается на 18
А
Сделать этот изотоп распространенным в богатых гелиевых зонах звезд. [ 10 ] Около 10 9 Кельвин необходим для объединения кислорода в серу . [ 11 ]
Атомная масса 16 была отнесена к кислороду перед определением единой атомной массовой единицы на основе 12
В
. [ 12 ] Поскольку физики ссылались 16
А
Только в то время как химики означали естественную смесь изотопов, это привело к немного различным массовым масштабам.
Приложения различных изотопов
[ редактировать ]Измерения 18 / 16 O Соотношение часто используется для интерпретации изменений в палеоклимате . Кислород в воздухе земли составляет 99,759% 16
А
, 0.037% 17
А
и 0,204% 18
А
. [ 13 ] Молекулы воды с более легким изотопом немного чаще испаряются и реже падают в качестве осадков , [ 14 ] Таким образом, пресноводная и полярный лед Земли немного меньше ( 0,1981% ) 18
А
чем воздух ( 0,204% ) или морская вода ( 0,1995% ). Это несоответствие позволяет анализировать паттерны температуры с помощью исторических ледяных ядер .
Сплошные образцы (органические и неорганические) для изотопных соотношений кислорода обычно хранятся в чашках серебра и измеряются с помощью пиролиза и масс -спектрометрии . [ 15 ] Исследователи должны избегать неправильного или длительного хранения образцов для точных измерений. [ 15 ]
Из -за того, что естественный кислород в основном 16
O , Образцы, обогащенные другими стабильными изотопами, могут использоваться для маркировки изотопа . Например, было доказано, что кислород, выпущенный в фотосинтезе, происходит в H 2 O , а не в также потребляемом CO 2 , посредством экспериментов по отслеживанию изотопа. Кислород, содержащийся в CO 2 , в свою очередь, используется для составления сахаров, образованных фотосинтезом.
В реакторах с тяжелой водой модератор нейтронов предпочтительно должен быть низким в 17
O и 18
O из -за их более высокого поперечного сечения поглощения нейтронов по сравнению с 16
О. Хотя этот эффект также может наблюдаться в реакторах с легкой водой , обычный водород ( протеум ) имеет более высокий поперечный сечение поглощения, чем любой стабильный изотоп кислорода, а его числовая плотность в два раза выше, чем у кислорода, так что этот эффект незначителен. Поскольку некоторые методы разделения изотопов обогащают не только более тяжелые изотопы водорода, но и более тяжелые изотопы кислорода при производстве тяжелой воды , концентрация 17
O и 18
O может быть измеренно выше. Кроме того, 17
O (n, a) 14
C Реакция является еще одним нежелательным результатом повышенной концентрации более тяжелых изотопов кислорода. Следовательно, средства, которые удаляют триция из тяжелой воды, используемой в ядерных реакторах, часто также удаляют или, по крайней мере, уменьшают количество более тяжелых изотопов кислорода.
Изотопы кислорода также используются для отслеживания композиции океана и температуры, из которых происходит морепродукты . [ 16 ]
Радиоизотопы
[ редактировать ]Тринадцать радиоизотопов были охарактеризованы; самые стабильные 15
А
с полураспадом 122,266 (43) с и 14
А
с полураспадом 70,621 (11) с . Все оставшиеся радиоизотопы имеют период полураспада менее 27 с , и большинство имеют период полураспада менее 0,1 с. Четыре самых тяжелых известных изотопов (вплоть до 28
А
) распад путем выброса нейтронов в
24
А
, чей период полураспада составляет 77,4 (4,5) мс . Этот изотоп вместе с 28 Ne , использовались в модели реакций в коре нейтронных звезд. [ 17 ] Наиболее распространенным режимом распада для изотопов легче, чем стабильные изотопы, является β + распад до азота , и наиболее распространенный режим после IS β − распад до фтора .
Кислород-13
[ редактировать ]Кислород-13 является нестабильным изотопом , с 8 протонами и 5 нейтронами. Он имеет Spin 3/2- и полураспада 8,58 (5) мс . Его атомная масса составляет 13,024 815 (10) да . Он распадается до азота-13 путем захвата электронов, с энергией распада 17,770 (10) MEV . Его родительским нуклидом является фторином-14 .
Кислород-14
[ редактировать ]Кислород-14 является вторым наиболее стабильным радиоизотопом. кислорода-14 Ионные лучи представляют интерес для исследователей ядер, богатых протоном; Например, один ранний эксперимент на объекте для редких изотопных балок в Восточном Лансинге, штат Мичиган , использовал 14 O Луч для изучения бета -распада перехода этого изотопа на 14 Северный [ 18 ] [ 19 ]
Кислород-15
[ редактировать ]Кислород-15-это радиоизотоп, часто используемый в позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). Это может быть использовано, среди прочего, для домашних животных для перфузионной визуализации миокарда и для мозга . визуализации [ 20 ] [ 21 ] Он имеет атомную массу 15,003 0656 (5) и период полураспада 122,266 (43) с . Он производится за счет Deuteron бомбардировки азота-14 с использованием циклотрона . [ 22 ]
- 14
Не
+ 2
ЧАС
→ 15
А
+ n
Кислород-15 и азот-13 производится в воздухе, когда гамма-лучи (например, из молнии ) выбивают нейтроны 16 O и 14 N: [ 23 ]
- 16
А
+ C → 15
А
+ n - 14
Не
+ C → 13
Не
+ n
15
А
распадается до 15
Не
, излучает позитрон . Позитрон быстро уничтожает с помощью электрона, производя два гамма -луча около 511 кэВ. После молнии это гамма-радиация умирает с полураспадом 2 минут, но эти гамма-лучи с низким энергопотреблением в среднем проходят только около 90 метров по воздуху. Вместе с лучами, полученными из позитронов из азота-13, они могут быть обнаружены только в течение минуты или около того, как «облако» 15
А
и 13
Не
плавает мимо, переносится ветром. [ 8 ]
Кислород-20
[ редактировать ]Кислород-20 имеет период полураспада 13,51 ± 0,05 с и распадает β − распадаться до 20 F. Это одна из известных выброшенных частиц кластера , излучаемых в распаде 228 Th с соотношением ветвления составляет около (1,13 ± 0,22) × 10 −13 . [ 24 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Стандартные атомные веса: кислород» . Ciaaw . 2009
- ^ Прохаска, Томас; Irrgeher, Johanna; Благосостояние, Жаклин; Böhlke, John K.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Ding, наконечник; Данн, Филипп Дж.Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 .
- ^ Jump up to: а беременный в Kondo, Y.; Achouri, NL; Falou, H. Al; и др. (2023-08-30). «Первое наблюдение 28O» . Природа . 620 (7976). Springer Science and Business Media LLC: 965–970. Bibcode : 2023natur.620..965K . doi : 10.1038/s41586-023-06352-6 . ISSN 0028-0836 . PMC 10630140 . PMID 37648757 .
- ^ Ван, Мэн; Хуан, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Найми С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Китайская физика c . 45 (3): 030003. DOI : 10.1088/1674-1137/Abddaf .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Kondev, FG; Ван, М.; Хуан, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств Nubase2020» (PDF) . Китайская физика c . 45 (3): 030001. DOI : 10.1088/1674-1137/Abddae .
- ^ Уэбб, ТБ; и др. (2019). "Первое наблюдение за несвязанными 11 O, зеркало ядра ореола 11 Li ". Письма о физическом обзоре . 122 (12): 122501–1–122501–7. : 1812.08880 . Bibcode : 2019 Phrvl.122L2501W . DOI : 10.1103/Physrevlett.122.12201 . PMID 30978039. . S2CID 844444422222222 ARXIV
- ^ Палежа, мая (2023-09-05). «Ученые наблюдают за разрушением ядра на четыре частицы» . Интересная нагрузка ..com . Получено 2023-09-29 .
- ^ Jump up to: а беременный Теруаки Эното; и др. (23 ноября 2017 г.). «Фотоядерные реакции, вызванные молниеносным разрядом». Природа . 551 (7681): 481–484. Arxiv : 1711.08044 . Bibcode : 2017natur.551..481e . doi : 10.1038/nature24630 . PMID 29168803 . S2CID 4388159 .
- ^ Jump up to: а беременный в «Атомный вес кислорода | Комиссия по изотопным численности и атомным весам» . ciaaw.org . Получено 2022-03-15 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый BS Meyer (19–21 сентября 2005 г.). «Нуклеосинтез и галактическая химическая эволюция изотопов кислорода» (PDF) . Материалы программы космохимии НАСА и Лунного и планетарного института . Рабочая группа по кислороду в самой ранней солнечной системе . Гатлинбург, Теннесси. 9022.
- ^ Emsley 2001 , p. 297
- ^ Parks & Mellor 1939 , глава VI, раздел 7.
- ^ Cook & Lauer 1968 , p. 500.
- ^ Danceard, W (1964). «Стабильные изотопы при осадке» (PDF ) Теллус 16 (4): 436–4 Bibcode : 1964tell ... 16..436d Doi : 10.1111/ j.2153-3490.1964.tb0
- ^ Jump up to: а беременный Цанг, мужчина-Инь; Яо, Вейки; Це, Кевин (2020). Ким, Ил-Нам (ред.). «Окисленные серебристые чашки могут искать результаты изотопа кислорода небольших образцов» . Экспериментальные результаты . 1 : E12. doi : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN 2516-712X .
- ^ Мартино, Жасмин С.; Trueman, Clive N.; Мазумдер, Дебашиш; Кроуфорд, Ягода; Doubleday, Зоэ А. (12 сентября 2022 г.). «Использование« химического снятия пальцев »для борьбы с мошенничеством с морепродуктами и незаконной рыбалкой» . Рыба и рыболовство . 23 (6). Phys.org : 1455–1468. doi : 10.1111/faf.12703 . S2CID 252173914 . Архивировано из оригинала 13 сентября 2022 года . Получено 13 сентября 2022 года .
{{cite journal}}
: CS1 Maint: Bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Берри, DK; Горовиц, CJ (апрель 2008 г.). «Слияние изотопов богатых нейтронов в коре аккреции нейтронных звезд» . Физический обзор c . 77 (4): 045807. Arxiv : 0710.5714 . Bibcode : 2008 Phrvc..77d5807h . doi : 10.1103/physrevc.77.045807 . S2CID 118639621 .
- ^ «APS - FALF 2022 Встреча отдела APS по ядерной физике - событие - Производство балки кислорода -14 при 5 и 15 мэв/U с спектрометром MARS» . Бюллетень американского физического общества . 67 (17). Американское физическое общество.
- ^ Энергия, Департамент США. «Исследователи разрабатывают новый метод для изучения ядерных реакций на короткоживущие изотопы, участвующие в взрывах звезд» . Phys.org . Получено 16 декабря 2023 года .
- ^ Ришплер, Кристоф; Хигучи, Такахиро; Неколла, Стефан Г. (22 ноября 2014 г.). «Текущий и будущий статус перфузионных индикаторов миокарда домашних животных». Текущие отчеты о сердечно -сосудистой визу . 8 (1): 333–343. doi : 10.1007/s12410-014-9303-z . S2CID 72703962 .
- ^ Ким, Э. Эдмунд; Ли, Мен-Чул; Иноуэ, Томио; Вонг, Вай-Хой (2012). Клинический домашний живот и PET/CT: принципы и приложения . Спрингер. п. 182. ISBN 9781441908025 .
- ^ «Производство радионуклидов домашних животных» . Остинская больница, Остин Здоровье. Архивировано из оригинала 15 января 2013 года . Получено 6 декабря 2012 года .
- ^ Тиммер, Джон (25 ноября 2017 г.). «Удары молнии оставляют позади радиоактивное облако» . Ars Technica .
- ^ Bonetti, R.; Guglielmetti, A. (2007). «Радиоактивность кластера: обзор через двадцать лет» (PDF) . Румынский отчеты по физике . 59 : 301–310. Архивировано из оригинала (PDF) 19 сентября 2016 года.
- Кук, Герхард А.; Лауэр, Кэрол М. (1968). «Кислород». В Клиффорде А. Хэмпел (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью -Йорк: Рейнхольд Корпорация. С. 499–512 . LCCN 68-29938 .
- Эмсли, Джон (2001). «Кислород» . Строительные блоки природы: руководство A - Z по элементам . Оксфорд, Англия, Великобритания: издательство Оксфордского университета. С. 297–304 . ISBN 978-0-19-850340-8 .
- Парки, GD; Mellor, JW (1939). Современная неорганическая химия Меллора (6 -е изд.). Лондон: Longmans, Green and Co.