Изотопы кислорода
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Стандартный атомный вес А р °(О) | |||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Известны три стабильных ( 8 изотопа кислорода O ) : 16
ТО
, 17
ТО
, и 18
ТО
.
Радиоактивные изотопы от 11
ТО
к 28
ТО
также были охарактеризованы, все они недолговечны. Самый долгоживущий радиоизотоп – 15
ТО
с периодом 122,266 полураспада (43) с , а самым короткоживущим изотопом является несвязанный 11
ТО
с периодом полураспада 198 (12) йоктосекунд , хотя периоды полураспада для несвязанных тяжелых изотопов не измерялись. 27
ТО
и 28
ТО
. [ 3 ]
Список изотопов
[ редактировать ]| Нуклид [ н 1 ] |
С | Н | Изотопная масса ( Да ) [ 4 ] [ н 2 ] |
Период полураспада [ 5 ] [ ширина резонанса ] |
Разлагаться режим [ 5 ] [ н 3 ] |
Дочь изотоп [ н 4 ] |
Спин и паритет [ 5 ] [ n 5 ] [ n 6 ] |
Природное изобилие (молярная доля) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | Нормальная пропорция [ 5 ] | Диапазон вариаций | |||||||||||||||||
| 11 ТО [ 6 ] |
8 | 3 | 11.051 25 (6) | 198(12) лет [ 2,31(14) МэВ ] |
2р | 9 С |
(3/2−) | ||||||||||||
| 12 ТО |
8 | 4 | 12.034 368 (13) | 8,9(3,3) зс | 2р | 10 С |
0+ | ||||||||||||
| 13 ТО |
8 | 5 | 13.024 815 (10) | 8,58(5) мс | б + ( 89.1(2)% ) | 13 Н |
(3/2−) | ||||||||||||
| б + р ( 10,9(2)% ) | 12 С | ||||||||||||||||||
| б + р,α (< 0,1% ) | 2 4 Он [ 7 ] | ||||||||||||||||||
| 14 ТО |
8 | 6 | 14.008 596 706 (27) | 70,621(11) с | б + | 14 Н |
0+ | ||||||||||||
| 15 ТО [ n 7 ] |
8 | 7 | 15.003 0656 (5) | 122,266(43) с | б + | 15 Н |
1/2− | След [ 8 ] | |||||||||||
| 16 ТО [ н 8 ] |
8 | 8 | 15.994 914 619 257 (319) | Стабильный | 0+ | [ 0.997 38 , 0.997 76 ] [ 9 ] | |||||||||||||
| 17 ТО [ n 9 ] |
8 | 9 | 16.999 131 755 953 (692) | Стабильный | 5/2+ | [ 0.000 367 , 0.000 400 ] [ 9 ] | |||||||||||||
| 18 ТО [ н 8 ] [ n 10 ] |
8 | 10 | 17.999 159 612 136 (690) | Стабильный | 0+ | [ 0.001 87 , 0.002 22 ] [ 9 ] | |||||||||||||
| 19 ТО |
8 | 11 | 19.003 5780 (28) | 26,470(6) с | б − | 19 Ф |
5/2+ | ||||||||||||
| 20 ТО |
8 | 12 | 20.004 0754 (9) | 13,51(5) с | б − | 20 Ф |
0+ | ||||||||||||
| 21 ТО |
8 | 13 | 21.008 655 (13) | 3,42(10) с | б − | 21 Ф |
(5/2+) | ||||||||||||
| б − н? [ n 11 ] | 20 Ф ? | ||||||||||||||||||
| 22 ТО |
8 | 14 | 22.009 97 (6) | 2,25(9) с | б − (> 78% ) | 22 Ф |
0+ | ||||||||||||
| б − п (< 22% ) | 21 Ф | ||||||||||||||||||
| 23 ТО |
8 | 15 | 23.015 70 (13) | 97(8) мс | б − ( 93(2)% ) | 23 Ф |
1/2+ | ||||||||||||
| б − п ( 7(2)% ) | 22 Ф | ||||||||||||||||||
| 24 ТО [ n 12 ] |
8 | 16 | 24.019 86 (18) | 77,4(4,5) мс | б − ( 57(4)% ) | 24 Ф |
0+ | ||||||||||||
| б − п ( 43(4)% ) | 23 Ф | ||||||||||||||||||
| 25 ТО |
8 | 17 | 25.029 34 (18) | 5.18(35) зс | н | 24 ТО |
3/2+ # | ||||||||||||
| 26 ТО |
8 | 18 | 26.037 21 (18) | 4,2(3,3) пс | 2н | 24 ТО |
0+ | ||||||||||||
| 27 ТО [ 3 ] |
8 | 19 | ≥ 2,5 зз | н | 26 ТО |
(3/2+, 7/2−) | |||||||||||||
| 28 ТО [ 3 ] |
8 | 20 | ≥ 650 лет | 2н | 26 ТО |
0+ | |||||||||||||
| Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы: | |||||||||||||||||||
- ^ м О – Возбужденный ядерный изомер .
- ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) указывается в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^
Режимы распада:
н: Нейтронная эмиссия п: Протонная эмиссия - ^ Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
- ^ ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
- ^ Промежуточный продукт CNO-I в звездном нуклеосинтезе как часть процесса получения гелия из водорода.
- ^ Jump up to: а б Соотношение между 16
ТО
и 18
ТО
используется для определения древних температур . - ^ Может использоваться в ЯМР-исследованиях метаболических путей.
- ^ Может использоваться при изучении определенных метаболических путей.
- ^ Показанный режим распада энергетически разрешен, но экспериментально не наблюдался в этом нуклиде.
- ^ Самый тяжелый изотоп кислорода, связанный с частицами, см. Ядерную капельную линию.
Стабильные изотопы
[ редактировать ]
ТО
концентрируется в Ne-оболочке, 17
ТО
в H-оболочке и 18
ТО
в He-оболочке.
Природный кислород состоит из трех стабильных изотопов . 16
ТО
, 17
ТО
, и 18
ТО
, с 16
ТО
является самым многочисленным (99,762% естественной численности ). В зависимости от земного источника стандартный атомный вес варьируется в пределах [ 15,999 03 , 15,999 77 ] ( условное значение — 15,999).
16
ТО
имеет высокое относительное и абсолютное содержание, поскольку является основным продуктом звездной эволюции и первичным изотопом, что означает, что он может образовываться звездами , которые изначально состояли только из водорода . [ 10 ] Большинство 16
ТО
синтезируется ; в конце гелия в звездах процесса синтеза процесс тройной альфа создает 12
С
, который фиксирует дополнительный 4
Он
ядро для производства 16
ТО
. Процесс горения неона создает дополнительные 16
ТО
. [ 10 ]
Оба 17
ТО
и 18
ТО
являются вторичными изотопами, то есть для их синтеза требуются зародышевые ядра. 17
ТО
в основном производится путем сжигания водорода в гелий в цикле CNO , что делает его распространенным изотопом в зонах горения водорода звезд. [ 10 ] Большинство 18
ТО
производится, когда 14
Н
(появившийся в изобилии в результате сжигания CNO) захватывает 4
Он
ядро, становясь 18
Ф
. Эта быстро (период полураспада около 110 минут) бета распадается на 18
ТО
делая этот изотоп обычным явлением в богатых гелием зонах звезд. [ 10 ] Около 10 9 Кельвин необходим для превращения кислорода в серу . [ 11 ]
Атомная масса 16 была присвоена кислороду до определения единой единицы атомной массы на основе 12
С
. [ 12 ] Поскольку физики ссылались на 16
ТО
только, хотя химики имели в виду естественную смесь изотопов, это привело к несколько иным масштабам масс.
Применение различных изотопов
[ редактировать ]Измерения 18 Т/ 16 Отношения O часто используются для интерпретации изменений палеоклимата . Кислород в земном воздухе составляет 99,759%. 16
ТО
, 0.037% 17
ТО
и 0,204% 18
ТО
. [ 13 ] Молекулы воды с более легким изотопом несколько чаще испаряются и реже выпадают в виде осадков . [ 14 ] поэтому пресная вода и полярный лед Земли имеют немного меньше ( 0,1981% ) 18
ТО
чем воздух ( 0,204% ) или морская вода ( 0,1995% ). Это несоответствие позволяет анализировать температурные закономерности с помощью исторических ледяных кернов .
Твердые пробы (органические и неорганические) на определение изотопных соотношений кислорода обычно хранят в серебряных чашках и измеряют методами пиролиза и масс-спектрометрии . [ 15 ] Исследователям необходимо избегать неправильного или длительного хранения образцов для обеспечения точных измерений. [ 15 ]
Поскольку природный кислород в основном 16
O , образцы, обогащенные другими стабильными изотопами, могут быть использованы для мечения изотопов . Например, было доказано, что кислород, выделяющийся при фотосинтезе , образуется из H 2 O , а не из также потребляемого CO 2 с помощью экспериментов по изотопному отслеживанию . Кислород, содержащийся в CO 2 , в свою очередь используется для восполнения сахаров, образующихся в результате фотосинтеза.
В тяжеловодных реакторах замедлитель нейтронов предпочтительно должен быть с низким содержанием энергии. 17
О и 18
O из-за их более высокого сечения поглощения нейтронов по сравнению с 16
О. Хотя этот эффект также можно наблюдать в легководных реакторах , обычный водород ( протий ) имеет более высокое сечение поглощения, чем любой стабильный изотоп кислорода, а его плотность в воде в два раза выше, чем у кислорода, так что эффект пренебрежимо мал. Поскольку некоторые методы разделения изотопов обогащают не только более тяжелые изотопы водорода, но и более тяжелые изотопы кислорода при производстве тяжелой воды , концентрация 17
О и 18
О может быть значительно выше. Кроме того, 17
О (n,α) 14
Реакция C является еще одним нежелательным результатом повышенной концентрации более тяжелых изотопов кислорода. Поэтому установки, удаляющие тритий 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 состава и температуры океана, из которого происходят морепродукты . [ 16 ]
Радиоизотопы
[ редактировать ] тринадцать радиоизотопов Охарактеризовано ; наиболее стабильными являются 15
ТО
с периодом полураспада 122,266(43) с и 14
ТО
с периодом полураспада 70,621(11) с . Все остальные радиоизотопы имеют период полураспада менее 27 с , а у большинства период полураспада менее 0,1 с. Четыре самых тяжелых известных изотопа (до 28
ТО
) распад с испусканием нейтронов до
24
ТО
, период полураспада которого составляет 77,4(4,5) мс . Этот изотоп вместе с 28 Ne , были использованы в модели реакций в коре нейтронных звезд. [ 17 ] Наиболее распространенным типом распада изотопов, более легких, чем стабильные изотопы, является β. + распад до азота , и наиболее распространенным после него является β − распад до фтора .
Кислород-13
[ редактировать ]Кислород-13 — нестабильный изотоп , содержащий 8 протонов и 5 нейтронов. Он имеет спин 3/2- и период полураспада 8,58(5) мс . Его атомная масса составляет 13,024 815 (10) Да . Он распадается на азот-13 путем захвата электронов с энергией распада 17,770(10) МэВ . Его родительский нуклид — фтор-14 .
Кислород-14
[ редактировать ]Кислород-14 — второй по стабильности радиоизотоп. кислорода-14 Пучки ионов представляют интерес для исследователей ядер, богатых протонами; например, в одном из ранних экспериментов на Установке для пучков редких изотопов в Ист-Лансинге, штат Мичиган , использовался 14 O-луч для изучения бета-распад перехода этого изотопа в 14 Н. [ 18 ] [ 19 ]
Кислород-15
[ редактировать ]Кислород-15 — радиоизотоп, часто используемый в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Его можно использовать, среди прочего, в воде для ПЭТ- визуализации перфузии миокарда и для визуализации мозга . [ 20 ] [ 21 ] Он имеет атомную массу 15,0030656 и (5) период полураспада 122,266 (43) с . Его получают путем дейтронами бомбардировки азота-14 с помощью циклотрона . [ 22 ]
- 14
Н
+ 2
ЧАС
→ 15
ТО
+ н
Кислород-15 и азот-13 образуются в воздухе, когда гамма-лучи (например, от молнии ) выбивают нейтроны из атмосферы. 16 О и 14 Н: [ 23 ]
- 16
ТО
+ с → 15
ТО
+ н - 14
Н
+ с → 13
Н
+ н
15
ТО
распадается на 15
Н
, испуская позитрон . Позитрон быстро аннигилирует с электроном, образуя два гамма-луча с энергией около 511 кэВ. После удара молнии это гамма-излучение затухает с периодом полураспада 2 минуты, но эти низкоэнергетические гамма-лучи проходят в среднем всего около 90 метров по воздуху. Вместе с лучами, испускаемыми позитронами азота-13, их можно обнаружить лишь в течение минуты или около того, поскольку «облако» 15
ТО
и 13
Н
плывет, несущийся ветром. [ 8 ]
Кислород-20
[ редактировать ]Кислород-20 имеет период полураспада 13,51 ± 0,05 с и распадается на β. − распадаться на 20 F. Это одна из известных частиц, выбрасываемых при распаде кластера , испускаемая при распаде 228 Th со степенью ветвления около (1,13 ± 0,22) × 10 −13 . [ 24 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Стандартные атомные массы: кислород» . ЦИАВ . 2009.
- ^ Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (04 мая 2022 г.). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)» . Чистая и прикладная химия . дои : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 .
- ^ Jump up to: а б с Кондо, Ю.; Ашури, Нидерланды; Фалу, Х. Ал; и др. (30 августа 2023 г.). «Первое наблюдение 28О» . Природа . 620 (7976). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 965–970. Бибкод : 2023Natur.620..965K . дои : 10.1038/s41586-023-06352-6 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 10630140 . PMID 37648757 .
- ^ Ван, Мэн; Хуанг, WJ; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, 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 б с д Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (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 несвязанного 11 О, зеркало ядра гало 11 Li». Physical Review Letters . 122 (12): 122501–1–122501–7. arXiv : 1812.08880 . Бибкод : 2019PhRvL.122l2501W . doi : /PhysRevLett.122.122501 . PMID 30978 039 .S2CID 84841752 10.1103 .
- ^ Палея, Амея (5 сентября 2023 г.). «Ученые наблюдают распад ядра на четыре частицы» . Интересный инжиниринг.com . Проверено 29 сентября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Теруаки Иното; и др. (23 ноября 2017 г.). «Фотоядерные реакции, вызванные разрядом молнии». Природа . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Бибкод : 2017Natur.551..481E . дои : 10.1038/nature24630 . ПМИД 29168803 . S2CID 4388159 .
- ^ Jump up to: а б с «Атомный вес кислорода | Комиссия по изотопному содержанию и атомному весу» . ciaaw.org . Проверено 15 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д Б. С. Мейер (19–21 сентября 2005 г.). «Нуклеосинтез и галактическая химическая эволюция изотопов кислорода» (PDF) . Труды Программы космохимии НАСА и Лунного и Планетарного института . Рабочая группа по кислороду в древнейшей Солнечной системе . Гатлинбург, Теннесси. 9022.
- ^ Эмсли 2001 , с. 297.
- ^ Паркс и Меллор 1939 , Глава VI, Раздел 7.
- ^ Кук и Лауэр 1968 , с. 500.
- ^ Дансгаард, В. (1964). «Стабильные изотопы в осадках» (PDF) . Теллус . 16 (4): 436–468. Бибкод : 1964Tell...16..436D . doi : 10.1111/j.2153–3490.1964.tb00181.x .
- ^ Jump up to: а б Цанг, Мань-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Окисленные серебряные чашки могут исказить результаты определения изотопов кислорода в небольших образцах» . Экспериментальные результаты . 1 : е12. дои : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN 2516-712X .
- ^ Мартино, Жасмин К.; Труман, Клайв Н.; Мазумдер, Дебашиш; Кроуфорд, Ягода; Даблдэй, Зои А. (12 сентября 2022 г.). «Использование «химического снятия отпечатков пальцев» для борьбы с мошенничеством с морепродуктами и незаконным выловом рыбы» . Рыба и рыболовство . 23 (6). Phys.org : 1455–1468. дои : 10.1111/faf.12703 . S2CID 252173914 . Архивировано из оригинала 13 сентября 2022 года . Проверено 13 сентября 2022 г.
{{cite journal}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Берри, ДК; Горовиц, CJ (апрель 2008 г.). «Слияние нейтронно-богатых изотопов кислорода в коре аккрецирующих нейтронных звезд» . Физический обзор C . 77 (4): 045807. arXiv : 0710.5714 . Бибкод : 2008PhRvC..77d5807H . дои : 10.1103/PhysRevC.77.045807 . S2CID 118639621 .
- ^ «APS - Совещание Отделения ядерной физики APS, осень 2022 г. - Мероприятие - Производство пучков кислорода-14 при энергии 5 и 15 МэВ / единица с помощью спектрометра MARS» . Бюллетень Американского физического общества . 67 (17). Американское физическое общество.
- ^ Энергетика, Министерство энергетики США. «Исследователи разрабатывают новый метод изучения ядерных реакций на короткоживущих изотопах, участвующих во взрывах звезд» . физ.орг . Проверено 16 декабря 2023 г.
- ^ Ришплер, Кристоф; Хигучи, Такахиро; Неколла, Стефан Г. (22 ноября 2014 г.). «Текущий и будущий статус ПЭТ-индикаторов перфузии миокарда». Текущие отчеты о сердечно-сосудистой визуализации . 8 (1): 333–343. дои : 10.1007/s12410-014-9303-z . S2CID 72703962 .
- ^ Ким, Э. Эдмунд; Ли, Мён Чхоль; Иноуэ, Томио; Вонг, Вай-Хой (2012). Клиническая ПЭТ и ПЭТ/КТ: принципы и применение . Спрингер. п. 182. ИСБН 9781441908025 .
- ^ «Производство ПЭТ-радионуклидов» . Больница Остина, Здоровье Остина. Архивировано из оригинала 15 января 2013 года . Проверено 6 декабря 2012 г.
- ^ Тиммер, Джон (25 ноября 2017 г.). «Удары молний оставляют после себя радиоактивное облако» . Арс Техника .
- ^ Бонетти, Р.; Гульельметти, А. (2007). «Кластерная радиоактивность: обзор через двадцать лет» (PDF) . Румынские доклады по физике . 59 : 301–310. Архивировано из оригинала (PDF) 19 сентября 2016 года.
- Кук, Герхард А.; Лауэр, Кэрол М. (1968). «Кислород». В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью-Йорк: Книжная корпорация Рейнхолда. стр. 499–512 . LCCN 68-29938 .
- Эмсли, Джон (2001). «Кислород» . Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. стр. 297–304 . ISBN 978-0-19-850340-8 .
- Паркс, Джорджия; Меллор, JW (1939). Современная неорганическая химия Меллора (6-е изд.). Лондон: Лонгманс, Грин и Ко.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
