| ||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, стандартный (O) | ||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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).
Нуклид | Z | N | Изотопная масса ( Да ) | Период полураспада [ ширина резонанса ] | Режим распада | Дочерний изотоп | Спин и паритет | Естественное изобилие (мольная доля) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | Нормальная пропорция | Диапазон вариации | |||||||
11 O | 8 | 3 | [~ 3,4 МэВ ] | 2p | 9 С | 3 / 2−, 5/2 + | |||
12 O | 8 | 4 | 12.034262 (26) | gt; 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 | 8 | 8 | 15.99491461960 (17) | Стабильный | 0+ | 0,99757 (16) | 0,99738–0,99776 | ||
17 O | 8 | 9 | 16.9991317566 (7) | Стабильный | 5/2 + | 3,8 (1) × 10 −4 | (3,7–4,0) × 10 −4 | ||
18 O | 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 |
n: | Эмиссия нейтронов |
п: | Испускание протонов |
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, а это означает, что его могут образовывать звезды, которые изначально были сделаны исключительно из водорода. 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.
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. Большинство 18 O образуется при 14 Н (сделанный в изобилии от сжигания CNO) захватывает 4 ядра он, став 18 F. Он быстро распадается до 18 O, делая этот изотоп обычным в богатых гелием зонах звезд. Приблизительно миллиард градусов Цельсия требуется, чтобы два ядра кислорода подверглись ядерному слиянию и образовали более тяжелое ядро серы.
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. Поскольку вода молекулы, содержащие более легкие изотопы немного более вероятно, испаряются и выпадают в виде осадков, пресной воды и полярного льда на земле содержит чуть менее (0.1981%) тяжелого изотопа 18 O, чем воздух (0,204%) или морскую воду (0,1995%). Это несоответствие позволяет анализировать температурные режимы по историческим кернам льда.
Твердые образцы (органические и неорганические) для определения изотопных соотношений кислорода обычно хранятся в серебряных чашках и измеряются пиролизом и масс-спектрометрией. Исследователям необходимо избегать ненадлежащего или длительного хранения образцов для точных измерений.
Атомная масса 16 была присвоена кислороду до определения единой атомной единицы массы, основанной на 12 C. Поскольку физики ссылались только на 16 O, в то время как химики имели в виду смесь изотопов в изобилии в природе, это привело к немного другим шкалам масс. между двумя дисциплинами.
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. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 27 с, а у большинства из них период полураспада менее 83 миллисекунд (мс). Например, 24 O имеет период полураспада 61 мс. Наиболее распространенный тип распада изотопов легче, чем изотопы стабильна β + распад (в атмосфере азот ) и наиболее распространенный способ после того, как это β - распад (с фтором ).
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. Его родительский нуклид - фтор-14.
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. Он имеет 8 протонов, 7 нейтронов и 8 электронов. Полная атомная масса 15,0030654 а.е.м. Его период полураспада составляет 122,24 секунды. Кислород-15 синтезируется путем бомбардировки дейтронами азота-14 с использованием циклотрона.
Кислород-15 и азот-13 образуются в атмосфере, когда гамма-лучи (например, от молнии ) выбивают нейтроны из кислорода-16 и азота-14:
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.