Открыть главное меню

Изотопы кислорода

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

Изотопы кислорода — разновидности атомовядер) химического элемента кислорода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Всего известно три стабильных и 10 нестабильных изотопов кислорода.

Стабильные изотопыПравить

Природный кислород состоит из трёх стабильных изотопов, 16O, 17O и 18O, из них изотоп 16O является наиболее распространенным (99,762 %) изотопом кислорода[1].

Преобладание изотопа 16O объясняется тем, что он образуется в процессе термоядерного синтеза, происходящего в звёздах[2].

Большая часть 16O образуется в конце процесса слияния гелия в звёздах. В ходе тройной альфа-реакции синтезируется изотоп 12C, который захватывает дополнительное ядро 4Не. Кроме того, 16O образуется при ядерном горении неона[2].

17O и 18O являются вторичными изотопами. 17O образуется в основном в ходе CNO цикла и находится преимущественно в зоне горения водорода[2] Большинство 18O образуется в реакции захвата изотопом 14N ядер 4Не с накоплением в гелиевой зоне звёзд[2]. Для слияния двух ядер кислорода и образования ядра серы требуется температура в миллиард кельвин[3].

Кислород в атмосфере Земли на 99,759 % состоит из 16O, на 0,037 % из 17O и на 0,204 % из 18O[4].

Кислород-18Править

Используется при синтезе 18F методом бомбардировки протонами мишеней с 18O в ускорителях. Для этого природный кислород обогащают по 18O до 95%. Разделение изотопов производится методом дистилляции и/или центрифугированием.[5][6]

РадиоизотопыПравить

Известны также искусственные изотопы кислорода в диапазоне массовых чисел от 12 до 24[1]. Наиболее стабильные 15O с периодом полураспада 122,24 с и 14O с периодом полураспада 70,606 с[1]. Все остальные радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада менее 27 с, большинство из них имеют периоды полураспада менее 83 миллисекунд[1]. Например, 24O имеет период полураспада 61 мс[7].

Наиболее распространенные пути распада для лёгких изотопов является β+ распад (с образованием изотопов азота)[8][9][10], а для тяжелых изотопов — β- распад (с образованием изотопов фтора).

Кислород-13Править

Кислород-13 — нестабильный изотоп кислорода, ядро которого состоит из 8 протонов и 5 нейтронов. Спин ядра 3/2, период полураспада 8,58 мс. Атомная масса 13,0248 а. е. м. Он превращается в 13N путём электронного захвата, с выделением энергии распада 17,765 МэВ.[11] Продукт распада Фтора-14[12]. Был впервые получен Резерфордом при бомбардировке ядер азота альфа-частицами.

Кислород-15Править

Изотоп 15O используется в позитронно-эмиссионной томографии, но гораздо реже, чем 18F или 11С. Это объясняется слишком коротким периодом полураспада 15O. Ядро 15O состоит из 8 протонов, 7 нейтронов, атомная масса 15.0030654 а. е. м. Период полураспада — 122 секунды[13].

Таблица изотоповПравить

Символ Z(p) N(n)
Масса изотопа (u)
Период полураспада Спин изотопный состав
(мольная доля)
Диапазон природных
изменений (мольная доля)
энергия
12O 8 4 12.034405(20) 580(30)*10−24 с [0.40(25) MeV] 0+
13O 8 5 13.024812(10) 8.58(5) мс (3/2-)
14O 8 6 14.00859625(12) 70.598(18) с 0+
15O 8 7 15.0030656(5) 122.24(16) с 1/2-
16O 8 8 15.99491461956(16) стабилен 0+ 0.99757(16) 0.99738-0.99776
17O 8 9 16.99913170(12) стабилен 5/2+ 0.00038(1) 0.00037-0.00040
18O 8 10 17.9991610(7) стабилен 0+ 0.00205(14) 0.00188-0.00222
19O 8 11 19.003580(3) 26.464(9) с 5/2+
20O 8 12 20.0040767(12) 13.51(5) с 0+
21O 8 13 21.008656(13) 3.42(10) с (1/2,3/2,5/2)+
22O 8 14 22.00997(6) 2.25(15) с 0+
23O 8 15 23.01569(13) 82(37) мс 1/2+#
24O 8 16 24.02047(25) 65(5) мс 0+
25O 8 17
26O 8 18 < 40 нс
27O 8 19 < 260 нс
28O 8 20 < 100 нс

  • Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неточно определённые значения спина и/или его чётности заключены в скобки.
  • Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 4 K. L. Barbalace. Periodic Table of Elements: O - Oxygen. EnvironmentalChemistry.com. Дата обращения 17 декабря 2007.
  2. 1 2 3 4 B. S. Meyer (September 19–21, 2005). "Nucleosynthesis and galactic chemical evolution of the isotopes of oxygen" in Workgroup on Oxygen in the Earliest Solar System. Proceedings of the NASA Cosmochemistry Program and the Lunar and Planetary Institute. 9022. 
  3. Emsley, 2001, p. 297.
  4. Cook, 1968, p. 500.
  5. Способ обогащения изотопа кислорода
  6. способ разделения изотопов кислорода
  7. Oxygen-24. WWW Table of Radioactive Isotopes. LUNDS Universitet, LBNL Isotopes Project (28 февраля 1999). Дата обращения 8 июня 2009. Архивировано 28 июля 2012 года.
  8. NUDAT. Дата обращения 6 июля 2009. Архивировано 28 июля 2012 года.
  9. NUDAT. Дата обращения 6 июля 2009. Архивировано 28 июля 2012 года.
  10. NUDAT. Дата обращения 6 июля 2009. Архивировано 28 июля 2012 года.
  11. Periodic Table of Elements: O — Oxygen (EnvironmentalChemistry.com)
  12. Periodic Table of Elements: F — Fluorine (EnvironmentalChemistry.com)
  13. oxygen 15 — definition of oxygen 15 in the Medical dictionary — by the Free Online Medical Dictionary, Thesaurus and Encyclopedia

ЛитератураПравить

  • Cook, Gerhard A. Oxygen // The Encyclopedia of the Chemical Elements / Gerhard A. Cook, Carol M. Lauer. — New York : Reinhold Book Corporation, 1968. — P. 499–512. — ISBN LCCN 68-29938.
  • Emsley, John. Oxygen // Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. — Oxford, England, UK : Oxford University Press, 2001. — P. 297–304. — ISBN 0-19-850340-7.
  • Parks, G. D.; Mellor, J. W. Mellor's Modern Inorganic Chemistry. — 6th. — London : Longmans, Green and Co, 1939.