Ізотопи Оксигену

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Поширеність
ізотопів
оксигену
16O 99.76%
17O 0.04%
18O 0.20%

Ізотопи оксигену або Ізотопи кисню — атоми оксигену (кисню) з різною чисельністю нейтронів у ядрах. Відомо 18 ізотопів оксигену, з них три — стабільних: 16O, 17O, 18O. Решта 15 — від 11O до 28O —— радіоактивні та мають період напіврозпаду менше 123 секунд [1].

Оксиген-16 є третім за поширеністю ізотопом у Всесвіті, поступається лише 1H та 4He.[2] На Землі частка 16O з-поміж ізотопів оксигену становить 99,76%, внаслідок цього атомна маса оксигену усереднено становить 15.9994 а.о.м.. В окремих середовищах, внаслідок температурних змін, тощо вона коливається в проміжку 15.9990315.99977 а.о.м..[3]

Стабільні ізотопи[ред. | ред. код]

У природі існує три стабільних ізотопи оксигену: 16O, 17O, 18O[4]

Оксиген-16 є другим, після гелій-4 найрозповсюдженішим ізотопом з поміж продуктів зоряного нуклеосинтезу. Та утворюється після потрійної альфа реакції: [2]

4He + 4He8Be (−0.0918 MeV)   Злиттям двох ядер гелію-4 виникає нестабільний берилій-8.
8Be + 4He12C + 2γ (+7.367 MeV)   Якщо берилій-8 встигає провзаємодіяти з ядром гелію-4, утворюється карбон-12.
12C + 4He16O + γ (+7.162 MeV)   Карбон-12 поглинанням ядра гелію-4 у свою чергу продукує оксиген-16.

У свою чергу два ядра оксигену-16, в надрах масивних зір при температурах від 1500000000 K, можуть зливатися в ядра важчих елементів. Внаслідок цієї реакції ядерного горіння оксигену утворюються різноманітні ізотопи, як масивніші (24Mg, 27Al, 28Si, 30P, 31P, 30S, 31S, 32S) так і легші (1H, 2H, 4He).

Співвідношення ізотопів[ред. | ред. код]

1935 року було виявлено, що співвідношення R= 18O16O в атмосфері Землі є вищим аніж у морській воді. Явище отримало назву ефект Доула[en] на честь американського хіміка. Станом на 2005 рік співвідношення δ було виміряне:  R(атмосфери)R(океану)-1=23.88‰. Цей дисбаланс виникає через мас-залежне фракціонування ізотопів хімічних елементів живими організмами (при диханні чи фотосинтезі). Також важка вода (молекули з важчими ізотопами оксигену чи гідрогену) слабше випаровується з водойм при нижчих температурах. Аналізуючи співвідношення δ= R(зразок)R(стандарт)-1 можна оцінити температуру клімату планети на момент формування зразка, наприклад, вмерзання повітряної бульбашки в кригу. Порівняння ізотопного складу кисню для вкраплень повітря в крижаних кернах льодовиків із сучасними значеннями (наприклад Віденський стандарт середньої океанічної води[en]) дозволяє палеоекології встановлювати хронологію кліматичних змін[4].

Радіонукліди[ред. | ред. код]

CNO-цикл в ядрах зірок, з проміжною ланкою 15O

Окрім трьох стабільних ізотопів оксигену, було штучно синтезовано ще 15, усі вони короткоживучі. Найдовше існує 15Oперіод напіврозпаду 122.24±0.16 c. Найкоротше 25O — 2.8±0.5. ×10-21 с.[1]

Оксиген-15[ред. | ред. код]

Оксиген-15 є однією з проміжних ланок вуглецево-азотного циклу (CNO-циклу), в якому чотири ядра протію (1H) перетворюються на ядро гелію-4 (4He). Цикл відіграє важливу роль в зоряному нуклеосинтезі.

Цей радіонуклід застосовується в медицині для позитронно-емісійної томографії (PET-візуалізація). 15O розпадається, випромінюючи позитрон, який у свою чергу анігілює з електроном з емісією двох гамма-квантів (з енергіями по ~511 кеВ). Аналіз розподілу гамма-квантів і використовується при обстеженні легень, центральної та периферійної гемодинаміки тощо. Щоправда через короткий час існування (період напіврозпаду — близько 2 хвилин), частіше застосовують інші ізотопи (11C, 13N, 18F).

В умовах земної атмосфери оксиген-15 утворюється зокрема внаслідок впливу гамма-променів, що виникають зокрема від блискавок, на стабільний ізотоп 16O в молекулах кисню O2.[5]

16O + γ15O + n

Упродовж кількох хвилин після утворення майже весь оксиген-15 перетворюється на стабільний нітроген-15:
15O → 15N + ν + e+
Гамма-промені, що утворюються внаслідок анігіляції позитрона, пролітають в середньому до 90 м в атмосфері.

Список ізотопів оксигену[ред. | ред. код]

Характеристики ізотопів Оксигену[1]
Символ
нукліду
Z(p) N(n) Маса ізотопу
(а.од.м.)
Період
напіврозпаду

(T1/2)
Канал розпаду
(ймовірність)
Похідні
ізотопи
Спін і Парність
ядра
Енергія збудження
11O 8 3 11.0(1) [~3.4 MeV] 2p 9C 3/2−, 5/2+
12O 8 4 12.034262(26) > 6.3×10-21 c 2p (60%)
p (40%)
10C
11N
0+
13O 8 5 13.024815(10) 8.58(5)×10-3 c β+ (89.1%)
β+p (10.9%)
13N
12C*
(3/2−)
14O 8 6 14.008596706(27) 70.621(14) c β+ 14N* 0+
15O 8 7 15.0030656(5) 122.24(16) с β+ 15N* 1/2−
16O* 8 8 15.99491461960(17) стабільний 0+
17O* 8 9 16.9991317566(7) стабільний 5/2+
18O* 8 10 17.9991596128(8) стабільний 0+
19O 8 11 19.0035780(28) 26.464(9) с β− 19F* 5/2+
20O 8 12 20.0040754(9) 13.51(5) с β− 20F 0+
21O 8 13 21.008655(13) 3.42(10) с β− 21F (5/2+)
22O 8 14 22.00997(6) 2.25(9) с β− (78%)
β−n (22%)
22F
21F
0+
23O 8 15 23.01570(13) 9.7(8)×10-2 c β− (93%)
β−n (7%)
23F
22F
1/2+
24O 8 16 24.01986(18) 6.5(5)×10-2 c β− (57%)
β−n (43%)
24F
23F
0+
25O 8 17 25.02934(18) 2.8(5)×10-21 c n 24O 3/2+#
26O 8 18 26.03721(18) 9.0×10-21 c 2n 24O 0+
27O 8 19 27.04772(54) <2.6×10-7 c n (?)
2n (?)
? 3/2+#
28O 8 20 28.05591(75) <1.00×10-7 c n (?)
2n (?)
? 0+
() — ± щодо останніх вказаних порядків значень; * — стабільні ізотопи;? — невідомо; # — розрахункові дані;

(β) — бета-розпад (β− — електрон; β+ — позитрон); p — емісія протона ; n — емісія нейтрона;

Дивись також[ред. | ред. код]

Джерела[ред. | ред. код]

  1. а б в Таблиця ізотопів ((англ.)). Корейський Дослідний Інститут Атомної Енергії[en]. Процитовано 2019-09-21. 
  2. а б Arnett, David (1996). Supernovae and Nucleosynthesis ((англ.)) (вид. First). Princeton, New Jersey: Princeton University Press. с. 11. ISBN 0-691-01147-8. OCLC 33162440. 
  3. Webb, T. B. (2019). First Observation of Unbound 11O, the Mirror of the Halo Nucleus 11Li. Physical Review Letters ((англ.)) 122 (12): 122501–1—122501–7. arXiv:1812.08880. doi:10.1103/PhysRevLett.122.122501. 
  4. а б Кундельчук О.П. (2016). Палеоекологія (навчальний посібник) ((укр.)). Херсонський державний університет,. Процитовано 2019-09-22. 
  5. Timmer, John (25 November 2017). Lightning strikes leave behind a radioactive cloud. Ars Technica ((англ.)). 
Ізотопи азоту Ізотопи оксигену Ізотопи фтору
Таблиця ізотопів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr