Izotopy kyslíku - Isotopes of oxygen

Hlavní izotopy z kyslík  (8Ó)
IzotopRozklad
hojnostpoločas rozpadu (t1/2)režimuproduktu
16Ó99.76%stabilní
17Ó0.04%stabilní
18Ó0.20%stabilní
Standardní atomová hmotnost Ar, standardní(Ó)
  • [15.99903, 15.99977][1]
  • Konvenční: 15 999

Jsou známy tři stabilní izotopy z kyslík (8Ó): 16Ó, 17Ó, a 18Ó.

Radioaktivní izotopy od 11O až 26O byly také charakterizovány, všechny krátkodobé. Nejdelší radioizotop je 15O s a poločas rozpadu ze 122,24 sekundy, zatímco nejkratší izotop je 12O s poločasem 580 (30) × 10−24 sekund (poločas rozpadu bez závazků 11O je stále neznámý).

Seznam izotopů

Nuklid[2]
[n 1]		ZNIzotopová hmota (Da )[3]
[č. 2]		Poločas rozpadu

[šířka rezonance ]		Rozklad
režimu
[č. 3]		Dcera
izotop
[č. 4]		Roztočit a
parita
[č. 5][č. 6]		Přirozená hojnost (molární zlomek)
Budicí energieNormální poměrRozsah variací
11Ó[4]83[~3.4 MeV ]2 s9C3/2−, 5/2+
12Ó8412.034262(26)> 6.3(30)×10−21 s
[0,40 (25) MeV]		2p (60,0%)10C0+
p (40.0%)11N
13Ó8513.024815(10)8,58 (5) msβ+ (89.1%)13N(3/2−)
β+, p (10,9%)12C
14Ó8614.008596706(27)70,620 (13) sβ+14N0+
15Ó8715.0030656(5)122,24 (16) sβ+15N1/2−
16Ó[č. 7]8815.99491461960(17)Stabilní0+0.99757(16)0.99738–0.99776
17Ó[č. 8]8916.9991317566(7)Stabilní5/2+3.8(1)×10−4(3.7–4.0)×10−4
18Ó[č. 7][č. 9]81017.9991596128(8)Stabilní0+2.05(14)×10−3(1.88–2.22)×10−3
19Ó81119.0035780(28)26 470 (6) sβ−19F5/2+
20Ó81220.0040754(9)13,51 (5) sβ−20F0+
21Ó81321.008655(13)3,42 (10) sβ−21F(5/2+)
22Ó81422.00997(6)2,25 (9) sβ− (78%)22F0+
β−, n (22%)21F
23Ó81523.01570(13)97 (8) msβ− (93%)23F1/2+
β−, n (7%)22F
24Ó81624.01986(18)77,4 (45) msβ− (57%)24F0+
β−, n (43%)23F
25Ó81725.02934(18)5.18(0.35)×10−21 sn24Ó3/2+#
26Ó81826.03721(18)4,2 (3,3) ps2n24Ó
  1. ^ mO - nadšený jaderný izomer.
  2. ^ () - Nejistota (1σ) je uveden v stručné formě v závorkách za odpovídajícími posledními číslicemi.
  3. ^ Režimy rozpadu:
    n:Emise neutronů
    p:Protonová emise
  4. ^ Tučný symbol jako dcera - dcera produkt je stabilní.
  5. ^ () hodnota rotace - označuje rotaci se slabými argumenty přiřazení.
  6. ^ # - Hodnoty označené # nejsou čistě odvozeny z experimentálních údajů, ale alespoň částečně z trendů sousedních nuklidů (TNN ).
  7. ^ A b Poměr mezi 16O a 18O. je zvyklý odvodit staré teploty.
  8. ^ Lze použít při NMR studiích metabolických drah.
  9. ^ Lze použít při studiu určitých metabolických cest.

Stabilní izotopy

Pozdní život obrovské hvězdy, 16O koncentráty v O-plášti, 17Ó v H-plášti a 18Ó v He-mušli

Přirozeně se vyskytující kyslík se skládá ze tří stabilních izotopy, 16Ó, 17Ó, a 18Ó, s 16O je nejhojnější (99,762% přirozená hojnost ). V závislosti na pozemském zdroji se standardní atomová hmotnost pohybuje v rozmezí [15.99903, 15.99977] ( konvenční hodnota je 15 999).

Relativní a absolutní hojnost 16O je vysoké, protože je hlavním produktem hvězdná evoluce a protože se jedná o primární izotop, znamená to, že jej může vytvořit hvězdy které byly původně vyrobeny výhradně z vodík.[5] Většina 16O je syntetizován na konci fúze hélia zpracovat v hvězdy; reakce triple-alfa 12C, který zachycuje další 4On dělat 16O. proces vypalování neonů vytváří další 16Ó.[5]

Oba 17Ó a 18Ó jsou sekundární izotopy, což znamená, že jejich nukleosyntéza vyžaduje jádra semen. 17Ó se primárně vyrábí spalováním vodíku na helium během Cyklus CNO, což z něj dělá běžný izotop v zónách hoření vodíku hvězd.[5] Většina 18Ó se vyrábí, když 14N (bohatý na spalování CNO) zachycuje a 4Jádro se stává 18F. To se rychle rozpadá na 18Ó což činí tento izotop běžným v zónách hvězd bohatých na hélium.[5] K podrobení dvou kyslíkových jader je zapotřebí přibližně miliarda stupňů Celsia jaderná fůze k vytvoření těžšího jádra síra.[6]

Měření poměru kyslíku-18 k kyslíku-16 se často používají k interpretaci změn v paleoklimatu. Izotopové složení kyslíku atomy v zemské atmosféře je 99,759% 16O, 0,037% 17Ó a 0,204% 18Ó.[7] Protože voda molekuly obsahující lehčí izotop jsou o něco pravděpodobnější odpaří se a padat jako srážky,[8] čerstvý voda a polární led na Zemi obsahuje o něco méně (0,1981%) těžkého izotopu 18Ó než vzduch (0,204%) nebo mořská voda (0,1995%). Tato nerovnost umožňuje historicky analyzovat teplotní vzorce ledová jádra.

Pevné vzorky (organické a anorganické) pro izotopové poměry kyslíku se obvykle skladují ve stříbrných kelímcích a měří se pomocí pyrolýza a hmotnostní spektrometrie.[9] Vědci se musí vyhnout nesprávnému nebo dlouhodobému skladování vzorků pro přesná měření.[9]

Atomová hmotnost 16 byla přidělena kyslíku před definicí jednotná jednotka atomové hmotnosti na základě 12C.[10] Protože se o tom fyzici zmiňovali 16Pouze O, zatímco chemici mysleli přirozeně bohatou směs izotopů, vedlo to k mírně odlišným hmotnostním měřítkům mezi těmito dvěma disciplínami.

Radioizotopy

Třináct radioizotopy byly charakterizovány, přičemž nejstabilnější je 15O s a poločas rozpadu 122,24 sa 14O s poločasem 70,606 s.[11] Všechny zbývající radioaktivní izotopy mají poločasy kratší než 27 s a většina z nich má poločasy kratší než 83milisekundy (slečna).[11] Například, 24O má poločas 61 ms.[12] Nejčastější režim rozpadu pro izotopy lehčí než stabilní izotopy β+ rozklad (na dusík )[13][14][15] a nejběžnější režim po je β− rozklad (na fluor ).

Kyslík-13

Kyslík-13 je nestabilní izotop kyslíku. Skládá se z 8 protonů a elektronů a 5 neutronů. Má točení 3 / 2- a a poločas rozpadu 8,58 slečna. Jeho atomová hmotnost je 13,0248 Da. Rozpadá se na dusík -13 pomocí elektronového záchytu a má energii rozpadu 17,765 MeV.[16] Jeho mateřský nuklid je fluor-14.[17]

Kyslík-15

Kyslík-15 je izotop kyslíku, často používaného v pozitronová emisní tomografie nebo PET zobrazování. Může být použit mimo jiné v voda pro PET zobrazení perfúze myokardu a pro mozek zobrazování.[18][19] Má 8 protonů, 7 neutronů a 8 elektronů. Celková atomová hmotnost je 15,0030654 amu. Má to poločas rozpadu 122,24 sekundy.[20] Kyslík-15 je syntetizován prostřednictvím deuteron bombardování dusík-14 používat cyklotron.[21]

Kyslík-15 a dusík-13 se produkují v atmosféře, když gama paprsky (například z Blesk ) knock neutrony z kyslíku-16 a dusíku-14:[22]

16O + γ → 15O + n
14N + γ → 13N + n

Izotop kyslíku-15 se rozpadá s poločasem přibližně dvou minut na dusík-15 a emituje a pozitron. Pozitron rychle zničí elektronem a produkuje dva gama paprsky asi 511 keV. Po blesku toto gama záření zemře s poločasem dvou minut, ale tyto nízkoenergetické gama paprsky procházejí vzduchem v průměru jen asi 90 metrů. Spolu s paprsky produkovanými z pozitronů z dusíku-13 mohou být detekovány pouze asi minutu jako „oblak“ 15O a 13N plave kolem, neseno větrem.[23]

Viz také

Reference

  1. ^ Meija, Juris; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)“. Čistá a aplikovaná chemie. 88 (3): 265–91. doi:10.1515 / pac-2015-0305.
  2. ^ Poločas rozpadu, režim rozpadu, jaderný spin a izotopové složení pocházejí z:
    Audi, G .; Kondev, F. G .; Wang, M .; Huang, W. J .; Naimi, S. (2017). „Hodnocení jaderných vlastností NUBASE2016“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  3. ^ Wang, M .; Audi, G .; Kondev, F. G .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Xu, X. (2017). „Hodnocení atomové hmotnosti AME2016 (II). Tabulky, grafy a odkazy“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030003-1–030003-442. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
  4. ^ Webb, T. B .; et al. (2019). „První pozorování bez závazků 11O, zrcadlo Halo Nucleus 11Li ". Dopisy o fyzické kontrole. 122 (12): 122501-1–122501-7. arXiv:1812.08880. doi:10.1103 / PhysRevLett.122.122501.
  5. ^ A b C d B. S. Meyer (19. – 21. Září 2005). "Nukleosyntéza a galaktická chemická evoluce izotopů kyslíku" (PDF). Sborník z kosmochemického programu NASA a Lunar and Planetary Institute. Pracovní skupina pro kyslík v nejranější sluneční soustavě. Gatlinburg, Tennessee. 9022.
  6. ^ Emsley 2001, str. 297.
  7. ^ Cook & Lauer 1968, str. 500.
  8. ^ Dansgaard, W (1964). "Stabilní izotopy ve srážkách" (PDF). Řekni nám. 16 (4): 436–468. Bibcode:1964TellA..16..436D. doi:10.1111 / j.2153-3490.1964.tb00181.x.
  9. ^ A b Tsang, Man-Yin; Yao, Weiqi; Tse, Kevin (2020). Kim, Il-Nam (ed.). „Oxidované stříbrné poháry mohou zkosit výsledky izotopů kyslíku u malých vzorků“. Experimentální výsledky. 1: e12. doi:10.1017 / exp.2020.15. ISSN  2516-712X.
  10. ^ Parks & Mellor 1939, Kapitola VI, oddíl 7.
  11. ^ A b K. L. Barbalace. "Periodická tabulka prvků: O - kyslík". EnvironmentalChemistry.com. Citováno 2007-12-17.
  12. ^ Ekström, L. P .; Firestone, R. B. (28. února 1999). „Oxygen-24“. Tabulka radioaktivních izotopů. LUNDS Universitet „Projekt izotopů LBNL. Archivovány od originál dne 13. srpna 2009. Citováno 2009-06-08.
  13. ^ „NUDAT“. Citováno 2009-07-06.
  14. ^ "NUDAT". Citováno 2009-07-06.
  15. ^ "NUDAT". Citováno 2009-07-06.
  16. ^ "Periodická tabulka prvků: O - kyslík". EnvironmentalChemistry.com. 1995-10-22. Citováno 2014-12-02.
  17. ^ "Periodická tabulka prvků: F - fluor". EnvironmentalChemistry.com. 1995-10-22. Citováno 2014-12-02.
  18. ^ Rischpler, Christoph; Higuchi, Takahiro; Nekolla, Stephan G. (22. listopadu 2014). "Současný a budoucí stav indikátorů perfúze myokardu PET". Aktuální zprávy o kardiovaskulárním zobrazování. 8 (1): 333–343. doi:10.1007 / s12410-014-9303-z.
  19. ^ Kim, E. Edmund; Lee, Myung-Chul; Inoue, Tomio; Wong, Wai-Hoi (2012). Klinický PET a PET / CT: Principy a aplikace. Springer. p. 182. ISBN  9781441908025.
  20. ^ "kyslík 15 - definice kyslíku 15 lékařským slovníkem". Medical-dictionary.thefreedictionary.com. Citováno 2014-12-02.
  21. ^ „Výroba PET radionuklidů“. Nemocnice Austin, Austin Health. Archivovány od originál dne 15. ledna 2013. Citováno 6. prosince 2012.
  22. ^ Timmer, John (25. listopadu 2017). „Úder blesku zanechává radioaktivní mrak“. Ars Technica.
  23. ^ Teruaki Enoto; et al. (23. listopadu 2017). "Fotonukleární reakce vyvolané bleskovým výbojem". Příroda. 551 (7681): 481–484. arXiv:1711.08044. Bibcode:2017Natur.551..481E. doi:10.1038 / příroda24630. PMID  29168803.