Изотопы кислорода — разновидности атомов (и ядер) химического элемента кислорода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.
Всего известно три стабильных и 10 нестабильных изотопов кислорода.
Содержание |
Природный кислород состоит из трех 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 звездах. В ходе тройной альфа-реакции синтезируется изотоп 12C, который захватывает дополнительное ядро 4Не. Кроме того, 16O образуется при 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 звезд [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, 0,037 % 17O и 0,204 % 18O[4].
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 [5].
Наиболее распространенные пути распада для лёгких изотопов является β+ распад (с образованием изотопов азота) [6][7][8], а для тяжелых изотопов - β- распад (с образованием изотопов фтора).
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 путем электронного захвата, с выделением энергии распада 17,765 МэВ.[9] Продукт распада Фтора-14 [10]. Был впервые получен Резерфордом при бомбардировке ядер азота альфа-частицами.
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 [11].
| 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) | Стабильный | 0+ | 0.99757(16) | 0.99738-0.99776 |
| 17O | 8 | 9 | 16.99913170(12) | Стабильный | 5/2+ | 0.00038(1) | 0.00037-0.00040 |
| 18O | 8 | 10 | 17.9991610(7) | Стабильный | 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+ | ||
Изотопы кислорода.
