Изотопы кислорода

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

Изотопы кислорода — разновидности атомов (и ядер) химического элемента кислорода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Всего известно три стабильных и 10 нестабильных изотопов кислорода.

Стабильные изотопы

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-18

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]

Радиоизотопы

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-13

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-15

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 изотопов

См. также

• Эффект Доула
• Нуклеосинтез
• Кислород
• Ядерная физика

Примечания

Литература

• Cook, Gerhard A. Oxygen // The Encyclopedia of the Chemical Elements / Gerhard A. Cook, 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.