氧的同位素
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| 標準原子質量 (Ar, 標準) |
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氧（原子量：15.9994）共有18個已知同位素，質量數介於11-28之間，其中有3個是穩定的，分別是16O、17O、18O，其中以16O占天然氧的絕大部分，豐度為99.76%。在氧的放射性同位素當中，15O半衰期最長，達122.266秒；而原子核滴線外的11O半衰期最短，只有1.98×10-22秒，但目前仍未測量同處原子核滴線外的27O和28O的半衰期。[2]
圖表
| 符號 | Z | N | 同位素質量（u） [n 1] |
半衰期 [n 1] |
衰變 方式[3] |
衰變 產物 [n 2] |
原子核 自旋[n 3] |
相對豐度 （莫耳分率）[n 1] |
相對豐度 的變化量 （莫耳分率） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 11O[4] | 8 | 3 | 11.05125(6) | 1.98(22)×10−22 s [2.31±0.14 MeV] |
2p | 9C | (3/2−) | ||
| 12O | 8 | 4 | 12.034405(20) | 580(30)×10−24 s [0.40(25) MeV] |
2p (60.0%) | 10C | 0+ | ||
| p (40.0%) | 11N | ||||||||
| 13O | 8 | 5 | 13.024812(10) | 8.58(5) ms | β+ (89.1%) | 13 N |
(3/2−) | ||
| β+, p (10.9%) | 12 C | ||||||||
| 14O | 8 | 6 | 14.00859625(12) | 70.598(18) s | β+ | 14 N |
0+ | ||
| 15O | 8 | 7 | 15.0030656(5) | 122.24(16) s | β+ | 15N | 1/2− | ||
| 16O[n 4] | 8 | 8 | 15.994914619257(319) | 穩定 | 0+ | 0.99757(16) | 0.99738–0.99776 | ||
| 17O[n 5] | 8 | 9 | 16.999131755953(692) | 穩定 | 5/2+ | 3.8(1)×10−4 | 3.7×10−4–4.0×10−4 | ||
| 18 O [n 4][n 6] |
8 | 10 | 17.999159612136(690) | 穩定 | 0+ | 2.05(14)×10−3 | 1.88×10−3–2.22×10−3 | ||
| 19O | 8 | 11 | 19.003580(3) | 26.464(9) s | β− | 19F | 5/2+ | ||
| 20O | 8 | 12 | 20.0040767(12) | 13.51(5) s | β− | 20F | 0+ | ||
| 21O | 8 | 13 | 21.008656(13) | 3.42(10) s | β− | 21F | (5/2+) | ||
| 22O | 8 | 14 | 22.00997(6) | 2.25(15) s | β− (78.0%) | 22F | 0+ | ||
| β−, n (22.0%) | 21F | ||||||||
| 23O | 8 | 15 | 23.01569(13) | 82(37) ms | β−, n (57.99%) | 22F | 1/2+ | ||
| β− (42.0%) | 23F | ||||||||
| 24O | 8 | 16 | 24.02047(25) | 77.4(45) ms | β−, n (57.99%) | 23F | 0+ | ||
| β− (42.01%) | 24F | ||||||||
| 25O | 8 | 17 | 25.02934(18) | 5.18(35) zs | n | 24O | 3/2+# | ||
| 26O | 8 | 18 | 26.03721(18) | 4.2(3.3) ps | 2n | 24O | 0+ | ||
| 27O[2] | 8 | 19 | 3n | 24O | |||||
| 28O[2] | 8 | 20 | 4n | 24O | 0+ | ||||
- ^ 1.0 1.1 1.2 用括號括起來的數據代表不確定性。
- ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
- ^ 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
- ^ 4.0 4.1 16O和18O之間的比例用於測量δ18O
- ^ 可用於代謝途徑的NMR研究
- ^ 可用於研究某些代謝途徑
穩定同位素
氧的3種穩定同位素是16O、17O、18O，其中16O最多，豐度為99.762 %[5]。
16O的豐度最大可以由恆星進化論解釋。大爆炸產生宇宙時僅形成了氫和氦元素，其他元素都是透過後來的恆星中進行的核聚變反應合成的[6]。在恆星內，質子-質子鏈反應與碳氮氧循環首先進行，「燃燒」氫產生氦。隨着燒氫的進行，核在自身重力下收縮，中心溫度上昇，當溫度超過約1億K時，「燃燒」氦的3氦過程開始，由此產生12C，然後又與氦（4He）原子核反應生成16O。大部分的16O由此產生。
17O的豐度為0.037%，18O為0.204%，是微量的穩定同位素。17O主要是在恆星的碳氮氧循環中，氫燃燒產生氦時合成的[6]。而18O是14N捕獲4He合成的（14N由碳氮氧循環產生）。因此，17O主要於恆星的氫殼富集，18O主要於恆星的氦殼富集。[6]
放射性同位素
氧有十三種放射性同位素已獲得表徵，其中最穩定的是半衰期122.24秒的15O和半衰期70.606秒的14O。[5]剩下的放射性同位素的半衰期都小於27秒，大部分甚至小於0.1秒。[5]半衰期77.4毫秒的24O和28Ne都被用於研究中子星表面的核反應。[7]對於輕於穩定同位素的氧同位素，它們最常見的衰變模式是β+衰變成氮，[8][9][10]而較重的同位素則透過β−衰變衰變成氟。
氧-15
氧-15是氧的放射性同位素，常以氧-15水的形式用於正電子斷層掃描（PET）的心肌灌注成像和腦成像。[11][12]它有8個質子和7個中子，原子量為15.0030654 amu，半衰期122.24秒。[13]氧-15可以由在回旋加速器中用氘轟擊氮-14而成。[14]
氧-15和氮-13分別由γ射線把大氣中的氧-16和氮-14的一個中子轟掉而成：[15]
- 16O + γ → 15O + n
- 14N + γ → 13N + n
氧-15會以約兩分鐘的半衰期衰變成氮-15，並放出一個正電子。這個正電子迅速和一個電子湮滅，並產生兩個能量約為511 keV的γ射線。這些低能量的γ射線只能在空氣中移動90米。它和來自氮-13的正電子產生的γ射線一樣只能在一分鐘內左右檢測到，因為15O和13N的「雲」會隨風飄散。[16]
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參考文獻
- ^ Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Kondo, Y.; Achouri, N. L.; Falou, H. Al; et al. First observation of 28O. Nature (Springer Science and Business Media LLC). 2023-08-30, 620 (7976): 965–970. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/s41586-023-06352-6.
- ^ Universal Nuclide Chart
. Nucleonica. [2014-12-02]. （原始內容存檔於2017-02-19）.
- ^ Webb, T. B.; et al. First Observation of Unbound 11O, the Mirror of the Halo Nucleus 11Li. Physical Review Letters. 2019, 122 (12): 122501–1—122501–7. arXiv:1812.08880
. doi:10.1103/PhysRevLett.122.122501.
- ^ 5.0 5.1 5.2 Oxygen Nuclides / Isotopes. EnvironmentalChemistry.com. [2007-12-17]. （原始內容存檔於2020-08-18）.
- ^ 6.0 6.1 6.2 Meyer, B.S. NUCLEOSYNTHESIS AND GALACTIC CHEMICAL EVOLUTION OF THE ISOTOPES OF OXYGEN (PDF). Proceedings of the NASA Cosmochemistry Program and the Lunar and Planetary Institute. Workgroup on Oxygen in the Earliest Solar System. Gatlinburg, Tennessee. September 19–21, 2005 [2007-12-23]. 9022. （原始內容存檔 (PDF)於2010-12-29）.
- ^ Berry, D.K; Horowitz, C.J. Fusion of neutron rich oxygen isotopes in the crust of accreting neutron stars. April 2008 [2023-09-08]. doi:10.1103/PhysRevC.77.045807. （原始內容存檔於2023-09-23）.
- ^ NUDAT. [2009-07-06]. （原始內容存檔於2008-09-24）.
- ^ NUDAT. [2009-07-06]. （原始內容存檔於2008-09-24）.
- ^ NUDAT. [2009-07-06]. （原始內容存檔於2011-07-21）.
- ^ Rischpler, Christoph; Higuchi, Takahiro; Nekolla, Stephan G. Current and Future Status of PET Myocardial Perfusion Tracers. Current Cardiovascular Imaging Reports. 22 November 2014, 8 (1): 333–343. doi:10.1007/s12410-014-9303-z.
- ^ Kim, E. Edmund; Lee, Myung-Chul; Inoue, Tomio; Wong, Wai-Hoi. Clinical PET and PET/CT: Principles and Applications. Springer. 2012: 182 [2022-02-10]. ISBN 9781441908025. （原始內容存檔於2022-02-10） （英語）.
- ^ oxygen 15 - definition of oxygen 15 by Medical dictionary. Medical-dictionary.thefreedictionary.com. [2014-12-02]. （原始內容存檔於2022-02-10）.
- ^ Production of PET Radionuclides. Austin Hospital, Austin Health. [6 December 2012]. （原始內容存檔於15 January 2013）.
- ^ Timmer, John. Lightning strikes leave behind a radioactive cloud. Ars Technica. 25 November 2017 [2022-02-10]. （原始內容存檔於2022-02-10） （美國英語）.
- ^ Teruaki Enoto; et al. Photonuclear reactions triggered by lightning discharge. Nature. Nov 23, 2017, 551 (7681): 481–484. Bibcode:2017Natur.551..481E. PMID 29168803. arXiv:1711.08044 . doi:10.1038/nature24630.
- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.