氧的同位素
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当中,15O半衰期最长,达122.266秒;而原子核滴线外的11O半衰期最短,只有1.98×10-22秒,但目前仍未测量同处原子核滴线外的27O和28O的半衰期。[2]
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
標準原子質量 (Ar, 標準) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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) | ×10−22 s 1.98(22) [±0.14 MeV] 2.31 | 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) | 稳定 | 0+ | 0.99757(16) | 0.99738–0.99776 | ||
17O[n 5] | 8 | 9 | 16.999131755953(692) | 稳定 | 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 | 34(18) 25.029 | 5.18(35) zs | n | 24O | 3/2+# | ||
26O | 8 | 18 | 21(18) 26.037 | 4.2(3.3) ps | 2n | 24O | 0+ | ||
27O[2] | 8 | 19 | 3n | 24O | |||||
28O[2] | 8 | 20 | 4n | 24O | 0+ |
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的豐度最大可以由恒星演化論解釋。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恒星中進行的核聚變反應合成的[6]。在恒星内,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,中心温度上昇,當温度超過約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主要於恒星的氫殼富集,18O主要於恒星的氦殼富集。[6]
放射性同位素
氧有十三种放射性同位素已获得表征,其中最稳定的是半衰期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于27秒,大部分甚至小于0.1秒。[5]半衰期77.4毫秒的24O和28Ne都被用于研究中子星表面的核反应。[7]对于轻于稳定同位素的氧同位素,它们最常见的衰变模式是β+衰变成氮,[8][9][10]而较重的同位素则通过β−衰变衰变成氟。
氧-15
氧-15是氧的放射性同位素,常以氧-15水的形式用于正电子断层扫描(PET)的心肌灌注成像和脑成像。[11][12]它有8个质子和7个中子,原子量为15.0030654 amu,半衰期122.24秒。[13]氧-15可以由在回旋加速器中用氘轰击氮-14而成。[14]
氧-15和氮-13分别由γ射线把大气中的氧-16和氮-14的一个中子轰掉而成:[15]
- 16O + γ → 15O + n
- 14N + γ → 13N + n
氧-15会以约两分钟的半衰期衰变成氮-15,并放出一个正电子。这个正电子迅速和一个电子湮灭,并产生两个能量约为511 keV的γ射线。这些低能量的γ射线只能在空气中移动90米。它和来自氮-13的正电子产生的γ射线一样只能在一分钟内左右检测到,因为15O和13N的“云”会随风飘散。[16]
← | 同位素列表 | → |
氮的同位素 | 氧的同位素 | 氟的同位素 |
参考文献
- 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) (页面存档备份,存于互联网档案馆). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) (页面存档备份,存于互联网档案馆).
- 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 (页面存档备份,存于互联网档案馆), Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (页面存档备份,存于互联网档案馆) (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.