산소 동위 원소

Isotopes of oxygen
산소 동위 원소 (8O)
주동위원소 디케이
흥겨운 ­춤 반감기의 (t1/2) 모드 제품 ­
15오 신스 122.266초 β+100% 15ㄴ
16오 99.8% 안정적인.
17오 0.0380% 안정적인.
18오 0.205% 안정적인.
표준원자량 Ar°(O)
  • [15.99903, 15.99977]
  • 15.999±0.001(요지)[1][2]

산소
(8O)의 안정 동위 원소는 O, O
, O
 세 가지로 알려져 있습니다.

O에서
O에
이르는 방사성 동위 원소들도 특징지어졌는데, 모두 수명이 짧습니다.The longest-lived radioisotope is 15
O
 with a half-life of 122.266(43) s, while the shortest-lived isotope is the unbound 11
O
 with a half-life of 198(12) yoctoseconds, though half-lives have not been measured for the unbound heavy isotopes 27
O
 and 28
O
.[3]

동위 원소 목록

핵종[4]
[n1] 		Z N 동위원소 질량 (다)[5]
[n2] 		반감기

[resonance폭]		 디케이
모드
[n3] 		딸.
동위 원소
[n4] 		스핀앤
동등성을
[n5][n6] 		자연부존량 (mole 분율)
여기 에너지 정상비례 변동범위
11
오
[6] 		8 3 11.05125(6) 198(12) ys
[2.31(14) MeV]		 2p 9
다
 		(3/2−)
12
오
 		8 4 12.034368(13) 8.9(3.3) zs 2p 10
다
 		0+
13
오
 		8 5 13.024815(10) 8.58(5)ms β+ (89.1(2)%) 13
ㄴ
 		(3/2−)
β+p (10.9(2)%) 12
다
βp+,α(<0.1%) 24
He
[7]
14
오
 		8 6 14.008596706(27) 70.621(11)초 β+ 14
ㄴ
 		0+
15
오
[n7] 		8 7 15.0030656(5) 122.266(43)초 β+ 15
ㄴ
 		1/2−
16
오
[n8] 		8 8 15.994914619257(319) 안정적인. 0+ [0.99738, 0.99776][8]
17
오
[n9] 		8 9 16.999131755953(692) 안정적인. 5/2+ [0.000367, 0.000400][8]
18
오
[n8][n10] 		8 10 17.999159612136(690) 안정적인. 0+ [0.00187, 0.00222][8]
19
오
 		8 11 19.0035780(28) 26.470(6)s β− 19
바
 		5/2+
20
오
 		8 12 20.0040754(9) 13.51초 β− 20
바
 		0+
21
오
 		8 13 21.008655(13) 3.42초 β− 21
바
 		(5/2+)
βn−?[n 11] 20
F
?
22
오
 		8 14 22.00997(6) 2.25(9)초 β− (> 78%) 22
바
 		0+
β−n (< 22%) 21
바
23
오
 		8 15 23.01570(13) 97(8)ms β− (93(2)%) 23
바
 		1/2+
β−n (7(2)%) 22
바
24
오
[n12] 		8 16 24.01986(18) 77.4(4.5)ms β− (57(4)%) 24
바
 		0+
βn−(43(4)) 23
바
25
오
 		8 17 25.02934(18) 5.18(35) zs n 24
오
 		3/2+#
26
오
 		8 18 26.03721(18) 4.2(3.3) ps 2n 24
오
 		0+
27
오
[3] 		8 19 3n 24
오
28
오
[3] 		8 20 4n 24
오
 		0+
이 테이블 머리글 및 바닥글:
  1. ^ mO – 여기 핵 이성질체.
  2. ^ ( ) – 불확실성(1σ)은 해당하는 마지막 숫자 뒤에 괄호 안에 간결한 형태로 표시됩니다.
  3. ^ 붕괴 모드:
    n: 중성자 방출
    p: 양성자 방출
  4. ^ 딸처럼 굵은 기호 – 딸 제품은 안정적입니다.
  5. ^ ( ) spin value – 지정 인수가 약한 스핀을 나타냅니다.
  6. ^ # – #로 표시된 값은 순수하게 실험 데이터에서 도출된 것이 아니라 적어도 부분적으로 인접 핵종(TNN)의 추세에서 도출된 것입니다.
  7. ^ 수소로부터 헬륨을 생성하는 과정의 일부로써 항성 핵합성에서 CNO-I의 중간생성물
  8. ^ a b O와
    O의
    비율은 고대의 온도를 추론하는 데 사용됩니다.
  9. ^ 대사 경로에 대한 NMR 연구에 사용될 수 있습니다.
  10. ^ 특정한 대사 경로를 연구하는데 사용될 수 있습니다.
  11. ^ 표시된 붕괴 모드는 에너지적으로 허용되지만, 이 핵종에서 발생하는 것은 실험적으로 관찰되지 않았습니다.
  12. ^ 가장 무거운 입자에 결합된 산소 동위원소(Nuclear drip line 참조)

안정 동위 원소

거대한 별의 생애 후반에 O는
N-쉘에, O는
H-쉘에, O는
He-쉘에 집중합니다.

천연 산소는 O
, O
, O의
세 가지 안정 동위 원소로 구성되어 있으며, O가
가장 풍부합니다(99.762%).표준 원자량은 지상파 공급원에 따라 [15.99903, 15.9997] 범위 내에서 달라집니다(종래치는 15.999).

16
O는
항성진화의 주요 산물이기 때문에 상대적이고 절대적인 풍부함을 가지고 있는데, 이는 초기에 수소로만 존재했던 별들이 만들 수 있다는 것을 의미합니다.[9]대부분의 O는
별에서 헬륨 핵융합 과정이 끝날 때 합성되며, 삼중 알파 과정은 C를
만들어 추가적인 He
 핵을 포획하여 O를
생성합니다.네온 연소 과정은 추가적인
O를 생성합니다.[9]

O와
O는
모두 2차 동위원소이며, 이는 그들의 합성이 씨앗 핵을 필요로 한다는 것을 의미합니다.17
O는
주로 CNO 순환 과정에서 수소를 헬륨으로 연소시켜 만들어지는데, 이로 인해 별들의 수소 연소 구역에서 흔히 볼 수 있는 동위 원소가 됩니다.[9]대부분의 O는
N
(CNO 연소로 풍부하게 만들어지는)이 He
 핵을 포획하여 F가
될 때 생성됩니다.이 베타는 빠르게(약 110분의 반감기) O로
붕괴되어 헬륨이 풍부한 별들의 구역에서 동위 원소가 흔합니다.[9]산소를 유황에 융합하기 위해서는9 약 10 켈빈이 필요합니다.[10]

C를
기준으로 통일된 원자 질량 단위를 정의하기 전에 산소에 원자 질량 16을 할당했습니다.[11]물리학자들이 O만을
언급한 반면, 화학자들은 동위원소의 자연적인 혼합을 의미했기 때문에, 이것은 약간 다른 질량 척도로 이어졌습니다.

다양한 동위원소의 응용

O/16O 비율 측정은 고기후의 변화를 해석하는 데 자주 사용됩니다.Oxygen in Earth's air is 99.759% 16
O
, 0.037% 17
O
 and 0.204% 18
O
.[12] Water molecules with a lighter isotope are slightly more likely to evaporate and less likely to fall as precipitation,[13] so Earth's freshwater and polar ice have slightly less (0.1981%) 18
O
 than air (0.204%) or seawater (0.1995%).이러한 차이는 역사적인 얼음 코어를 통해 온도 패턴을 분석할 수 있게 해줍니다.

산소 동위원소 비율을 위한 고체 시료(유기 및 무기)는 일반적으로 은 컵에 저장되고 열분해 및 질량 분석법으로 측정됩니다.[14]연구자는 정확한 측정을 위해 검체를 부적절하게 보관하거나 장기간 보관하는 것을 피해야 합니다.[14]

천연 산소가 대부분 O이기 때문에 다른 안정 동위원소와 함께 농축된 샘플을 동위원소 라벨링에 사용할 수 있습니다.예를 들어, 광합성에서 방출되는 산소는 동위원소 추적 실험에 의해 역시 소비된 CO가2 아닌 HO에서2 발생한다는 것이 증명되었습니다.이산화탄소에2 포함된 산소는 광합성에 의해 형성된 당을 구성하는 데 사용됩니다.

중수로에서 중성자 감속재는 O에 비해 중성자 흡수 단면이 높기 때문에 O와 O가 낮아야 합니다.경수로에서도 이러한 효과를 관찰할 수 있지만, 일반적인 수소(프로튬)는 산소의 안정 동위원소보다 흡수 단면이 높고 물 속에서 그 수밀도가 산소보다 두 배나 높아 그 효과는 무시할 수 있습니다.일부 동위원소 분리 방법은 중수를 생성할 때 수소 동위원소뿐만 아니라 산소 동위원소를 농축시키기 때문에 O와 O의 농도가 측정적으로 더 높아질 수 있습니다.게다가 O(n,α)14
C 반응은 더 무거운 산소 동위원소의 농도 상승으로 인해 더욱 바람직하지 않은 결과입니다.따라서 원자로에 사용되는 중수에서 삼중수소를 제거하는 시설은 종종 산소 동위원소의 무거운 양을 제거하거나 최소한 감소시킵니다.

산소 동위원소는 해양 성분과 해산물의 온도를 추적하는 데에도 사용됩니다.[15]

방사성동위원소

가장 안정한 방사성 동위원소는 반감기 122.266(43)s의 O와
반감기 70.621(11)s의 O입니다
.나머지 방사성 동위원소들은 모두 반감기가 27초 미만이고 대부분은 0.1초 미만입니다.알려진 4개의 가장 무거운 동위원소(최대
 O
)는 반감기가 77.4 ms인 O에 중성자 방출에 의해 붕괴됩니다.이 동위 원소는 Ne와 함께 중성자별의 지각 반응 모델에 사용되었습니다.[16]안정 동위 원소보다 가벼운 동위 원소의 가장 일반적인 붕괴 모드는 질소로의 β+ 붕괴이며, 그 다음에 가장 일반적인 모드는 불소로의 β− 붕괴입니다.

산소-13

산소-13은 8개의 양성자와 5개의 중성자를 가진 불안정한 동위원소입니다.스핀은 3/2, 반감기는 8.58ms입니다.원자 질량은 13.024815(10) Da입니다.전자 포획에 의해 질소-13으로 붕괴하며 붕괴 에너지는 17.770(10) MeV입니다.모핵종은 불소-14입니다.

산소-15

산소-15는 방사성 동위원소로 양전자 방출 단층 촬영(PET)에 자주 사용됩니다.PET 심근관류영상 및 뇌 영상 촬영을 위한 물에 사용할 수 있습니다.[17][18]원자 질량은 15.0030656(5)이고 반감기는 122.266(43)초입니다.사이클로트론을 이용한 질소-14의 중수소 폭격을 통해 생성됩니다.[19]

N + H → O + n

산소-15와 질소-13은 공기 중에서 감마선(예를 들어 번개로 인한)이 O와 N의 중성자를 녹일 때 생성됩니다.[20]

O + γ → O + n
N + γ → N + n

15
O는
양전자를 방출하며 N으로
붕괴합니다.양전자는 전자로 빠르게 소멸되고, 약 511keV의 두 개의 감마선을 생성합니다.번개가 치고 나면, 이 감마선은 반감기가 2분으로 줄어들지만, 이 낮은 에너지의 감마선은 평균적으로 90미터 정도만 공기를 통과합니다.질소-13의 양전자에서 생성된 광선과 함께 O와
N의
"구름"이 바람에 의해 떠다니면서 1분 정도만 탐지할 수 있습니다.[21]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "Standard Atomic Weights: Oxygen". CIAAW. 2009.
  2. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; et al. (2022-05-04). "Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. doi:10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
  3. ^ a b c Kondo, Y.; Achouri, N. L.; Falou, H. Al; et al. (2023-08-30). "First observation of 28O". Nature. Springer Science and Business Media LLC. 620 (7976): 965–970. doi:10.1038/s41586-023-06352-6. ISSN 0028-0836.
  4. ^ 반감기, 붕괴 모드, 핵 스핀 및 동위원소 조성은 다음과 같습니다.
    Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
  5. ^ Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*". Chinese Physics C. 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
  6. ^ Webb, T. B.; et al. (2019). "First Observation of Unbound 11O, the Mirror of the Halo Nucleus 11Li". Physical Review Letters. 122 (12): 122501–1–122501–7. arXiv:1812.08880. Bibcode:2019PhRvL.122l2501W. doi:10.1103/PhysRevLett.122.122501. PMID 30978039. S2CID 84841752.
  7. ^ Paleja, Ameya (2023-09-05). "Scientists observe nucleus decay into four particles". interestingengineering.com. Retrieved 2023-09-29.
  8. ^ a b c "Atomic Weight of Oxygen Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights". ciaaw.org. Retrieved 2022-03-15.
  9. ^ a b c d B. S. Meyer (September 19–21, 2005). "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. 9022.
  10. ^ 엠슬리 2001, 페이지 297.
  11. ^ 파크스 앤 멜러 1939, 6장, 7절.
  12. ^ 쿡 & 라우어 1968, 페이지 500.
  13. ^ Dansgaard, W (1964). "Stable isotopes in precipitation" (PDF). Tellus. 16 (4): 436–468. Bibcode:1964Tell...16..436D. doi:10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x.
  14. ^ a b Tsang, Man-Yin; Yao, Weiqi; Tse, Kevin (2020). Kim, Il-Nam (ed.). "Oxidized silver cups can skew oxygen isotope results of small samples". Experimental Results. 1: e12. doi: