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
[編輯]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) |
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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) | 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 | 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+ |
- ^ 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
[編輯]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
[編輯]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]而較重的同位素則通過β−衰變衰變成氟。
氧-15
[編輯]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
[編輯]- ^ 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.
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- ^ 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.
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- ^ NUDAT. [2009-07-06]. (原始內容存檔於2008-09-24).
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- ^ 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.
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- ^ 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).
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- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館).
- 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,存於網際網路檔案館), 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,存於網際網路檔案館) (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.