Поширеність ізотопівкисню 16O 99.76% 17O 0.04% 18O 0.20%
Ізото́пи ки́сню — атоми кисню з різною чисельністю нейтронів у ядрах. Відомо 18 ізотопів кисню, з них три — стабільних: 16O, 17O, 18O. Решта 15 — від 11O до 28O — радіоактивні та мають період напіврозпаду менше 123 секунд.
Кисень-16 є третім за поширеністю ізотопом у Всесвіті, поступається лише 1H та 4He. На Землі частка 16O з-поміж ізотопів кисню становить 99,76 %, внаслідок цього атомна маса кисню усереднено становить а.о.м.. В окремих середовищах, внаслідок температурних змін, тощо вона коливається в проміжку — а.о.м..
Стабільні ізотопи У природі існує три стабільних ізотопи кисню: 16O, 17O, 18O.
Кисень-16 є другим після гелію-4 найрозповсюдженішим ізотопом з поміж продуктів зоряного нуклеосинтезу, та утворюється після потрійної альфа реакції:
|| + → ||(−0.0918 MeV)|| Злиттям двох ядер гелію-4 виникає нестабільний берилій-8. |- || + → + 2||(+7.367 MeV)|| Якщо берилій-8 встигає провзаємодіяти з ядром гелію-4, утворюється вуглець-12. |- || + → + ||(+7.162 MeV)|| вуглець-12 поглинанням ядра гелію-4 у свою чергу продукує кисень-16.
У свою чергу два ядра кисню-16, в надрах масивних зір при температурах від K, можуть зливатися в ядра важчих елементів. Внаслідок цієї реакції ядерного горіння кисню утворюються різноманітні ізотопи, як масивніші (, , , , , , , ) так і легші (, , ).
Співвідношення ізотопів 1935 року було виявлено, що співвідношення R= в атмосфері Землі є вищим аніж у морській воді. Явище отримало назву на честь американського хіміка. Станом на 2005 рік співвідношення δ було виміряне: -1=23.88‰. Цей дисбаланс виникає через мас-залежне фракціонування ізотопів хімічних елементів живими організмами (при диханні чи фотосинтезі). Також важка вода (молекули з важчими ізотопами кисню чи водню) слабше випаровується з водойм при нижчих температурах. Аналізуючи співвідношення δ=-1 можна оцінити температуру клімату планети на момент формування зразка, наприклад, вмерзання повітряної бульбашки в кригу. Порівняння ізотопного складу кисню для вкраплень повітря в крижаних кернах льодовиків із сучасними значеннями (наприклад ) дозволяє палеоекології встановлювати хронологію кліматичних змін.
Радіонукліди
Окрім трьох стабільних ізотопів кисню, було штучно синтезовано ще 15, усі вони короткоживучі. Найдовше існує 15O — період напіврозпаду c. Найкоротше 25O — . с. Ізотопи з меншою кількістю нейронів (11O–15O) головно за рахунок бета-розпаду з випромінюванням позитрона (β+) перетворюються на вуглець чи азот. Ізотопи з більшою кількістю нейронів (19O–28O) зазвичай через бета-розпад з випускання електрона (β-), перетворюються на фтор.
Кисень-15
Кисень-15 є однією з проміжних ланок вуглецево-азотного циклу (CNO-циклу), в якому чотири ядра протію (1H) перетворюються на ядро гелію-4 (4He). Цикл відіграє важливу роль в зоряному нуклеосинтезі.
Цей радіонуклід застосовується в медицині для позитронно-емісійної томографії (PET-візуалізація). 15O розпадається, випромінюючи позитрон, який у свою чергу анігілює з електроном з емісією двох гамма-квантів (з енергіями по ~511 кеВ). Аналіз розподілу гамма-квантів і використовується при обстеженні легень, центральної та периферійної гемодинаміки тощо. Щоправда через короткий час існування (період напіврозпаду — близько 2 хвилин), частіше застосовують інші ізотопи (11C, 13N, 18F).
В умовах земної атмосфери кисень-15 утворюється зокрема внаслідок впливу гамма-променів, що виникають зокрема від блискавок, на стабільний ізотоп 16O в молекулах кисню O2.
16O + → 15O +
Упродовж кількох хвилин після утворення майже весь кисень-15 перетворюється на стабільний азот-15:15O → 15N + + Гамма-промені, що утворюються внаслідок анігіляції позитрона, пролітають в середньому до 90 м в атмосфері.
Список ізотопів кисню +Характеристики ізотопів кисню Символ нукліда Z(p) N(n) Маса ізотопа (а. о. м.) Періоднапіврозпаду(T1/2) Канал розпаду(ймовірність) Похідніізотопи Спін і Парністьядра Енергія збудження 11O 8 3 (1) [~3.4 MeV] 2p 3/2−, 5/2+ 12O 8 4 (26) > 6.3 c 2p (60%)p (40%) 0+ 13O 8 5 (10) 8.58(5) c β+ (89.1%)β+p (10.9%) * (3/2−) 14O 8 6 (27) 70.621(14) c β+ * 0+ 15O 8 7 (5) 122.24(16) с β+ * 1/2− 16O* 8 8 (17) стабільний — — 0+ 17O* 8 9 (7) стабільний — — 5/2+ 18O* 8 10 (8) стабільний — — 0+ 19O 8 11 (28) 26.464(9) с β− * 5/2+ 20O 8 12 (9) 13.51(5) с β− 0+ 21O 8 13 (13) 3.42(10) с β− (5/2+) 22O 8 14 (6) 2.25(9) с β− (78%)β−n (22%) 0+ 23O 8 15 (13) 9.7(8) c β− (93%)β−n (7%) 1/2+ 24O 8 16 (18) 6.5(5) c β− (57%)β−n (43%) 0+ 25O 8 17 (18) 2.8(5) c n 3/2+# 26O 8 18 (18) 9.0 c 2n 0+ 27O 8 19 (54) <2.6 c n (?)2n (?) ? 3/2+# 28O 8 20 (75) <1.00 c n (?)2n (?) ? 0+() — ± щодо останніх вказаних порядків значень; * — стабільні ізотопи;? — невідомо; # — розрахункові дані; (β) — бета-розпад (β− — електрон; β+ — позитрон); p — протонний розпад ; n — випромінювання нейтрона;
Див. також Кисень Нуклеосинтез Ефект Доула Кисень-16
Примітки