Isótopos de oxígeno
Hay tres isótopos estables conocidos de oxígeno (8O): 16O, 17O y 18O.
Isótopos radiactivos que van desde 11
>O
a 28
O
también se han caracterizado, todos de corta duración. El radioisótopo de vida más larga es 15< /sup>
O< sup style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">
con una vida media de 122,266(43) s, mientras que el isótopo de vida más corta es el 11
O
con una vida media de 198(12) yoctosegundos, aunque no se han medido las vidas medias de los isótopos pesados libres 27
>O
> y 28< /sup>
O< sup style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">
.
Lista de isótopos
| Nuclide | Z | N | Masa sototópica (Da) | Vida media [Ancho de resonancia] | Decaymode | Daughterisotope | Spin and paridad | Abundancia natural (Fracción mínima) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Energía de excitación | Proporción normal | Rango de variación | |||||||||||||||||
| 11 O | 8 | 3 | 11.05125(6) | 198(12) ys [2.31(14) MeV] | 2p | 9 C | (3/2 a) | ||||||||||||
| 12 O | 8 | 4 | 12.034368(13) | 8.9 3) zs | 2p | 10 C | 0+ | ||||||||||||
| 13 O | 8 | 5 | 13.024815(10) | 8.58(5) ms | β+ ()89.1) | 13 N | (3/2 a) | ||||||||||||
| β+p10,9 2)) | 12 C | ||||||||||||||||||
| β+p,α (traducido)0,1%) | 24 Él | ||||||||||||||||||
| 14 O | 8 | 6 | 14.008596706(27) | 70.621(11) s | β+ | 14 N | 0+ | ||||||||||||
| 15 O | 8 | 7 | 15.00306565) | 122.266(43) s | β+ | 15 N | 1/2− | Trace | |||||||||||
| 16O | 8 | 8 | 15.994914619257(319) | Stable | 0+ | [0.99738, 0.99776] | |||||||||||||
| 17O | 8 | 9 | 16.999131755953(692) | Stable | 5/2+ | [0,000367, 0,000400] | |||||||||||||
| 18O | 8 | 10 | 17.999159612136(690) | Stable | 0+ | [0,00187, 0,00222] | |||||||||||||
| 19 O | 8 | 11 | 19.0035780(28) | 26.470(6) s | β− | 19 F | 5/2+ | ||||||||||||
| 20 O | 8 | 12 | 20.0040754(9) | 13.51(5) s | β− | 20 F | 0+ | ||||||||||||
| 21 O | 8 | 13 | 21.008655(13) | 3.42(10) s | β− | 21 F | (5/2+) | ||||||||||||
| β−¿No? | 20 F ? | ||||||||||||||||||
| 22 O | 8 | 14 | 22.00997(6) | 2.25(9) s | β− (considerado) 78%) | 22 F | 0+ | ||||||||||||
| β−n) 22%) | 21 F | ||||||||||||||||||
| 23 O | 8 | 15 | 23.01570(13) | 97(8) ms | β− ()93,2%) | 23 F | 1/2+ | ||||||||||||
| β−No.7 2)%) | 22 F | ||||||||||||||||||
| 24 O | 8 | 16 | 24.01986(18) | 77.4(4.5) ms | β− ()57(4)%) | 24 F | 0+ | ||||||||||||
| β−No.43(4)%) | 23 F | ||||||||||||||||||
| 25 O | 8 | 17 | 25.02934(18) | 5.18(35) zs | n | 24 O | 3/2+# | ||||||||||||
| 26 O | 8 | 18 | 26.03721(18) | 4.2.3 ps | 2n | 24 O | 0+ | ||||||||||||
| 27 O | 8 | 19 | ≥ 2,5 zs | n | 26 O | (3/2+, 7/2) | |||||||||||||
| 28 O | 8 | 20 | ≥ 650 ys | 2n | 26 O | 0+ | |||||||||||||
| Esta cabecera de mesa > | |||||||||||||||||||
- ^ mO – Un isómero nuclear excitado.
- ^ ( ) – La incertidumbre (1σ) se da en forma concisa en paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
- ^ Modos de decadencia:
n: Emisión de neutrón p: Emisión de protones - ^ Signatura Bold como hija – El producto de la hija es estable.
- ^ ( ) valor de la columna – Indica la vuelta con argumentos de asignación débiles.
- ^ # – Los valores marcados # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos parcialmente de las tendencias de los nuclidos vecinos (TNN).
- ^ Producto intermedio de CNO-I en la nucleosíntesis estelar como parte del proceso produciendo helio de hidrógeno
- ^ a b La relación entre 16
O
y 18
O
se utiliza para deducir temperaturas antiguas. - ^ Se puede utilizar en estudios NMR de vías metabólicas.
- ^ Se puede utilizar en el estudio de ciertas vías metabólicas.
- ^ El modo Decay se muestra enérgicamente permitido, pero no se ha observado experimentalmente que ocurre en este nuclido.
- ^ El isótopo más potente de partículas de oxígeno, vea la línea de goteo nuclear
Isótopos estables
O
concentrados en el N-shell, 17
O
en la H-Shell y 18
O
en el He-shell.
El oxígeno natural está hecho de tres isótopos estables, 16O, 17O y 18O, con 16
O
siendo el más abundante (99.762% de la abundancia natural). Dependiendo de la fuente terrestre, el peso atómico estándar varía dentro del rango de [15.99903, 15.99977] (el valor convencional es 15.999).
16
>O< span style="display:inline-block;margin-bottom:-0.3em;vertical-align:0.8em;line-height:1.0em;font-size:80%;text-align:left">
tiene una alta abundancia relativa y absoluta porque es un producto principal de la evolución estelar y porque es un isótopo primario, lo que significa que puede ser producido por estrellas que fueron Inicialmente sólo hidrógeno. La mayoría de 16
O
se sintetiza al final del proceso de fusión del helio en las estrellas; el proceso triple alfa crea 12C, que captura un núcleo de 4He adicional para producir 16
>< /span>O
. El proceso de grabación de neón crea 16< /sup>
O< sup style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">
.
Ambos 17
>O
y 18
>< /span>O
son isótopos secundarios, lo que significa que su síntesis requiere núcleos semilla. 17
O
< /sub> se produce principalmente al quemar hidrógeno para convertirlo en helio en el ciclo CNO, lo que lo convierte en un isótopo común en las zonas de quema de hidrógeno de las estrellas. La mayoría de 18
O
se produce cuando 14N (producido abundantemente a partir de la quema de CNO) captura un 4
>Él
> núcleo, convirtiéndose en 18F. Esta beta rápidamente (vida media de alrededor de 110 minutos) decae a 18
> O
haciendo que ese isótopo sea común en las zonas ricas en helio de las estrellas. Se necesitan unos 109 kelvin para fusionar el oxígeno en azufre.
Se asignó una masa atómica de 16 al oxígeno antes de la definición de la unidad de masa atómica unificada basada en 12
< /sub>C
>< sub style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">. Desde que los físicos se refirieron a 16
>O
solamente, mientras que los químicos se referían a la mezcla natural de isótopos, esto condujo a escalas de masa ligeramente diferentes.
Aplicaciones de varios isótopos
Las mediciones de la proporción 18O/16O se utilizan a menudo para interpretar cambios en el paleoclima. El oxígeno en el aire de la Tierra es 99,759% 16
>O
>>span>, 0,037% 17
O
y 0,204% 18
>O
. Las moléculas de agua con un isótopo más ligero tienen una probabilidad ligeramente mayor de evaporarse y menos de caer en forma de precipitación, por lo que el agua dulce y el hielo polar de la Tierra tienen un poco menos (0.1981%) 18
>< /span>O
que aire (0,204%) o agua de mar (0,1995% ). Esta disparidad permite el análisis de patrones de temperatura a través de núcleos de hielo históricos.
Las muestras sólidas (orgánicas e inorgánicas) para determinar las proporciones isotópicas de oxígeno generalmente se almacenan en vasos de plata y se miden con pirólisis y espectrometría de masas. Los investigadores deben evitar el almacenamiento inadecuado o prolongado de las muestras para realizar mediciones precisas.
Debido a que el oxígeno natural es mayoritariamente 16
O, muestras enriquecidas con los otros isótopos estables se pueden utilizar para el marcaje de isótopos. Por ejemplo, se ha demostrado que el oxígeno liberado durante la fotosíntesis se origina en H2O, y no en el CO también consumido2, mediante experimentos de rastreo de isótopos. El oxígeno contenido en el CO2 se utiliza a su vez para formar los azúcares formados durante la fotosíntesis.
En reactores de agua pesada, el moderador de neutrones debería ser preferiblemente bajo en 17
O y 18
O debido a su mayor sección de absorción de neutrones en comparación con 16
O. Si bien este efecto también se puede observar en reactores de agua ligera, el hidrógeno común (protio) tiene una sección transversal de absorción más alta que cualquier isótopo estable de oxígeno y su densidad número es dos veces más alta en el agua que el de oxígeno para que el efecto sea insignificante. Como algunos métodos de separación isótopo enriquecen no sólo isótopos más pesados de hidrógeno, sino también isótopos más pesados de oxígeno al producir agua pesada, la concentración de 17
O y 18
O puede ser mediblemente más alto. Además, el 17
O(n,α)14C La reacción es otro resultado indeseable de una concentración elevada de isótopos más pesados de oxígeno. Por lo tanto, las instalaciones que eliminan el tritio del agua pesada utilizada en los reactores nucleares a menudo también eliminan o al menos reducen la cantidad de isótopos más pesados de oxígeno.
Los isótopos de oxígeno también se utilizan para rastrear la composición del océano y la temperatura de donde provienen los mariscos.
Radioisótopos
Se han caracterizado trece radioisótopos; los más estables son 15
>O
con vida media 122.266( 43) s y 14
O
con vida media 70.621(11) s. Todos los radioisótopos restantes tienen vidas medias inferiores a 27 s y la mayoría tiene vidas medias inferiores a 0,1 s . Los cuatro isótopos más pesados conocidos (hasta 28
>O
) desintegración por emisión de neutrones a
24
O
< /sub>, cuya vida media es 77,4(4,5) señora. Este isótopo, junto con el 28Ne, se ha utilizado en el modelo de reacciones en la corteza de estrellas de neutrones. El modo de desintegración más común para los isótopos más ligeros que los isótopos estables es la desintegración β+ a nitrógeno, y el modo más común posterior es la desintegración β− a flúor.
Oxygen-13
El oxígeno-13 es un isótopo inestable, con 8 protones y 5 neutrones. Tiene espín 3/2− y vida media 8,58(5) ms. Su masa atómica es 13,024815( 10) Da. Se desintegra en nitrógeno-13 mediante captura de electrones, con una energía de desintegración de 17,770(10) MeV. Su nucleido padre es el flúor-14.
Oxígeno-14
El oxígeno-14 es el segundo radioisótopo más estable. Los haces de iones de oxígeno-14 son de interés para los investigadores de núcleos ricos en protones; por ejemplo, uno de los primeros experimentos en la Instalación de Haces de Isótopos Raros en East Lansing, Michigan, utilizó un haz de 14O para estudiar la transición de la desintegración beta de este isótopo a 14N. .
Oxígeno-15
El oxígeno-15 es un radioisótopo que se utiliza a menudo en la tomografía por emisión de positrones (PET). Se puede utilizar, entre otras cosas, en agua para obtener imágenes de perfusión miocárdica mediante PET y para obtener imágenes del cerebro. Tiene una masa atómica de 15.0030656(5) y una vida media de 122,266(43) s. Se produce mediante el bombardeo de nitrógeno-14 con deuterones utilizando un ciclotrón.
- 14
N
+ 2
H
→ 15
O
+ n
El oxígeno-15 y el nitrógeno-13 se producen en el aire cuando los rayos gamma (por ejemplo, los de un rayo) eliminan los neutrones del 16O y del 14N:
- 16
O
+ γ → 15
O
+ n - 14
N
+ γ → 13
N
+ n
15
>O< span style="display:inline-block;margin-bottom:-0.3em;vertical-align:0.8em;line-height:1.0em;font-size:80%;text-align:left">
decae a 15
>< /span>N
, emitiendo un positrón. El positrón se aniquila rápidamente con un electrón, produciendo dos rayos gamma de aproximadamente 511 keV. Después de un rayo, esta radiación gamma se apaga con una vida media de 2 minutos, pero estos rayos gamma de baja energía viajan en promedio sólo unos 90 metros en el aire. Junto con los rayos producidos a partir de positrones del nitrógeno-13, es posible que sólo se detecten durante aproximadamente un minuto, ya que la "nube" de 15
O
y 13
> N
flota, llevado por el viento.
Oxígeno-20
El oxígeno-20 tiene una vida media de 13,51±0.05 s y decae por β- decaimiento a 20F. Es una de las partículas conocidas expulsadas por la desintegración del cúmulo, que se emite en la desintegración de 228Th con una proporción de ramificación de aproximadamente ( 1.13±0.22) ×10−13.