酸素の同位体

酸素の同位体（₈ O ）
標準原子量 A r °(O)
	[15.999 03 , 15.999 77 ] ; 15.999 ± 0.001 （要約）;
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酸素の安定同位体（_8O）は3つ知られています。¹⁶
お
、¹⁷
お
、そして¹⁸
お
。

放射性同位元素の範囲は¹¹
お
に²⁸
お
も特徴付けられているが、いずれも短寿命である。最も長寿命の放射性同位元素は¹⁵
お
半減期は122.266(43) s であり、最も寿命の短い同位体は非結合型である。 ¹¹
お
半減期は198(12) ヨクト秒であるが、結合していない重い同位体の半減期は測定されていない。²⁷
お
そして²⁸
お
^[3 ]

同位体のリスト

^ ^m O – 励起核異性体。
^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
^ 崩壊のモード:
^ 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
^ # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
^ 水素からヘリウムを生成する過程における恒星内元素合成におけるCNO-Iの中間生成物
^ ab の比率¹⁶
お
そして¹⁸
お
古代の気温を推定するために使用されます。
^ 代謝経路の NMR 研究に使用できます。
^ 特定の代謝経路の研究に使用できます。
^ 示されている崩壊モードはエネルギー的には許容されるが、この核種で発生することは実験的に観察されていない。
^ 最も重い酸素の粒子結合同位体。核ドリップラインを参照

安定同位体

天然酸素は3つの安定同位体から構成されています。¹⁶
お
、¹⁷
お
、そして¹⁸
お
、と¹⁶
お
最も豊富である（天然存在比99.762% ）。地上の供給源に応じて、標準原子量は[15.999 03 ,15.999 77 ] （従来の値は15.999です）。

¹⁶
お
水素は恒星の進化の主要な産物であり、また、水素同位体であるため、最初は水素のみであった恒星によって生成される可能性があるため、相対的および絶対的な存在量が高い。^[10]¹⁶
お
恒星のヘリウム核融合プロセスの最後に合成される。トリプルアルファプロセスによって生成される。¹²
Ｃ
、これは追加の⁴
彼
核を生成する¹⁶
お
ネオンの燃焼プロセスにより、追加の¹⁶
お
^[10 ]

両方¹⁷
お
そして¹⁸
お
二次同位体であるため、その合成には種核が必要となります。¹⁷
お
は主にCNOサイクルで水素をヘリウムに燃焼させることによって作られ、恒星の水素燃焼領域で一般的な同位体となっている。^[10]¹⁸
お
生成されるのは¹⁴
いいえ
（CNO燃焼から豊富に生成される）⁴
彼
核、なる¹⁸
ふ
このベータ崩壊は急速に（半減期は約110分）¹⁸
お
この同位体は恒星のヘリウムが豊富な領域でよく見られる。^{[10]酸素を}硫黄に融合させるには¹⁰⁹ ケルビン程度の温度が必要である。^[11]

統一原子質量単位の定義以前には、酸素には16の原子質量が割り当てられていた。¹²
Ｃ
^[12]物理学者は¹⁶
お
ただし、化学者は同位体の自然な混合を意味していたため、質量スケールがわずかに異なっていました。

さまざまな同位体の応用

¹⁸ O/ ¹⁶ O比の測定は、古気候の変化を解釈するためによく使用されます。地球の空気中の酸素は99.759% ¹⁶
お
、0.037% ¹⁷
お
そして0.204% ¹⁸
お
^{[13]より軽い同位体を持つ} 水分子は蒸発しやすく、降水として降り注ぐ可能性が低いため、^[14]地球の淡水と極地の氷はわずかに少ない（0.1981% )¹⁸
お
空気よりも（0.204%）または海水（0.1995% ）。この差異により、歴史的な氷床コアによる温度パターンの分析が可能になります。

酸素同位体比を測定するための固体サンプル（有機および無機）は通常、銀カップに保存され、熱分解および質量分析法で測定されます。^[15]研究者は正確な測定を行うために、サンプルの不適切な保管や長期間の保管を避ける必要があります。^[15]

天然酸素は主に¹⁶
O 、他の安定同位体で濃縮されたサンプルは同位体標識に使用できます。たとえば、光合成で放出される酸素は、消費された CO ₂ではなくH ₂ Oに由来することが同位体追跡実験によって証明されました。 CO ₂に含まれる酸素は、光合成で生成される糖を作るために使用されます。

重水原子炉では、中性子減速材は、¹⁷
Oと¹⁸
Oは中性子吸収断面積が他のものより高いため¹⁶
O 。この効果は軽水炉でも観察されますが、通常の水素（プロチウム）は酸素のどの安定同位体よりも吸収断面積が高く、水中でのその数密度は酸素の2倍であるため、この効果は無視できます。同位体分離法の中には、重水を生成する際に水素の重い同位体だけでなく酸素の重い同位体も濃縮するものがあるため、¹⁷
Oと¹⁸
Oは測定可能なほど高くなる可能性がある。さらに、¹⁷
0 (n,α) の場合¹⁴
C反応は、酸素のより重い同位体の濃度が上昇することによって生じるさらに望ましくない結果です。したがって、原子炉で使用される重水からトリチウムを除去する施設では、酸素のより重い同位体も除去するか、少なくともその量を減らすことがよくあります。

酸素同位体は、魚介類がどの海洋から来たのか、海洋の組成や温度を追跡するためにも使用されます。^[16]

放射性同位元素

13種類の放射性同位元素が特徴付けられており、最も安定しているのは¹⁵
お
半減期 122.266(43) sおよび¹⁴
お
半減期70.621(11) s . 残りの放射性同位元素の半減期は27秒で、そのほとんどは半減期が0.1秒未満です。最も重い4つの同位体（最大²⁸
お
）中性子放出による崩壊²⁴
お
、その半減期は77.4(4.5) ms 。この同位体は、 ²⁸ Neとともに、中性子星の地殻における反応モデルに使用されている。^[17]安定同位体よりも軽い同位体の最も一般的な崩壊モードは、窒素へのβ ⁺崩壊であり、次に一般的なモードはフッ素へのβ ⁻崩壊である。

酸素13

酸素13は、8個の陽子と5個の中性子を持つ不安定同位体である。スピンは3/2−で、半減期は 8.58(5) ms。その原子量は13.024 815 (10) Da 。電子捕獲により窒素13に崩壊し、崩壊エネルギーは17.770(10) MeV。親核種はフッ素14である。

酸素14

酸素14は2番目に安定した放射性同位体です。酸素14イオンビームは陽子過剰核の研究者にとって興味深いものです。例えば、ミシガン州イーストランシングの希少同位体ビーム施設で行われた初期の実験では、^{14 Oビームを使用してこの同位体の}¹⁴ Nへのベータ崩壊遷移を研究しました。 ^[18]^[19]

酸素15

酸素15は放射性同位元素で、陽電子放出断層撮影（ PET ）でよく使用されます。PET心筋灌流イメージングや脳イメージングでは、水中で酸素15を使用することもあります。^[20]^[21]酸素15の原子質量は15.003 0656（5）、半減期は122.266(43) s。サイクロトロンを用いた窒素14の重陽子衝撃によって生成される。^[22]

¹⁴
いいえ
+²
H
→¹⁵
お
+ いいえ

酸素15と窒素13は、ガンマ線（例えば雷）が^16Oと^14Nから中性子を叩き出すことで空気中に生成される。^[23]

¹⁶
お
+ γ →¹⁵
お
+ いいえ

¹⁴
いいえ
+ γ →¹³
いいえ
+ いいえ

¹⁵
お
崩壊して¹⁵
いいえ
陽電子を放出します。陽電子はすぐに電子と対消滅し、約 511 keV のガンマ線を 2 本生成します。雷の後、このガンマ線は半減期 2 分で消えますが、これらの低エネルギーのガンマ線は平均して空気中を約 90 メートルしか進みません。窒素 13 から陽電子が生成する放射線と合わせて、1 分程度しか「雲」として検出されない場合があります。¹⁵
お
そして¹³
いいえ
風に運ばれて漂う。^[8]

酸素20

酸素20の半減期は13.51 ± 0.05 sでβ崩壊して20 Fに崩壊する^。^これはクラスター崩壊放出粒子として知られているものの1つで、 ²²⁸ Thの崩壊で約1.5倍の分岐比で放出される。(1.13 ± 0.22) × 10 ⁻¹³。^[24]

参照

ドール効果

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