氧的同位素
氧（原子量：15.9994）共有18个已知同位素，质量数介于11-28之间，其中有3个是稳定的，分别是16O、17O、18O，其中以16O占天然氧的绝大部分，丰度为99.76%。在氧的放射性同位素当中，15O半衰期最长，达122.266秒；而原子核滴线外的11O半衰期最短，只有1.98×10-22秒，但目前仍未测量同处原子核滴线外的27O和28O的半衰期。[2]
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| 标准原子质量 (Ar, 标准) |
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图表
| 符号 | Z | N | 同位素质量（u） [n 1] |
半衰期 [n 1] |
衰变 方式[3] |
衰变 产物 [n 2] |
原子核 自旋[n 3] |
相对丰度 （莫耳分率）[n 1] |
相对丰度 的变化量 （莫耳分率） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 11O[4] | 8 | 3 | 11.05125(6) | 1.98(22)×10−22 s [2.31±0.14 MeV] |
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) | 稳定 | 0+ | 0.99757(16) | 0.99738–0.99776 | ||
| 17O[n 5] | 8 | 9 | 16.999131755953(692) | 稳定 | 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) | 稳定 | 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 | 25.02934(18) | 5.18(35) zs | n | 24O | 3/2+# | ||
| 26O | 8 | 18 | 26.03721(18) | 4.2(3.3) ps | 2n | 24O | 0+ | ||
| 27O[2] | 8 | 19 | 3n | 24O | |||||
| 28O[2] | 8 | 20 | 4n | 24O | 0+ | ||||
稳定同位素
氧的3种稳定同位素是16O、17O、18O，其中16O最多，丰度为99.762 %[5]。
16O的丰度最大可以由恒星演化论解释。大爆炸产生宇宙时仅形成了氢和氦元素，其他元素都是透过后来的恒星中进行的核聚变反应合成的[6]。在恒星内，质子-质子链反应与碳氮氧循环首先进行，“燃烧”氢产生氦。随着烧氢的进行，核在自身重力下收缩，中心温度上升，当温度超过约1亿K时，“燃烧”氦的3氦过程开始，由此产生12C，然后又与氦（4He）原子核反应生成16O。大部分的16O由此产生。
17O的丰度为0.037%，18O为0.204%，是微量的稳定同位素。17O主要是在恒星的碳氮氧循环中，氢燃烧产生氦时合成的[6]。而18O是14N捕获4He合成的（14N由碳氮氧循环产生）。因此，17O主要于恒星的氢壳富集，18O主要于恒星的氦壳富集。[6]
放射性同位素
氧有十三种放射性同位素已获得表征，其中最稳定的是半衰期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于27秒，大部分甚至小于0.1秒。[5]半衰期77.4毫秒的24O和28Ne都被用于研究中子星表面的核反应。[7]对于轻于稳定同位素的氧同位素，它们最常见的衰变模式是β+衰变成氮，[8][9][10]而较重的同位素则通过β−衰变衰变成氟。
氧-15
氧-15是氧的放射性同位素，常以氧-15水的形式用于正电子断层扫描（PET）的心肌灌注成像和脑成像。[11][12]它有8个质子和7个中子，原子量为15.0030654 amu，半衰期122.24秒。[13]氧-15可以由在回旋加速器中用氘轰击氮-14而成。[14]
氧-15和氮-13分别由γ射线把大气中的氧-16和氮-14的一个中子轰掉而成：[15]
- 16O + γ → 15O + n
- 14N + γ → 13N + n
氧-15会以约两分钟的半衰期衰变成氮-15，并放出一个正电子。这个正电子迅速和一个电子湮灭，并产生两个能量约为511 keV的γ射线。这些低能量的γ射线只能在空气中移动90米。它和来自氮-13的正电子产生的γ射线一样只能在一分钟内左右检测到，因为15O和13N的“云”会随风飘散。[16]
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参考文献
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- ^ 2.0 2.1 2.2 Kondo, Y.; Achouri, N. L.; Falou, H. Al; et al. First observation of 28O. Nature (Springer Science and Business Media LLC). 2023-08-30, 620 (7976): 965–970. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/s41586-023-06352-6.
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. Nucleonica. [2014-12-02]. （原始内容存档于2017-02-19）.
- ^ 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
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- ^ Berry, D.K; Horowitz, C.J. Fusion of neutron rich oxygen isotopes in the crust of accreting neutron stars. April 2008 [2023-09-08]. doi:10.1103/PhysRevC.77.045807. （原始内容存档于2023-09-23）.
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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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- ^ Production of PET Radionuclides. Austin Hospital, Austin Health. [6 December 2012]. （原始内容存档于15 January 2013）.
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- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- 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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （页面存档备份，存于互联网档案馆） (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.