Az oxigén izotópjai

Az oxigénnek három stabil izotópja van, így az oxigén standard atomtömege 15,9994(3) u. További 14 izotóp ismert, melyek nem stabilak.

Egy nagyobb csillag élete vége felé az ¹⁶O az O-héjban, az ¹⁷O a H-héjban és az ¹⁸O a He-héjban koncentrálódik

Stabil izotópok

A természetben előforduló oxigén három stabil izotópból áll, ezek az ¹⁶O, ¹⁷O és ¹⁸O. Közülük a ¹⁶O a leggyakoribb (természetes előfordulás: 99,762%).^[1] Az ismert oxigénizotópok tömegszáma 12–28.^[1]

A ¹⁶O relatív és abszolút értelemben vett gyakori előfordulásának oka az, hogy a csillagfejlődés fő terméke és elsődleges (primer) izotóp. Ez azt jelenti, hogy a kezdetben kizárólag hidrogénből álló csillagokban is keletkezik.^[2] A ¹⁶O legnagyobb része a csillagok hélium fúziós folyamatának végén szintetizálódik, a három-alfa folyamat során ¹²C jön létre, mely egy további ⁴He befogásával ¹⁶O-tá alakul. A neon-égető folyamat további ¹⁶O-ot termel.^[2]

Mind a ¹⁷O és az ¹⁸O másodlagos izotópok, azaz keletkezésükhöz megfelelő kiindulási mag szükséges. ¹⁷O elsősorban a hidrogén héliummá történő égése során keletkezik a CNO-ciklusban, emiatt megtalálható a csillagok hidrogént égető zónájában.^[2] Az ¹⁸O legnagyobb része akkor keletkezik, amikor (a CNO-ciklusban felgyűlő) ¹⁴N egy ⁴He magot fog be, emiatt a ¹⁸O a csillagok héliumban gazdag zónájában fordul elő.^[2] Ahhoz, hogy két oxigén mag fúziós reakciójával kén keletkezhessen, mintegy egymilliárd Celsius-fok szükséges.^[3]

Radioizotópok

14 radioizotópot jellemeztek, melyek közül a legstabilabb az ¹⁵O (felezési ideje 122,24 másodperc) és az ¹⁴O (felezési ideje 70,606 másodperc).^[1] A többi radioaktív izotóp felezési ideje kevesebb mint 27 másodperc, többségüké 83 ezredmásodpercnél is kevesebb.^[1] A stabil izotópokénál kisebb atomtömeg esetén a leggyakoribb bomlási mód az elektronbefogás, míg a nehezebb izotópok leggyakrabban béta-bomlók. Előbbiek bomlásterméke a 7. elem (nitrogén) izotópja, míg a nehezebb oxigénizotópok fluorrá bomlanak.^[1]

Az atomi tömegegység ¹²C-n alapuló definícióját megelőzően az oxigén atomtömegét 16-nak vették.^[4] Mivel a fizikusok a tiszta ¹⁶O-ot vették alapul, a kémikusok viszont az oxigén természetben előforduló izotópkeverékét tekintették alapnak, ennek eredménye két, kissé eltérő atomtömeg skála lett.

Az oxigén izotópösszetétele a földi légkörben 99,759% ¹⁶O, 0,037% ¹⁷O és 0,204% ¹⁸O.^[5] Mivel a könnyebb izotópot tartalmazó vízmolekulák valamivel könnyebben párolognak el és hullanak le csapadékként,^[6] az édesvíz és a sarki jégsapkák ¹⁸O tartalma egy kicsit kevesebb (0,1981%), mint a levegőé (0,204%) vagy a tengervízé (0,1995%). Emiatt ennek az aránynak a nyomon követését a tudósok a múlt klímaváltozásainak megállapítására használják (lásd a tudományos alkalmazásokról szóló részt).

Táblázat

Az izotóp jele	Z(p)	N(n)	Az izotóp tömege (u)	felezési idő	magspin	jellemző izotóp- összetétel (móltört)	természetes ingadozás (móltört)
	gerjesztési energia
12O	8	4	12,034405(20)	580(30)·10‒24 s [0,40(25) MeV]	0+
13O	8	5	13,024812(10)	8,58(5) ms	(3/2‒)
14O	8	6	14,00859625(12)	70,598(18) s	0+
15O	8	7	15,0030656(5)	122,24(16) s	1/2‒
16O	8	8	15,99491461956(16)	STABIL	0+	0,99757(16)	0,99738–0,99776
17O	8	9	16,99913170(12)	STABIL	5/2+	0,00038(1)	0,00037–0,00040
18O	8	10	17,9991610(7)	STABIL	0+	0,00205(14)	0,00188–0,00222
19O	8	11	19,003580(3)	26,464(9) s	5/2+
20O	8	12	20,0040767(12)	13,51(5) s	0+
21O	8	13	21,008656(13)	3,42(10) s	(1/2,3/2,5/2)+
22O	8	14	22,00997(6)	2,25(15) s	0+
23O	8	15	23,01569(13)	82(37) ms	1/2+#
24O	8	16	24,02047(25)	65(5) ms	0+
25O	8	17	25,02946(28)#	<50 ns	(3/2+)#
26O	8	18	26,03834(28)#	<40 ns	0+
27O	8	19	27,04826(54)#	<260 ns	3/2+#
28O	8	20	28,05781(64)#	<100 ns	0+

Megjegyzések:

• Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot.
• A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél rendszeres tendenciákat is figyelembe vettek. A gyenge asszignációs argumentumú spineket zárójelben jelöltük.
• A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, leszámítva a IUPAC által megadott izotóp-összetételt és standard atomtömeget, melyeknél kiterjesztett bizonytalanságot használunk.

Jegyzetek

1. Oxygen Nuclides / Isotopes. EnvironmentalChemistry.com. (Hozzáférés: 2007. december 17.)
2. Meyer 2005
3. Emsley 2001, p.297
4. Mellor 1939, Chapter VI, Section 7
5. Cook 1968, p.500
6. Dansgaard 1964

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben az Isotopes of oxygen című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

• Cook 1968: Cook, Gerhard A., Lauer, Carol M..szerk.: Clifford A. Hampel: Oxygen, The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation, 499–512. o.. LCCN 68-29938 (1968)
• Emsley 2001: Emsley, John. Oxygen, Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press, 297–304. o. (2001). ISBN 0198503407
• Dansgaard 1964: Willi Dansgaard (1964): Stable isotopes in precipitation, Tellus-A 16, pp.436-468, doi:10.3402/tellusa.v16i4.8993
• Mellor 1939: Parks, G. D., Mellor, J. W.. Mellor's Modern Inorganic Chemistry, 6th edition, London: Longmans, Green and Co (1939)
• Meyer 2005: Meyer, B.S. (2005. szeptember 19.). „NUCLEOSYNTHESIS AND GALACTIC CHEMICAL EVOLUTION OF THE ISOTOPES OF OXYGEN” (PDF). Workgroup on Oxygen in the Earliest Solar System Proceedings of the NASA Cosmochemistry Program and the Lunar and Planetary Institute. 9022. Hozzáférés: 2007. december 23.

A táblázathoz

• Izotóptömegek: Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Izotópösszetétel és standard atomtömegek: Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683–800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) Archiválva 2008. március 5-i dátummal a Wayback Machine-ben.
• A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties Archiválva 2011. július 16-i dátummal a Wayback Machine-ben, Nuc. Phys. A 729, pp. 3–128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (Hozzáférés ideje: 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.

A nitrogén izotópjai	Az oxigén izotópjai	A fluor izotópjai
Izotópok listája

• Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap