Syreisotoper

Sent i en massiv stjärnas liv: ¹⁶O koncentreras i O-skalet, ¹⁷O i H-skalet och ¹⁸O i He-skalet.

Syreisotoper är isotoper av grundämnet syre (O), det vill säga atomer och kärnor med 8 protoner och olika antal neutroner.

Isotoper

Syre har 17 kända isotoper, varav 3 är stabila (¹⁶O, ¹⁷O och ¹⁸O).

Den mest långlivade radioisotopen är ¹⁵O med en halveringstid på 122,24 sekunder. Den mest kortlivade är ¹²O med en halveringstid på 1,14275 zeptosekunder.

Stabila isotoper

Syre har tre naturligt förekommande isotoper: ¹⁶O, ¹⁷O och ¹⁸O. ¹⁶O är den mest förekommande (99,762 %). Det betydande relativa och absoluta överflödet av ¹⁶O förklaras av det faktum att det är en huvudprodukt av stjärnutveckling och en primär isotop, det vill säga att den kan framställas genom stjärnor som ursprungligen endast bestod av ²H. Det mesta ¹⁶O bildas genom nukleosyntes vid slutet av trippel-alfa-processen, då ¹²C bildas och fångar in en ⁴He-kärna, för att slutligen bilda ¹⁶O. Neonförbränning producerar också ¹⁶O.

¹⁷O och ¹⁸O är båda sekundära isotoper, det vill säga att deras nukleosyntes kräver en "startkärna". ¹⁷O bildas i första hand genom förbränning av väte till helium under CNO-cykeln, vilket gör den till en gemensam isotop i brinnande vätezoner i stjärnor. Det mesta ¹⁸O produceras när ¹⁴N (väsentliga mängder från CNO-förbränning) fångar in en ⁴He-kärna, vilket gör ¹⁸O vanligt i heliumrika zoner i stjärnor. Ungefär en miljard grader Celsius krävs för två syrekärnor att genomgå en kärnfusion för att bilda tyngre svavelkärna.

Mätningar av förhållandet mellan ¹⁸O till ¹⁶O används ofta för att tolka förändringar i paleoklimat. Isotopsammansättningen av syreatomer i jordens atmosfär är 99,759 % ¹⁶O, 0,037 % ¹⁷O och 0,204 % ¹⁸O. Eftersom vattenmolekyler som innehåller den lättare isotopen är något mer benägna att avdunsta och falla som nederbörd, innehåller färskt vatten och polarisen på jorden något mindre (0,1981 %) av den tunga isotopen ¹⁸O än luft (0,204 %) eller havsvatten (0,1995 %). Denna skillnad tillåter analys av temperaturmönster via historiska iskärnor.

En atommassenhet baserades ursprungligen på syre, med 16 atommassenheter, innan den omdefinierades till att baseras på ¹²C. Medan fysiker enbart refererade till ¹⁶O, medan kemisterna avsåg den naturliga isotopblandningen, ledde detta till något olika masskalor mellan de båda disciplinerna.

Radioisotoper

14 radioisotoper är kända, den mest stabila är ¹⁵O med en halveringstid av 122,24 sekunder och ¹⁴O med en halveringstid på 70,598 sekunder. Alla de återstående radioisotoperna har halveringstider lägre än 27 sekunder och majoriteten av dessa har halveringstider lägre än 83 millisekunder (ms). Exempelvis, ²⁴O har en halveringstid på 61 ms. Den vanligaste sönderfallstypen för isotoper lättare än de stabila isotoperna är β⁺-sönderfall (till kväve) och den vanligaste sönderfallstypen för tyngre isotoper är β⁻-sönderfall (till fluor).

Isotoper med högre masstal än 24 (²⁵O, ²⁶O, ²⁷O och ²⁸O) ligger utanför neutrondropplinjen ^{[källa behövs]} och är särskilt instabila, sönderfallande genom neutronemission till isotopen med en neutron mindre, med en halveringstid på några tiotals nanosekunder.

Syre-13

¹³O är en syreisotop vars kärna består av 8 protoner och 5 neutroner. Den har ett spinn på 3/2⁻ och en halveringstid på 8,58 ms. Dess atommassa är 13,0248 Da. Den sönderfaller till ¹³N genom elektroninfångning, och har en sönderfallsenergi på 17,765 MeV. Dess modernuklid är ¹⁴F.

Syre-15

¹⁵O är en syreisotop vars kärna består av 8 protoner och 7 neutroner. Den används ofta i positronemissionstomografi eller PET-avbildning. Den totala atommassan är 15,0030654 amu. Den har en halveringstid på 122,24 sekunder. ¹⁵O syntetiseras genom deuteronbombardemang av ¹⁴N med hjälp av en cyklotron.

Historia

De första försöken att isotopseparera ¹⁶O och ¹⁸O går tillbaka till 1935 när Harold Urey försökte separera de olika isotoperna med hjälp av vatten med en destillationskolonn med roterande band.

Bland de första användningsområdena för dessa isotoper var studie av mekanismerna i organisk kemi, särskilt mekanismerna för förestring och hydrolys.

Tabell

Nuklid	Z	N	Massa (u)	Halveringstid	ST (%)	SE (MeV)	SP	Spinn	Förekomst (%)
12O	8	4	12,034405(20)	1,14275 × 10−21 s	2p (60 %)	0,19	10C	0+
					p (40 %)	0,19	11N
13O	8	5	13,024812(10)	8,58 ms	β+ (89,1 %)	17,765	13N	(3⁄2−)
					β+ + p (10,9 %)	17,765	12C
14O	8	6	14,00859625(12)	70,598 s	β+	5,143	14N	0+
15O	8	7	15,0030656(5)	122,24 s	β+	2,754	15N	½−
16O	8	8	15,99491461956(16)	Stabil				0+	99,762
17O	8	9	16,99913170(12)	Stabil				5⁄2+	0,038
18O	8	10	17,9991610(7)	Stabil				0+	0,2
19O	8	11	19,003580(3)	26,464 s	β−	4,821	19F	5⁄2+
20O	8	12	20,0040767(12)	13,51 s	β−	4,821	20F	0+
21O	8	13	21,008656(13)	3,42 s	β−	8,109	21F	(½, 3⁄2, 5⁄2)+
22O	8	14	22,00997(6)	2,25 s	β− (78 %)	6,49	22F	0+
					β− + n (22 %)	6,49	21F
23O	8	15	23,01569(13)	82 ms	β− + n (57,99 %)	3,75	22F	½+#
					β− (42 %)	11,29	23F
24O	8	16	24,02047(25)	65 ms	β− + n (57,99 %)	7,6	23F	0+
					β− (42,01 %)	11,4	24F
25O	8	17		5,2 × 10−8 s	n		24O	3⁄2+
26O	8	18		4 × 10−8 s	β−		26F	0+
					n		25O

Anmärkningar

• Stabila isotoper anges i fetstil.
• Värden markerade med # härrör inte enbart från experimentella data, men åtminstone delvis från systematiska trender.
• Osäkerheter anges i kort form i parentes efter värdet. Osäkerhetsvärden anger en standardavvikelse, utom isotopsammansättningen och standardatommassa från IUPAC, som använder expanderade osäkerhet.
• Nuklidmassor är givna av IUPAP Commission on Symbols, Units, Nomenclature, Atomic Masses and Fundamental Constants (SUNAMCO).
• Isotopförekomster är givna av IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Isotoper med 27–28 kärnpartiklar är mycket kortlivade och tas ej med i tabellen.

Referenser

Källor

• Cook, Gerhard A.; Lauer, Carol M. (1968). ”Oxygen”. i Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. sid. 499–512. https://archive.org/details/encyclopediaofch00hamp/page/499 
• Emsley, John (2001). ”Oxygen”. Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. sid. 297–304. ISBN 978-0-19-850340-8 
• Parks, G. D.; Mellor, J. W. (1939). Mellor's Modern Inorganic Chemistry (6th). London: Longmans, Green and Co 

---

• Isotopmassor:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). ”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics 729: sid. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf. 
• Isotopsammansättning och standardatommassa:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). ”Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 75 (6): sid. 683–800. doi:10.1351/pac200375060683. http://www.iupac.org/publications/pac/75/6/0683/pdf/. 
  • M. E. Wieser (2006). ”Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 78 (11): sid. 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051. http://iupac.org/publications/pac/78/11/2051/pdf/. 
• Spinn och isomerdata:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). ”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729: sid. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf. 
  • National Nuclear Data Center. ”NuDat 2.1 database”. Brookhaven National Laboratory. http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/. Läst 1 september 2005. 
  • N. E. Holden (2004). ”Table of the Isotopes, Section 11”. i D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics (85th). CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9