Se conocen tres isótopos estables de oxígeno ( 8 O):dieciséis
oh
,17oh, y18oh.
Isótopos radiactivos que van desde11
oh
a28
oh
También se han caracterizado, todos ellos de corta duración. El radioisótopo de vida más larga es15
oh
con una vida media de122,266(43) s , mientras que el isótopo de vida más corta es el no unido 11
oh
con una vida media de198(12) yoctosegundos , aunque no se han medido las vidas medias de los isótopos pesados libres27
oh
y28
oh
. [3]
El oxígeno natural está formado por tres isótopos estables ,dieciséis
oh
,17oh, y18oh, condieciséis
oh
siendo el más abundante (99,762% abundancia natural ). Dependiendo de la fuente terrestre, el peso atómico estándar varía dentro del rango de [15.999 03 ,15,999 77 ] (el valor convencional es 15,999).
dieciséis
oh
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 inicialmente eran solo hidrógeno . [10] La mayoríadieciséis
oh
se sintetiza al final del proceso de fusión del helio en las estrellas ; El proceso triple alfa crea12C, que captura un adicional4Élnúcleo para producirdieciséis
oh
. El proceso de quema de neón crea adicionaldieciséis
oh
. [10]
Ambos17
oh
y18
oh
Son isótopos secundarios, lo que significa que su síntesis requiere núcleos semilla.17
oh
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. [10] La mayoría18
oh
se produce cuando14
norte
(hecho abundante a partir de la quema de CNO) captura una4
Él
núcleo, convirtiéndose18F. Esta beta rápidamente (vida media de alrededor de 110 minutos) se desintegra a18
oh
haciendo que ese isótopo sea común en las zonas ricas en helio de las estrellas. [10] Se necesitan alrededor de 10 9 kelvin para fusionar oxígeno en azufre . [11]
Se asignó una masa atómica de 16 al oxígeno antes de la definición de la unidad de masa atómica unificada basada en12
C
. [12] Dado que los físicos se referíandieciséis
oh
Sólo que, si bien los químicos se referían a la mezcla natural de isótopos, esto condujo a escalas de masa ligeramente diferentes.
Las mediciones de la relación 18 O/ 16 O se utilizan a menudo para interpretar cambios en el paleoclima . El oxígeno en el aire de la Tierra es99,759% dieciséis
oh
,0,037% 17
oh
y0,204% 18
oh
. [13] Las moléculas de agua con un isótopo más ligero tienen una probabilidad ligeramente mayor de evaporarse y menos probabilidades de caer en forma de precipitación , [14] por lo que el agua dulce y el hielo polar de la Tierra tienen un poco menos (0,1981% )18
oh
que el 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 . [15] Los investigadores deben evitar el almacenamiento inadecuado o prolongado de las muestras para realizar mediciones precisas. [15]
Debido a que el oxígeno natural es mayoritariamentedieciséis
O , se pueden utilizar muestras enriquecidas con otros isótopos estables para el marcaje de isótopos . Por ejemplo, mediante experimentos de rastreo de isótopos se demostró que el oxígeno liberado durante la fotosíntesis se origina en el H 2 O , y no en el CO 2 también consumido. El oxígeno contenido en el CO 2 se utiliza a su vez para formar los azúcares formados durante la fotosíntesis.
En los reactores de agua pesada, el moderador de neutrones debería ser preferentemente de bajo contenido.17
O y18
O debido a su mayor sección transversal de absorción de neutrones en comparación condieciséis
O. Si bien este efecto también se puede observar en reactores de agua ligera , el hidrógeno ordinario ( protio ) tiene una sección transversal de absorción más alta que cualquier isótopo estable de oxígeno y su densidad numérica es dos veces mayor en el agua que la del oxígeno, por lo que el efecto es insignificante. Como algunos métodos de separación de isótopos enriquecen no sólo los isótopos más pesados de hidrógeno sino también los isótopos más pesados de oxígeno al producir agua pesada , la concentración de17
O y18
O puede ser considerablemente mayor. Además, el17
O (n,α)14
La reacción C es otro resultado indeseable de una concentración elevada de isótopos de oxígeno más pesados. 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 . [dieciséis]
Se han caracterizado trece radioisótopos ; los más estables son15
oh
con vida media 122.266(43) s y14
oh
con vida media70.621(11)s . Todos los radioisótopos restantes tienen vidas medias inferiores a27 sy la mayoría tienen vidas medias inferiores a 0,1 s. Los cuatro isótopos más pesados conocidos (hasta28
oh
) desintegración por emisión de neutrones a24
oh
, cuya vida media es77,4(4,5) ms . Este isótopo, junto con el 28 Ne , se han utilizado en el modelo de reacciones en corteza de estrellas de neutrones. [17] 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 .
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 es13.024 815 (10) Da . Se desintegra a nitrógeno-13 por captura de electrones, con una energía de desintegración de17,770(10) MeV . Su nucleido padre es el flúor-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 14 O para estudiar la transición de la desintegración beta de este isótopo a 14 N. [18] [19]
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 . [20] [21] Tiene una masa atómica de15.003 0656 (5) , y una vida media de122.266(43) art . Se produce mediante el bombardeo de nitrógeno-14 con deuterones utilizando un ciclotrón . [22]
El oxígeno-15 y el nitrógeno-13 se producen en el aire cuando los rayos gamma (por ejemplo, de un rayo ) eliminan los neutrones del 16 O y del 14 N: [23]
15
oh
decae a15
norte
, 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 por los positrones del nitrógeno-13, sólo pueden detectarse durante aproximadamente un minuto, ya que la "nube" de15
oh
y13
norte
flota, llevado por el viento. [8]
El oxígeno-20 tiene una vida media de13,51 ± 0,05 s y desintegra por β - desintegración a 20 F. Es una de las partículas expulsadas por desintegración de cúmulos conocidas , que se emite en la desintegración de 228 Th con una relación de ramificación de aproximadamente(1,13 ± 0,22) × 10 −13 . [24]
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