Кислород-17 (17О) — стабильный изотоп кислорода. Отличается от обычного изотопа кислорода (16О) дополнительным нейтроном в ядре атома.
Физические свойства Атомная масса кислорода-17 — 17,00446 а. е. м, в отличие от кислорода-16 — 15,99903; 15,99977 а. е. м. Плотность кислорода-17 — 1,518 г/см3 (у кислорода-16 — 0,00142897 г/см3).
При нормальных температурах кислород-17 ведёт себя как обычный газ без цвета, вкуса и запаха. Температура кипения близка к таковой у обычного кислорода (−183 °C). Температура плавления также близка к кислороду-16 — −218 °С, но с небольшим изотопным сдвигом. Кислород-17 растворим в воде, растворимость близка к растворимости кислорода-16, но может отличатся из-за разницы молекулярных взаимодействий и массы.
Получение
Разделение изотопов (промышленное обогащение)
Низкотемпературная ректификация воды. Используют разницу в давлении паров молекул воды с разными изотопами. Процесс проводят при пониженных температурах, чтобы усилить изотопный эффект. Это энергоёмкий, но хорошо отработанный метод. Использование побочных потоков кислородных воздухоразделительных установок (ВРУ). В кубовых остатках ВРУ накапливаются тяжёлые изотопы кислорода (17О и 18О) из-за фракционирования. Этот концентрат затем дополнительно обогащают ректификацией. Такой подход снижает затраты по сравнению с работой с обычной пресной водой.
Ядерные реакции (для исследовательских количеств) В малых количествах кислород-17 можно получить облучением подходящих мишеней в ускорителях или реакторах, например:
^16O(d,n)^17F-> ^17O
Дейтронами облучают мишень с 16О. Образуется короткоживущий 17F, который распадается в 17О, это даёт 17О с высокой изотопной чистотой, но выход мал, а стоимость высока.
Применение
Основные области применения Ядерный магнитный резонанс (ЯМР‑спектроскопия). Кислород-17 имеет ядерный спин I=5/2, благодаря чему подходит для ЯМР‑исследований. С его помощью изучают: строение и динамику кислородсодержащих соединений, процессы переноса кислорода в химических реакциях, локальную симметрию и электронную плотность вокруг атома кислорода в молекулах и кристаллах. Геохимия и палеоклиматология. Хотя для реконструкции климата чаще используют соотношения 16О/18О, данные по 17О помогают уточнять модели фракционирования изотопов в природных системах и изучать нестандартные изотопные эффекты, которые несут дополнительную информацию о процессах в атмосфере и гидросфере. Исследования материалов. В физике твёрдого тела и материаловедении 17О-ЯМР используют для изучения оксидных материалов (например высокотемпературных сверхпроводников, катализаторов, аккумуляторных материалов), чтобы понять локальное окружение кислорода, дефекты и подвижность ионов.
Ограничения Низкая природная распространённость. Чтобы получить заметные количества 17О требуется изотопное обогащение — дорогостоящий и трудоёмкий процесс. Технические сложности ЯМР. Из‑за квадрупольного момента ядра спектры 17О часто широкие и плохо разрешённые, что усложняют интерпретацию данных.
Примечания
Категория:Изотопы кислорода