산소-16
1. 개요
산소-16은 산소의 가장 풍부한 동위 원소이다. 별의 진화 과정에서 탄소-12가 헬륨-4와 반응하거나 네온 연소 과정을 통해 생성되며, 질소-16, 질소-17, 네온-17, 나트륨-20의 방사성 붕괴를 통해서도 생성된다. 산소-16과 산소-18의 비율은 고기후학에 활용되며, 과거 기후 연구에 사용되는 빙핵이나 해양 퇴적물 분석에 이용된다. 또한, 탄소-12를 원자 질량 단위로 사용하기 전까지 원자 질량 단위 정의에 사용되었다.
| 원소 기호 | O |
|---|---|
| 질량수 | 16 |
| 중성자 수 | 8 |
| 양성자 수 | 8 |
| 상대 원자 질량 | 15.99491461956(16) u |
| 존재 비율 | 99.76% |
| 안정성 | 안정 |
| 스핀 | 0 |
| 과잉 에너지 | -4737.00135(16) keV |
| 결합 에너지 | 알려지지 않음 |
|---|
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산소 동위 원소 -
산소-18
산소-18은 안정 동위 원소로서 플루오린-18 생산, 고기후학적 기후 추정, 식물 광호흡 연구, 고생물 온도 측정 등 다양한 과학 분야에서 활용된다.
2. 존재
산소-16은 다른 산소 동위 원소에 비해 그 양이 매우 풍부하다. 이는 산소-16이 항성 진화 과정 중 삼중알파과정을 통해 생성된 탄소-12가 헬륨-4와 반응하여 생성되는 주요 생성물이기 때문이며, 네온 연소 과정을 통해 많은 양이 합성되기 때문이기도 하다. 또한 질소-16, 질소-17, 네온-17, 나트륨-20 등의 방사성 붕괴를 통해서도 생성되기도 한다.
2.1. 항성 핵합성
삼중알파과정을 통해 생성된 탄소-12가 헬륨-4와 반응하여 만들어지는 주요 생성물이기 때문에 산소-16은 다른 산소 동위 원소에 비해 그 양이 매우 풍부하다. 네온 연소 과정을 통해서도 많은 양이 합성된다. 탄소-12와 헬륨-4가 반응하여 산소-16이 생성되는 반응은 다음과 같다.
:
이때 43000000000의 에너지가 방출된다.
이러한 반응 이외에도 질소-16, 질소-17, 네온-17, 나트륨-20 등의 방사성 붕괴를 통해서도 산소-16이 생성되기도 한다.
3.1. 고기후학
산소-18과 산소-16의 비율은 고기후학에 사용된다. 지구 대기에서 산소 동위원소 비율은 산소-16이 99.759%, 산소-17이 0.037%, 산소-18이 0.204%이다. 해수에서는 산소-16을 포함한 물 분자가 더 가벼워 증발이 더 쉽게 일어나 비로 내릴 확률이 높으므로 민물이나 빙하에 비해 산소-18의 비율이 약간 더 높다. 이 비율은 온도에 따라 변하는데, 대체로 지구 기온이 낮을수록 해수에서 산소-16의 비율이 낮아지고 대기 중에서는 높아진다. 이 점을 이용하면 그 당시의 산소 동위원소 비율을 보존하고 있는 빙핵(ice core)이나 해양 퇴적물을 분석하여 과거의 기후를 알아내는 데 쓸 수 있다.