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산소-16

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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.

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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.
산소-16
일반 정보
원소 기호O
질량수16
중성자 수8
양성자 수8
상대 원자 질량15.99491461956(16) u
존재 비율99.76%
안정성안정
스핀0
과잉 에너지-4737.00135(16) keV
핵종 정보
결합 에너지알려지지 않음

2. 존재

산소-16은 다른 산소 동위 원소에 비해 그 양이 매우 풍부하다. 이는 산소-16이 항성 진화 과정 중 삼중알파과정을 통해 생성된 탄소-12헬륨-4와 반응하여 생성되는 주요 생성물이기 때문이며[5], 네온 연소 과정을 통해 많은 양이 합성되기 때문이기도 하다[5]. 또한 질소-16, 질소-17, 네온-17, 나트륨-20 등의 방사성 붕괴를 통해서도 생성되기도 한다[3].

2. 1. 항성 핵합성

삼중알파과정을 통해 생성된 탄소-12헬륨-4와 반응하여 만들어지는 주요 생성물이기 때문에 산소-16은 다른 산소 동위 원소에 비해 그 양이 매우 풍부하다.[5] 네온 연소 과정을 통해서도 많은 양이 합성된다.[5] 탄소-12와 헬륨-4가 반응하여 산소-16이 생성되는 반응은 다음과 같다.

:\mathrm{^{12}_{6}C\ +\ ^{4}_{2}He\ \longrightarrow\ ^{16}_{8}O}

이때 의 에너지가 방출된다.

이러한 반응 이외에도 질소-16, 질소-17, 네온-17, 나트륨-20 등의 방사성 붕괴를 통해서도 산소-16이 생성되기도 한다.[3]

2. 2. 방사성 붕괴

질소-16, 질소-17, 네온-17, 나트륨-20 등의 방사성 붕괴를 통해 산소-16이 생성되기도 한다.[3]

3. 이용

산소-18과 산소-16의 비율은 고기후학 연구에 활용된다. 탄소-12원자 질량 단위로 지정되기 전에는 산소-16이 과거 원자 질량 단위의 기준으로 사용되기도 했다.[8]

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 분자가 더 가벼워 증발이 더 쉽게 일어나 비로 내릴 확률이 높으므로[6] 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.[7] 이 점을 이용하면 그 당시의 산소 동위원소 비율을 보존하고 있는 빙핵(ice core)이나 해양 퇴적물을 분석하여 과거의 기후를 알아내는 데 쓸 수 있다.

3. 2. 원자 질량 단위

탄소-12원자 질량 단위로 지정되기 전인 1938년, 국제 원자량 위원회는 산소 1몰의 질량을 16g으로 정의하였다. 그러나 물리학자들은 산소-16만을 고려한 단위를 사용한 반면, 화학자들은 산소의 다른 동위 원소 비율까지 고려한 평균 원자량을 단위로 사용하여 미세한 차이가 발생하였다. 1961년부터 IUPAP와 IUPAC는 탄소-12의 원자량을 정확히 12로 정의한 단위를 사용하고 있다.[8]

참조

[1] 웹사이트 Table of Isotopic Masses and Natural Abundances http://www.ncsu.edu/[...] 2024-10-04
[2] 논문 Oxidized silver cups can skew oxygen isotope results of small samples https://www.cambridg[...] 2020
[3] 웹인용 Isotope data for Oxygen-16 http://www.periodict[...] 2014-09-08
[4] 웹인용 Oxygen-16 http://www.wolframal[...] 2014-09-08
[5] 간행물 Nucleosynthesis and galactic chemical evolution of the isotopes of oxygen http://www.lpi.usra.[...] 2005-09-19
[6] 문서 Stable isotopes in precipitation 1964
[7] 웹인용 생명의 기체, 산소 http://navercast.nav[...] 2014-09-04
[8] 서적 하이탑 고등학교 화학 I 두산동아 2012-11-15



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