Hapen isotoopit

**Hapen isotoopit** ovat nuklideja, joiden atomien ytimissä on kahdeksan protonia ja eri määrä (4–16) neutronia. Hapella on kolme vakaata isotooppia, 16O, 17O ja 18O. Lisäksi hapella on joukko epävakaita, radio­aktiivisia isotooppeja, joiden massa­luvut vaihtelevat välillä 12–24, mutta ne ovat kaikki lyhytikäisiä: niistä pitkä­ikäisimmänkin, 15O:n puoliintumisaika on 122,24 sekuntia. Lyhytikäisin tunnettu hapen isotooppi on 12O, jonka puoliintumis­aika on 580(30)&nbsp;&times;&nbsp;10-24 sekuntia.

## Vakaat isotoopit
Luonnon happi koostuu kolmesta vakaasta isotoopista: happi-16 (16O), happi-17 (17O) ja happi-18 (18O). Näistä yli­voimaisesti yleisin on happi-16, jota luonnon hapessa on noin 99,756 prosenttia. Sen massaluku on 16. Näin ollen hapen suhteellinen atomipaino onkin lähellä lukua 16; tarkemmin sanottuna se on 15,9994(3). Hapen muiden tunnettujen iso­tooppien massaluvut vaihtelevat välillä 12–24.

Isotooppi <sup>16</sup>O on sekä suhteellisesti että absoluuttisesti poikkeuksellisen yleinen, koska se on yksi tähtien kehityksen loppu­tuotteista. Se on primaarinen isotooppi, toisin sanoen sitä syntyy tähdissä, jotka alun perin koostuvat pelkästään vedystä. Suurin osa isotoopista 16 syntyy nukleosynteesin loppu­tuotteena tähtien heliumfuusiossa, jossa kolme alfa­hiukkasta yhtyy ensin hiiliytimeksi 12C (hiili-12), joka sitten voi vielä siepata alfahiukkasen muodostaen ytimen 16O. Neonin palamis­prosessissa syntyy vielä lisää happea 16O.

Sekä <sup>17</sup>O ja <sup>18</sup>O ovat sekundaarisia isotooppeja, mikä merkitsee, että niiden nukleo­synteesi edellyttää, että läsnä on jo tiettyjä nuklideja. Happi-17 (17O) syntyy pääasiassa vedyn palaessa heliumiksi CNO-syklissä, minkä vuoksi sitä esiintyy tähdissä runsaasti sillä vyöhykkeellä, jossa vety fuusioituu. Happi-18 (18O) syntyy, kun typpi-isotooppi 14N, jota CNO-palamisen vuoksi on runsaasti, kaappaa heliumytimen 4He, minkä vuoksi tätä isotooppia esiintyy tähdissä eniten niissä kerroksissa, joissa on eniten heliumia. Vasta noin miljardin celsiusasteen lämpötilassa happi­ytimetkin fuusioituvat muodostaen raskaampia ytimiä kuten rikkiä.

Isotooppien O-18 ja O-16 suhdetta on usein käytetty paleoklimatologiassa maapallon muinaisten ilmaston­muutosten selvittämiseen. Nykyisin Maan ilmakehässä olevista happiatomeista noin 99,756&nbsp;% on 16-, 0,039&nbsp;% 17O- ja 0,205&nbsp;% 18O-atomeja. Koska kuitenkin ne vesimolekyylit (H2O), joissa oleva happi­atomi on hapen kevyintä isotooppia, haihtuvat hieman herkemmin kuin ne, joissa sen paikalla on jompikumpi raskaammista isotoopeista, hapen raskainta isotooppia 18O on sadeveden ja sen vuoksi myös järvi- ja jokivesien sekä napajäätiköiden hapessa hieman vähemmän (0,1981&nbsp;%) kuin ilman (0,205&nbsp;%) tai meriveden hapessa (0,1995&nbsp;%). Kun ero isotooppien haihtuvaisuuden välillä riippuu myös veden lämpötilasta, tämä tekee mahdolliseksi päätellä vanhojen jää­kerrostumien perusteella, onko maapallon ilmasto muinaisina aikoina ollut nykyistä lämpimämpi tai viileämpi. Paleo­klimato­logiassa puhutaankin happi-isotooppivaiheista, ajan­jaksoista, jolloin muodostuneen jään happi-isotooppi­koostumus on nykyisin muodostuvasta poikkeava.

Ennen kuin atomimassayksikkö (u) vuonna 1961 määriteltiin nykyisellä tavalla 12C-atomin perusteella, asteikon perustana käytettiin happi­atomia, jonka massa määriteltiin 16 yksiköksi (amu). Kun kuitenkin fyysikot käyttivät vertailu­kohteena isotooppia 16O, kemistit sen sijaan luonnossa esiintyvän isotooppi­seoksen keski­määräistä atomimassaa, seurauksena oli pieni, mutta merkitsevä ero eri yhteyksissä käytettyjen atomimassa-asteikkojen välille.

## Radioisotoopit
Hapelle tunnetaan myös 14 radioisotooppia. Pitkäikäisimmät niistä on 15O, jonka puoliintumisaika on 122,24&nbsp;s, ja 14O, jonka puoliintumisaika on 70,606&nbsp;s. Hapen kaikkien muiden radioa­ktiivisten isotooppien puoliintumis­aika on pienempi kuin 27&nbsp;s ja useimpien niistä pienempi kuin 83&nbsp;ms. Esimerkiksi 24O:n puoliintumisaika on 61&nbsp;ms. Useimmat hapen vakaita isotooppeja kevyemmät isotoopit hajoavat ß<sup>+</sup>-hajoamisella typen isotoopeiksi., vakaita isotooppeja raskaammat sen sijaan ß<sup>-</sup>-hajoamisella fluorin isotoopeiksi.

### Happi-13
Happi-13 on hapen epävakaa isotooppi. Sen atomin ytimessä on 8 protonia ja 5 neutronia. Sen spin on 3/2- ja puoliintumisaika 8,48 ms. Sen atomimassa on 13,0248 atomimassayksikköä. Se hajoaa elektroni­sieppauksella typpi-13:ksi, ja sen hajoamisenergia on 17,765 MeV. Sitä syntyy fluori-14:n hajotessa.

### Happi-15
Happi-15 on isotooppi, jota käytetään isotooppilääketieteessä positroniemissiotomografiassa eli PET-kuvauksissa. Sen atomin ytimessä on 8 protonia ja 7 neutronia, ja atomin massa on 15,0030654 atomi­massa­yksikköä. Sen puoliintumis­aika on 122,24 sekuntia. Happi-15:tä valmistetaan pommittamalla typpi-14-atomeja protoneilla syklotronissa. Happi-15:lla leimattua vettä (radiovesi) käytetään radiolääkkeenä sydänlihasperfuusion PET/TT-kuvantamisessa.

## Taulukko

### Huomautukset
* Eri isotooppien suhteellista osuutta luonnon hapessa ei voida tarkoin ilmoittaa, koska se vaihtelee jonkin verran. Kaikissa normaaleissa maasta löydetyistä materiaaleissa se kuitenkin on tässä ilmoitetun vaihteluvälin sisällä.
* Merkillä # varustettuja lukuja ei ole saatu suoraan koetuloksista, vaan ne perustuvat ainakin osittain systemaattisiin trendeihin. Spinit, jotka arvot on päätelty epävarmoin perustein, on merkitty sulkuihin.
* Epätarkkuudet on merkitty tiivissä muodossa sulkuihin viimeisen desimaalin jälkeen. Ne tarkoittavat yhtä standardi­poikkeamaa, paitsi isotooppi­koostumukset ja IUPAC:n standardit atomimassat joissa käytetään laajennettuja epätarkkuuksia.
* Nuklidien massat ovat IUPACin symboli-, yksikkö-, nimistö-, atomimassa- ja perus­vakio­komission (SUNAMCO) mukaiset.
# Isotooppien suhteelliset osuudet ovat IUPAC:in isotooppi­koostumus- ja atomi­paino­komission mukaiset.

## Lähteet

## Aiheesta muualla
*Periodictable: Isotopes of Oxygen