| ||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, стандартный (Li) | [6,938, 6.997 ] условный: 6,94 | |||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Встречающийся в природе литий ( 3 Li) состоит из двух стабильных изотопов, лития-6 и лития-7, причем последний гораздо более распространен: около 92,5 процентов атомов. Оба естественных изотопа имеют неожиданно низкую энергию связи ядра на нуклон (~ 5,3 МэВ ) по сравнению с соседними более легкими и тяжелыми элементами, гелием (~ 7,1 МэВ) и бериллием (~ 6,5 МэВ). Самым долгоживущим радиоизотопом лития является литий-8, период полураспада которого составляет всего 839,4 миллисекунды. Литий-9 имеет период полураспада 178,3 миллисекунды, а литий-11 имеет период полураспада около 8,75 миллисекунды. Все остальные изотопы лития имеют период полураспада менее 10 наносекунд. Самым короткоживущим изотопом лития является литий-4, который распадается путем испускания протона с периодом полураспада около9,1 × 10 -23 секунды, хотя период полураспада лития-3 еще не определен, и, вероятно, он будет намного короче, как у гелия-2 (дипротон), который испускает протоны в пределах10 −9 с.
Литий-7 и литий-6 - это два первичных нуклида, которые были произведены во время Большого взрыва, при этом литий-7 составлял 10 -9 всех первичных нуклидов, а литий-6 - около 10 -13. Также известно, что небольшой процент лития-6 образуется в результате ядерных реакций в некоторых звездах. Изотопы лития несколько разделяются во время различных геологических процессов, включая образование минералов (химическое осаждение и ионный обмен ). Литиевые ионы заменяют магний или железо в некоторых октаэдрических местах в глинах, и литий-6 иногда предпочтительнее, чем литий-7. Это приводит к некоторому обогащению литием-6 в геологических процессах.
Литий-6 является важным изотопом в ядерной физике, потому что, когда она бомбардировке нейтронами, тритий производится.
Диаграмма, показывающая содержание встречающихся в природе изотопов лития.Нуклид | Z | N | Изотопная масса ( Да ) | Период полураспада [ ширина резонанса ] | Режим распада | Дочерний изотоп | Спин и паритет | Естественное изобилие (мольная доля) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | Нормальная пропорция | Диапазон вариации | |||||||||||||||||
3 Ли | 3 | 0 | 3.030 775 # | п | 2 Он | ||||||||||||||
4 Ли | 3 | 1 | 4,027 19 (23) | 91 (9) × 10 −24 с [6,03 МэВ ] | п | 3 Он | 2− | ||||||||||||
5 Ли | 3 | 2 | 5,012 54 (5) | 370 (30) × 10 −24 с [~1,5 МэВ ] | п | 4 Он | 3 / 2- | ||||||||||||
6 Ли | 3 | 3 | 6.015 122 8874 (15) | Стабильный | 1+ | 0,0759 (4) | 0,072 25 -0,077 14 | ||||||||||||
6м Ли | 3 562 0,88 (10) кэВ | 5,6 (14) × 10 −17 с | ЭТО | 6 Ли | 0+ | ||||||||||||||
7 Ли | 3 | 4 | 7.016 003 437 (5) | Стабильный | 3 / 2- | 0,9241 (4) | 0,922 75 -0,927 86 | ||||||||||||
8 Ли | 3 | 5 | 8,022 486 25 (5) | 839,40 (36) мс | β - | 8 Быть | 2+ | ||||||||||||
9 Ли | 3 | 6 | 9.026 790 19 (20) | 178,3 (4) мс | β -, n (50,8%) | 8 Быть | 3 / 2- | ||||||||||||
β - (49,2%) | 9 Быть | ||||||||||||||||||
10 Ли | 3 | 7 | 10,035 483 (14) | 2,0 (5) × 10 −21 с [1,2 (3) МэВ ] | п | 9 Ли | (1−, 2−) | ||||||||||||
10 мл Ли | 200 (40) кэВ | 3,7 (15) × 10 −21 с | 1+ | ||||||||||||||||
10м2 Ли | 480 (40) кэВ | 1,35 (24) × 10 −21 с | 2+ | ||||||||||||||||
11 Ли | 3 | 8 | 11.043 7236 (7) | 8,75 (14) мс | β -, n (86,3%) | 10 Быть | 3 / 2- | ||||||||||||
β - (5,978%) | 11 Быть | ||||||||||||||||||
β -, 2n (4,1%) | 9 Быть | ||||||||||||||||||
β -, 3n (1,9%) | 8 Быть | ||||||||||||||||||
β -, α (1,7%) | 7 Он , 4 Он | ||||||||||||||||||
β -, деление (0,009%) | 8 Ли , 3 ЧАС | ||||||||||||||||||
β -, деление (0,013%) | 9 Ли , 2 ЧАС | ||||||||||||||||||
12 Ли | 3 | 9 | 12.052 61 (3) | lt;10 нс | п | 11 Ли | |||||||||||||
13 Ли | 3 | 10 | 13,061 17 (8) | 3,3 (12) × 10 −21 с | 2n | 11 Ли | 3 / 2- # | ||||||||||||
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
|
ЭТО: | Изомерный переход |
n: | Эмиссия нейтронов |
п: | Испускание протонов |
Литий-6 имеет большее сродство, чем литий-7 для элемента ртути. Когда амальгама лития и ртути добавляется к растворам, содержащим гидроксид лития, литий-6 становится более концентрированным в амальгаме, а литий-7 - в растворе гидроксида.
Colex ( Col итпа бывших изменений) метод разделения использует это путем передачи встречного потока амальгамы и гидроксида через каскад ступеней. Фракцию лития-6 преимущественно дренируется ртути, но литий-7 протекает в основном с гидроксидом. В нижней части колонны литий (обогащенный литием-6) отделяется от амальгамы, а ртуть извлекается для повторного использования со свежим сырьем. Вверху раствор гидроксида лития подвергается электролизу с выделением фракции лития-7. Обогащение, получаемое с помощью этого метода, зависит от длины колонки и скорости потока.
Литий нагревают до температуры около 550 ° C в вакууме. Атомы лития испаряются с поверхности жидкости и собираются на холодной поверхности, расположенной на несколько сантиметров над поверхностью жидкости. Поскольку атомы лития-6 имеют большую длину свободного пробега, они предпочтительно собираются.
Теоретическая эффективность разделения составляет около 8,0%. Для получения более высоких степеней разделения можно использовать многоступенчатый процесс.
Литий-3, также известный как трипротон, будет состоять из трех протонов и нуля нейтронов. О нем сообщили как о несвязанном протоне в 1969 году, но этот результат не был принят, и его существование, таким образом, не доказано. Никакие другие резонансы, относящихся к 3 Li не поступали, и ожидается, что она распадаться быстрой эмиссией протонов (так же, как дипротон, 2 He).
Литий-4 содержит три протона и один нейтрон. Это самый короткоживущий изотоп лития с периодом полураспада около 91 йоктосекунды (9,1 × 10 -23 секунды) и распадается с испусканием протона до гелия-3. Литий-4 может образовываться как промежуточное соединение в некоторых реакциях ядерного синтеза.
Литий-6 ценен как исходный материал для производства трития (водорода-3) и как поглотитель нейтронов в реакциях ядерного синтеза. Природный литий содержит около 7,5% лития-6, остальное - литий-7. Было выделено большое количество лития-6 для размещения в водородных бомбах. К настоящему времени выделение лития-6 в крупных термоядерных державах прекращено, но его запасы остаются в этих странах.
Реакция синтеза DT (между дейтерием и тритием) была исследована как возможный источник энергии, так как в настоящее время это единственная реакция синтеза с достаточным выходом энергии для осуществимой реализации. В этом сценарии для получения необходимого количества трития потребуется обогащенный литий-6. Обилие лития-6 является потенциальным ограничивающим фактором в этом сценарии, хотя другие источники лития (например, морская вода) также могут быть использованы.
Литий-6 - один из трех стабильных изотопов со спином 1, остальные - дейтерий и азот-14, и имеет наименьший ненулевой электрический квадрупольный момент ядра среди всех стабильных ядер.
Литий-7, безусловно, является самым распространенным изотопом, составляющим около 92,5 процента всего природного лития. Атом лития-7 содержит три протона, четыре нейтрона и три электрона. Из-за своих ядерных свойств литий-7 менее распространен во Вселенной, чем гелий, бериллий, углерод, азот или кислород, хотя все четыре последних имеют более тяжелые ядра.
Промышленное производство лития-6 приводит к образованию отходов, которые обогащены литием-7 и обеднены литием-6. Этот материал был продан на коммерческой основе, и часть его попала в окружающую среду. Относительное содержание лития-7, на 35 процентов превышающее естественное значение, было измерено в грунтовых водах карбонатного водоносного горизонта под ручьем Вест-Вэлли в Пенсильвании, ниже по течению от завода по переработке лития. В обедненном литии относительное содержание лития-6 может быть уменьшено до 20 процентов от его номинального значения, что дает среднюю атомную массу выброшенного лития, которая может находиться в диапазоне от примерно 6,94 Да до примерно 7,00 Да. Следовательно, изотопный состав лития может несколько варьироваться в зависимости от его источника. Точная атомная масса образцов лития не может быть измерена для всех источников лития.
Литий-7 используется в составе расплавленного фторида лития в жидкосолевых реакторах : жидко- фторидных ядерных реакторах. Большое сечение поглощения нейтронов у лития-6 (около 940 барн ) по сравнению с очень маленьким сечением нейтронов у лития-7 (около 45 миллибарн ) делает высокое отделение лития-7 от природного лития строгим требованием для возможного использования. в реакторах с фторидом лития.
Гидроксид лития-7 используется для подщелачивания теплоносителя в реакторах с водой под давлением.
Некоторое количество лития-7 было произведено в течение нескольких пикосекунд, которое содержит лямбда-частицу в своем ядре, тогда как атомное ядро, как обычно считается, содержит только нейтроны и протоны.
Считается, что у лития-11 есть ядро гало, состоящее из ядра из трех протонов и восьми нейтронов, два из которых находятся в ядерном гало. Он имеет исключительно большое поперечное сечение 3,16 фм 2, сравнимое с поперечным сечением 208 Pb. Он распадается бета-излучением до 11 Be, который затем распадается несколькими способами (см. Таблицу ниже).
Литий-12 имеет значительно более короткий период полураспада - около 10 наносекунд. Он распадается с испусканием нейтронов на 11 Li, который распадается, как упоминалось выше.
В то время как β - распад на изотопы бериллия (часто в сочетании с излучением одного или нескольких нейтронов) преобладает в более тяжелых изотопах лития, 10 Li и 12 Li распадаются с испусканием нейтронов на 9 Li и 11 Li соответственно из-за их положения за пределами капельная линия нейтронов. Литий-11 также может распадаться посредством множественных форм деления. Изотопы легче 6 Li распадаются исключительно за счет испускания протонов, так как они находятся за линией капель протона. Режимы распада двух изомеров 10 Li неизвестны.
Льюис, GN; Макдональд, RT (1936). «Разделение изотопов лития». Журнал Американского химического общества. 58 (12): 2519–2524. DOI : 10.1021 / ja01303a045.