Изотопы лития

Основные изотопы лития   ( 3 Li)

Изотоп Разлагаться избыток период полураспада ( т 1/2) Режим продукт 6 Ли [0,019, 0,078 ] стабильный 7 Ли [0,922, 0,981 ] стабильный
Стандартный атомный вес A r, стандартный (Li)	[6,938, 6.997 ] условный: 6,94
Посмотреть разговаривать редактировать

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.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Список изотопов
• 2 Разделение изотопов
  • 2.1 Разделение Colex
  • 2.2 Вакуумная перегонка
• 3 Литий-3
• 4 Литий-4
• 5 Литий-6
• 6 Литий-7
• 7 Литий-11
• 8 Литий-12
• 9 Цепи распада
• 10 См. Также
• 11 Источники
• 12 Внешние ссылки

Список изотопов

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: Посмотреть

1. ^ ^m Li - Возбужденный ядерный изомер.
2. ^ () - Неопределенность (1 σ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
3. ^ # - Атомная масса с пометкой #: значение и погрешность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов по массовой поверхности (TMS).
4. ^ Режимы распада:

   ЭТО:	Изомерный переход
   n:	Эмиссия нейтронов
   п:	Испускание протонов
5. ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
6. ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
7. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
8. ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер
9. ^ Произведено в нуклеосинтезе Большого взрыва и расщеплении космических лучей
10. ^ Немедленно распадается на две α-частицы для чистой реакции ⁸ Li → 2 ⁴ He + e ^-
11. ^ Немедленно распадается на две α-частицы для чистой реакции ⁹ Li → 2 ⁴ He + ¹ n + e ^-
12. ^ Имеет 2нейтрона гало
13. ^ Немедленно распадается на дваатома ⁴ He, в результате чего возникает чистая реакция ¹¹ Li → 2 ⁴ He + 3 ¹ n + e ^-

• В обедненном литии (с удаленным ⁶ Li) относительное содержание лития-6 может быть уменьшено до 20 процентов от его нормального значения, что дает измеренную атомную массу в диапазоне от 6,94 Да до 7,00 Да.

Разделение изотопов

Разделение Colex

Основная статья: процесс COLEX (изотопное разделение)

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.

Вакуумная перегонка

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

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

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

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

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.

Литий-11

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

Литий-12 имеет значительно более короткий период полураспада - около 10 наносекунд. Он распадается с испусканием нейтронов на ¹¹ Li, который распадается, как упоминалось выше.

Цепи распада

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.

${\ displaystyle {\ begin {array} {l} {} \\ {\ ce {^ {4} _ {3} Li -gt; [91 ~ {\ ce {ys}}] {^ {3} _ {2 } He} + {^ {1} _ {1} H}}} \\ {\ ce {^ {5} _ {3} Li -gt; [370 ~ {\ ce {ys}}] {^ {4} _ {2} He} + {^ {1} _ {1} H}}} \\ {\ ce {^ {8} _ {3} Li -gt; [840.3 ~ {\ ce {ms}}] {^ {8} _ {4} Be} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {9} _ {3} Li -gt; [178,3 ~ {\ ce {ms}}] {^ {8} _ {4} Be} + {^ {1} _ {0} n} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {9} _ {3} Li -gt; [178.3 ~ {\ ce { ms}}] {^ {9} _ {4} Be} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {10} _ {3} Li -gt; [2 ~ {\ ce {zs}} ] {^ {9} _ {3} Li} + {^ {1} _ {0} n}}} \\ {\ ce {^ {11} _ {3} Li -gt; [8.75 ~ {\ ce { мс}}] {^ {10} _ {4} Be} + {^ {1} _ {0} n} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {11} _ {3} Ли -gt; [8.75 ~ {\ ce {ms}}] {^ {11} _ {4} Be} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {11} _ {3} Li -gt; [ 8.75 ~ {\ ce {ms}}] {^ {9} _ {4} Be} +2 {^ {1} _ {0} n} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ { 11} _ {3} Li -gt; [8.75 ~ {\ ce {ms}}] {^ {8} _ {4} Be} +3 {^ {1} _ {0} n} + e ^ {-} }} \\ {\ ce {^ {11} _ {3} Li -gt; [8.75 ~ {\ ce {ms}}] {^ {7} _ {2} He} + {^ {4} _ {2 } He} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {11} _ {3} Li -gt; [8.75 ~ {\ ce {ms}}] {^ {8} _ {3} Li} + {^ {3} _ {1} H} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {11} _ {3} Li -gt; [8.75 ~ {\ ce {ms}}] {^ {9} _ {3} Li} + {^ {2} _ {1} H} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {12} _ {3} Li -gt; [lt;~ 10 ~ {\ ce {ns}}] {^ {11} _ {3} Li} + {^ {1} _ {0} n}}} \\ {} \ end {array}}}$

Смотрите также

• Космологическая проблема лития
• Дилитий
• Ядро гало
• Литий
• Сжигание лития

использованная литература

1. ^ ^{a b} «Атомный вес лития». CIAAW. Проверено 6 октября 2021 года.
2. ^ «Стандартный атомный вес: литий». CIAAW. 2009 г.
3. ^ Поля, Брайан Д. (2011). «Изначальная проблема лития». Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц. 61 (1): 47–68. arXiv : 1203,3551. Bibcode : 2011ARNPS..61... 47F. DOI : 10.1146 / annurev-nucl-102010-130445. S2CID   119265528.
4. ^ Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав взяты из: Audi, G.; Кондев Ф.Г.; Wang, M.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A. DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001.
5. ^ Ван, М.; Audi, G.; Кондев Ф.Г.; Хуанг, WJ; Naimi, S.; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030003-1–030003-442. DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030003.
6. ^ ^{a b} «Изотопы лития». Проверено 20 октября 2013 года.
7. ^ Audi, G.; Кондев Ф.Г.; Wang, M.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001–21. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A. DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001.
8. ^ Перселл, JE; Келли, JH; Kwan, E.; Шеу, CG; Веллер, HR (2010). «Уровни энергии легких ядер ( A  = 3)» (PDF). Ядерная физика. 848 (1): 1. Bibcode : 2010NuPhA.848.... 1P. DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2010.08.012.
9. ^ Брэдшоу, AM; Hamacher, T.; Фишер, У. (2010). «Является ли ядерный синтез устойчивой формой энергии?» (PDF). Fusion Engineering и дизайн. 86 (9): 2770–2773. DOI : 10.1016 / j.fusengdes.2010.11.040. hdl : 11858 / 00-001M-0000-0026-E9D2-6.
10. ^ Chandrakumar, N. (2012). Спин-1 ЯМР. Springer Science amp; Business Media. п. 5. ISBN   9783642610899.
11. ^ Коплен, Тайлер Б.; Hopple, JA; Бёльке, Джон Карл; Пайзер, Х. Штеффен; Rieder, SE; Кроуз, HR; Росман, Кевин-младший; Ding, T.; Vocke, RD, Jr.; Révész, KM; Lamberty, A.; Тейлор, Филип ДП; Де Бьевр, Поль; «Компиляция минимальных и максимальных соотношений изотопов отдельных элементов в природных земных материалах и реагентах», Отчет об исследованиях водных ресурсов Геологической службы США 01-4222 (2002). Как цитируется в TB Coplen; и другие. (2002). «Вариации изотопного состава отдельных элементов (технический отчет IUPAC)» (PDF). Чистая и прикладная химия. 74 (10): 1987–2017. DOI : 10,1351 / pac200274101987. S2CID   97223816.
12. ^ Холден, Норман Э. (январь – февраль 2010 г.). «Влияние обедненного ⁶ Li на стандартный атомный вес лития». Химия Интернэшнл. Международный союз теоретической и прикладной химии. Проверено 6 мая 2014.
13. ^ Управление критическими изотопами: управление литием-7 необходимо для обеспечения стабильных поставок, GAO-13-716 // Счетная палата правительства США, 19 сентября 2013 г.; pdf
14. ^ Эмсли, Джон (2001). Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам. Издательство Оксфордского университета. С. 234–239. ISBN   978-0-19-850340-8.
15. ^ Brumfiel, Geoff (1 марта 2001). «Невероятное сокращающееся ядро». Физический обзор. Vol. 7. doi : 10.1103 / PhysRevFocus.7.11.

внешние ссылки

Льюис, GN; Макдональд, RT (1936). «Разделение изотопов лития». Журнал Американского химического общества. 58 (12): 2519–2524. DOI : 10.1021 / ja01303a045.