Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Основные изотопы лития  ( 3 Li)
ИзотопРазлагаться
избытокпериод полураспада ( т 1/2 )Режимтовар
6 Ли7,59%стабильный
7 Ли92,41%стабильный
6 Содержание Li в
промышленных образцах может составлять всего 1,9% . Таким образом, 7 Li будет
содержать до 98,1%.
Стандартный атомный вес A r, стандартный (Li)
  • [6.938, 6.997] [1]
  • Обычный: 6,941

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 предстоит определить, и он, вероятно, будет намного короче, как гелий-2 (дипротон), который подвергается распаду протона в течение10 −9 с.

Литий-7 и литий-6 - два из первичных нуклидов, которые были произведены во время Большого взрыва , при этом литий-7 составлял 10 -9 всех первичных нуклидов, а количество лития-6 около 10 -13 . [2] 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 лития-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.

Список изотопов [ править ]

Нуклид [3]
[n 1]		ZNИзотопная масса ( Да ) [4] [n 2] [n 3]
Период полураспада

[ ширина резонанса ]		Режим распада
[n 4]		Дочерний изотоп
[n 5]		Спин и
четность
[n 6] [n 7]		Естественное изобилие (мольная доля)
Энергия возбужденияНормальная пропорцияДиапазон вариации
3
Ли
303.030 775 # [5]п2
Он
4
Ли
314,027 19 (23)91 (9) × 10 −24  с
[6,03 МэВ ]		п3Он2−
5
Ли
325,012 54 (5)370 (30) × 10 −24  с
[~1,5 МэВ ]		п4Он3 / 2-
6
Ли
[n 8]		336.015 122 8874 (15)Стабильный1+0,0759 (4)0,072 25 -0,077 14
6м
Ли
3 562 0,88 (10) кэВ5,6 (14) × 10 −17  сЭТО6
Ли
0+
7
Ли
[n 9]		347.016 003 437 (5)Стабильный3 / 2-0,9241 (4)0,922 75 -0,927 86
8
Ли
358,022 486 25 (5)839,40 (36) мсβ -8Быть[n 10]2+
9
Ли
369.026 790 19 (20)178,3 (4) мсβ - , n (50,8%)8
Быть
[n 11]		3 / 2-
β - (49,2%)9
Быть
10
Ли
3710,035 483 (14)2,0 (5) × 10 −21  с
[1,2 (3) МэВ ]		п9
Ли
(1−, 2−)
10 мл
Ли
200 (40) кэВ3,7 (15) × 10 −21  с1+
10м2
Ли
480 (40) кэВ1,35 (24) × 10 −21  с2+
11
Ли
[n 12]		3811.043 7236 (7)8,75 (14) мсβ - , n (86,3%)10Быть3 / 2-
β - (5,978%)11
Быть
β - , 2n (4,1%)9
Быть
β - , 3n (1,9%)8
Быть
[n 13]
β - , α (1,7%)7
Он
, 4
Он
β - , деление (0,009%)8
Ли
, 3ЧАС
β - , деление (0,013%)9
Ли
, 2ЧАС
12
Ли
3912.052 61 (3)<10 нсп11
Ли
13
Ли
31013,061 17 (8)3,3 (12) × 10 −21  с2n11
Ли
3 / 2- #
  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:Эмиссия протонов
  5. ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабильный.
  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 [ править ]

Разделение Colex [ править ]

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 [ править ]

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 [ править ]

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. [6] Никакие другие резонансов , приходящиеся на 3 Li сообщались, и ожидается , что она распадаться быстрой эмиссией протонов (так же, как дипротон , 2 He). [7]

Литий-4 [ править ]

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 . [5] Литий-4 может образовываться как промежуточное соединение в некоторых реакциях ядерного синтеза .

Литий-6 [ править ]

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 . Разделения лития-6 к настоящему времени было прекращено в больших термоядерных полномочий [ править ] , но запасы него 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. [8]

Литий-6 является одним из трех изотопов стабильных с спином 1, остальные дейтерий и азот-14 , [9] и имеет наименьшее ненулевое ядерный электрический квадрупольный момент любого стабильного ядра.

Литий-7 [ править ]

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 атомную массу разряженного [ необходимо пояснение ] лития, которая может составлять примерно от 6,94  Да.примерно до 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. [10]

Литий-7 используется в составе расплавленного фторида лития в жидкосолевых реакторах : жидко- фторидных ядерных реакторах . Большое сечение поглощения нейтронов литием-6 (около 940 барн [11] ) по сравнению с очень маленьким нейтронным сечением лития-7 (около 45 миллибарн ) делает высокое отделение лития-7 от природного лития серьезным требованием для возможное использование в реакторах на основе фторида лития.

Гидроксид лития-7 используется для подщелачивания теплоносителя в реакторах с водой под давлением . [12]

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. [13] [14]

Литий-11 [ править ]

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 [ править ]

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 разложения [ править ]

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.

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Meija, Juris; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ 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 . 
  3. ^ 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 .
  4. ^ 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 .
  5. ^ a b «Изотопы лития» . Проверено 20 октября 2013 года .
  6. ^ 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 .
  7. ^ 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 .
  8. ^ Брэдшоу, AM; Hamacher, T .; Фишер, У. (2010). «Является ли ядерный синтез устойчивой формой энергии?» (PDF) . Fusion Engineering and Design . 86 (9): 2770–2773. DOI : 10.1016 / j.fusengdes.2010.11.040 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0026-E9D2-6 .
  9. ^ Chandrakumar, N. (2012). Спин-1 ЯМР . Springer Science & Business Media. п. 5. ISBN 9783642610899.
  10. ^ 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 .
  11. ^ 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 .
  12. ^ Управление критическими изотопами: управление литием-7 необходимо для обеспечения стабильных поставок, GAO-13-716 // Счетная палата правительства США , 19 сентября 2013 г .; pdf
  13. ^ Эмсли, Джон (2001). Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Издательство Оксфордского университета. С. 234–239. ISBN 978-0-19-850340-8.
  14. ^ Brumfiel, Geoff (1 марта 2001). «Невероятное сокращающееся ядро». Физический обзор . 7 . DOI : 10.1103 / PhysRevFocus.7.11 .

Внешние ссылки [ править ]

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