Изотопы лития - Isotopes of lithium

Основные изотопы литий  (₃Ли)

Изотоп Разлагаться изобилие период полураспада (т1/2) Режим продукт ^6Ли 7.59% стабильный ^7Ли 92.41% стабильный ^6Содержание Li может составлять всего 1,9% в коммерческие образцы. ^7Ли поэтому имеют содержание до 98,1%.
Стандартный атомный вес Аr, стандарт(Ли)	[6.938, 6.997][1] Обычный: 6,941
Посмотреть разговаривать редактировать

Встречающиеся в природе литий (₃Ли) состоит из двух стабильные изотопы, литий-6 и литий-7, причем последнего гораздо больше: около 92,5% атомы. Оба естественных изотопы иметь неожиданно низкий энергия связи ядра на нуклон (~5.3 МэВ ) по сравнению с соседними более легкими и тяжелыми элементами, гелий (~ 7,1 МэВ) и бериллий (~ 6.5 МэВ). Самый долгоживущий радиоизотоп лития - это литий-8, который имеет период полураспада 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 наносекунды. Самый короткоживущий изотоп лития - это литий-4, который распадается на испускание протона с периодом полураспада около 9.1×10⁻²³ секунд, хотя период полураспада лития-3 еще предстоит определить, и, вероятно, он будет намного короче, как у гелия-2 (дипротон), который подвергается распаду протона в пределах 10⁻⁹ с.

Литий-7 и литий-6 являются двумя первичные нуклиды которые были произведены в Большой взрыв, с литием-7 - 10⁻⁹ всех первичных нуклидов и количества лития-6 около 10⁻¹³.^[2] Также известно, что небольшой процент лития-6 производится ядерные реакции в определенных звездах. Изотопы лития несколько разделяются во время различных геологический процессы, включая минералообразование (химические осадки и ионный обмен ). Ионы лития заменяют магний или же утюг в определенных восьмигранные локации в глины, и литий-6 иногда предпочтительнее лития-7. Это приводит к некоторому обогащению литием-7 в геологических процессах.

Литий-6 - важный изотоп в ядерная физика потому что когда его засыпают нейтроны, тритий производится.

Диаграмма, показывающая содержание встречающихся в природе изотопов лития.

Список изотопов

Нуклид[3] [n 1]	Z	N	Изотопная масса (Да )[4] [n 2][n 3]	Период полураспада [ширина резонанса ]	Разлагаться Режим [n 4]	Дочь изотоп [n 5]	Вращение и паритет [n 6][n 7]	Природное изобилие (мольная доля)
	Энергия возбуждения							Нормальная пропорция	Диапазон вариации
^3 Ли	3	0	3.030775#[5]		п	^2 Он
^4 Ли	3	1	4.02719(23)	91(9)×10^−24 s [6,03 МэВ]	п	^3 Он	2−
^5 Ли	3	2	5.01254(5)	370(30)×10^−24 s [~1,5 МэВ]	п	^4 Он	3/2−
^6 Ли [n 8]	3	3	6.0151228874(15)	Стабильный			1+	0.0759(4)	0.07225–0.07714
^6м Ли	35620,88 (10) кэВ			5.6(14)×10^−17 s	ЭТО	^6 Ли	0+
^7 Ли [n 9]	3	4	7.016003437(5)	Стабильный			3/2−	0.9241(4)	0.92275–0.92786
^8 Ли	3	5	8.02248625(5)	839,40 (36) мс	β^−	^8 Быть [n 10]	2+
^9 Ли	3	6	9.02679019(20)	178,3 (4) мс	β^−, п (50.8%)	^8 Быть [n 11]	3/2−
					β^− (49.2%)	^9 Быть
^10 Ли	3	7	10.035483(14)	2.0(5)×10^−21 s [1,2 (3) МэВ]	п	^9 Ли	(1−, 2−)
^10 мл Ли	200 (40) кэВ			3.7(15)×10^−21 s			1+
^10м2 Ли	480 (40) кэВ			1.35(24)×10^−21 s			2+
^11 Ли [n 12]	3	8	11.0437236(7)	8,75 (14) мс	β^−, п (86,3%)	^10 Быть	3/2−
					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 , ^3 ЧАС
					β^−, деление (0,013%)	^9 Ли , ^2 ЧАС
^12 Ли	3	9	12.05261(3)	<10 нс	п	^11 Ли
^13 Ли	3	10	13.06117(8)	3.3(12)×10^−21 s	2n	^11 Ли	3/2−#

1. ^мЛи - в восторге ядерный изомер.
2. () - Неопределенность (1σ) дается в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
3. # - Атомная масса, отмеченная #: значение и погрешность, полученные не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов от массовой поверхности (ТМС ).
4. Режимы распада:

   ЭТО:	Изомерный переход
   n:	Эмиссия нейтронов
   п:	Испускание протонов

5. Жирный символ как дочка - Дочерний продукт стабильный.
6. () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
7. # - Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN ).
8. Один из немногих стабильных нечетно-нечетные ядра
9. Произведено в Нуклеосинтез Большого взрыва и по расщепление космических лучей
10. Сразу распадается на два α-частицы для чистой реакции ⁸Ли → 2⁴Он + е⁻
11. Немедленно распадается на две α-частицы для чистой реакции ⁹Ли → 2⁴Он + ¹п + е⁻
12. Имеет 2 гало нейтроны
13. Сразу распадается на два ⁴Он атомов для чистой реакции ¹¹Ли → 2⁴Он + 3¹п + е⁻

• В обедненном литии (с ⁶Li удален), 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

Колекс разделение

Основная статья: COLEX процесс (разделение изотопов)

Литий-6 имеет большее сродство, чем литий-7, к элемент Меркурий. Когда амальгама лития и ртути добавляется к растворам, содержащим гидроксид лития литий-6 становится более концентрированным в амальгаме, а литий-7 - в растворе гидроксида.

Колекс (Colммн бывшийchange) метод разделения использует это, пропуская противоток амальгамы и гидроксида через каскад стадий. В дробная часть лития-6 предпочтительно отводится ртутью, но литий-7 течет в основном с гидроксидом. В нижней части колонны литий (обогащенный литием-6) отделяется от амальгамы, и ртуть восстанавливается до повторно использовать со свежими сырье. Вверху находится раствор гидроксида лития. электролизованный для выделения фракции лития-7. Обогащение, получаемое с помощью этого метода, зависит от длины колонки и скорости потока.

Вакуумная перегонка

Литий нагревается до температуры около 550° C в вакуум. Атомы лития испаряются с поверхности жидкости и собираются на холодной поверхности, расположенной на несколько сантиметров над поверхностью жидкости. Поскольку атомы лития-6 имеют большую длина свободного пробега, они собираются преимущественно.

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, состоял бы из трех протоны и ноль нейтроны. Об этом сообщалось как несвязанный протон в 1969 г., но этот результат не был принят, и его существование, таким образом, не доказано.^[6] Нет другого резонансы связано с ³Сообщалось о Ли, и ожидается, что он быстро распадется. испускание протона (очень похоже на дипротон, ²Он).^[7]

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 секунд и распадается испусканием протона до гелий-3.^[5] Литий-4 может образовываться как промежуточное звено в некоторых термоядерная реакция реакции.

Литий-6

Литий-6 ценен как исходный материал для производства тритий (водород-3) и как поглотитель нейтронов в реакциях ядерного синтеза. Природный литий содержит около 7,5% лития-6, остальное - литий-7. Большое количество лития-6 было выделено для размещения в водородные бомбы. К настоящему времени выделение лития-6 в значительной степени прекратилось. термоядерный полномочия^{[нужна цитата ]}, но его запасы остаются в этих странах.

В D-T слияние реакция (между дейтерий и тритий) был исследован как возможный источник энергии, поскольку 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 - один из трех стабильных изотопов с вращение из 1, остальные дейтерий и азот-14,^[9]и имеет наименьшую ненулевую электрическую квадрупольный момент любого стабильного ядра.

Литий-7

Литий-7 на сегодняшний день является самым распространенным изотопом, составляющим около 92,5% всего природного лития. Атом лития-7 содержит три протона, четыре нейтрона и три электрона. Из-за своих ядерных свойств литий-7 встречается реже, чем гелий, бериллий, углерод, азот, или же кислород во Вселенной, хотя последние четыре 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, превышающее его естественное значение на 35%, было измерено в грунтовых водах карбонатного водоносного горизонта под ручьем Вест-Вэлли в Пенсильвания, который находится ниже по потоку от завода по переработке лития. В обедненном литии относительное содержание лития-6 может быть уменьшено до 20 процентов от его номинального значения, что дает атомная масса для выписанных^{[требуется разъяснение ]} литий, который может составлять примерно от 6,94Да 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 расплавов. фторид лития в реакторы на расплаве солей: жидкость-фторид ядерные реакторы. Большой сечение поглощения нейтронов лития-6 (около 940 сараи^[11]) по сравнению с очень малым нейтронным сечением лития-7 (около 45 миллибарны ) делает высокое отделение лития-7 от природного лития строгим требованием для возможного использования в реакторах с фторидом лития.

Литий-7 гидроксид используется для ощелачивание охлаждающей жидкости в реакторы с водой под давлением.^[12]

Некоторое количество лития-7 было произведено за несколько пикосекунд, которое содержит лямбда-частица в своем ядре, тогда как обычно считается, что атомное ядро ​​содержит только нейтроны и протоны.^[13][14]

Литий-11

Литий-11 считается, что обладает ядро гало состоящий из ядра из трех протонов и восьми нейтронов, два из которых находятся в ядерном гало. Он имеет исключительно большое поперечное сечение 3,16 фм², сравнимо с ²⁰⁸Pb. Он распадается бета-излучение к ¹¹Быть, который затем распадается несколькими способами (см. таблицу ниже).

Литий-12

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

Цепи распада

Хотя β⁻ распадаться на изотопы бериллия (часто в сочетании с излучением одного или нескольких нейтронов) преобладает в более тяжелых изотопах лития, ¹⁰Ли и ¹²Li распад через испускание нейтронов в ⁹Ли и ¹¹Li соответственно из-за их положения за нейтроном капельная линия. Литий-11 также может распадаться посредством множественных форм деления. Изотопы легче, чем ⁶Li распадается исключительно за счет испускания протонов, так как они находятся за линией капель протона. Режимы распада двух изомеров ¹⁰Ли неизвестны.

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

Смотрите также

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

Рекомендации

1. Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 88 (3): 265–91. Дои:10.1515 / pac-2015-0305.
2. Поля, Брайан Д. (2011). «Изначальная проблема лития». Ежегодный обзор ядерной науки и науки о частицах. 61 (1): 47–68. arXiv:1203.3551. Bibcode:2011ARNPS..61 ... 47F. Дои:10.1146 / annurev-nucl-102010-130445. S2CID  119265528.
3. Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав происходят из:
   Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Wang, M .; Huang, W. J .; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ЧФК..41с0001А. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
4. Wang, M .; Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030003-1–030003-442. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
5. «Изотопы лития». Получено 20 октября 2013.
6. Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Wang, M .; Huang, W. J .; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001–21. Bibcode:2017ЧФК..41с0001А. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
7. Purcell, J.E .; Kelley, J. H .; Kwan, E .; Sheu, C.G .; Веллер, Х. Р. (2010). «Уровни энергии легких ядер (А = 3)" (PDF). Ядерная физика A. 848 (1): 1. Bibcode:2010НуФА.848 .... 1П. Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2010.08.012.
8. Bradshaw, A.M .; Hamacher, T .; Фишер, У. (2010). «Является ли ядерный синтез устойчивой формой энергии?» (PDF). Fusion Engineering и дизайн. 86 (9): 2770–2773. Дои:10.1016 / j.fusengdes.2010.11.040. HDL:11858 / 00-001M-0000-0026-E9D2-6.
9. Чандракумар, Н. (2012). Спин-1 ЯМР. Springer Science & Business Media. п. 5. ISBN  9783642610899.
10. Коплен, Тайлер Б .; Hopple, J. A .; Бёльке, Джон Карл; Пайзер, Х. Штеффен; Rieder, S.E .; Krouse, H.R .; Росман, Кевин Дж. Р .; Дин, Т .; Vocke, R. D., Jr .; Ревес, К. М .; Lamberty, A .; Тейлор, Филип Д. П .; Де Бьевр, Поль; «Составление минимальных и максимальных соотношений изотопов отдельных элементов в природных земных материалах и реагентах», Отчет Геологической службы США об исследованиях водных ресурсов 01-4222 (2002). Как указано в Т. Б. Коплен; и другие. (2002). «Вариации изотопного состава отдельных элементов (технический отчет IUPAC)» (PDF). Чистая и прикладная химия. 74 (10): 1987–2017. Дои:10.1351 / pac200274101987. S2CID  97223816.
11. Холден, Норман Э. (январь – февраль 2010 г.). "Влияние истощения ⁶Li от стандартного атомного веса лития ". Chemistry International. Международный союз теоретической и прикладной химии. Получено 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). Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Издательство Оксфордского университета. С. 234–239. ISBN  978-0-19-850340-8.
14. Брамфил, Джефф (1 марта 2001 г.). «Невероятно сокращающееся ядро». Физический обзор. 7. Дои:10.1103 / PhysRevFocus.7.11.

внешняя ссылка

Льюис, Г. Н .; Макдональд, Р. Т. (1936). «Разделение изотопов лития». Журнал Американского химического общества. 58 (12): 2519–2524. Дои:10.1021 / ja01303a045.