Відкрити головне меню

Ізотопи літію

Версія від 13:18, 6 серпня 2019, створена InternetArchiveBot (обговорення | внесок) (Виправлено джерел: 1; позначено як недійсні: 0. #IABot (v2.0beta15))
(різн.) ← Попередня версія | Поточна версія (різн.) | Новіша версія → (різн.)

Природний літій складається з двох стабільних ізотопів: 6Li (7,5%) і 7Li (92,5%); у деяких зразках літію ізотопне співвідношення може бути значно порушене внаслідок природного або штучного фракціонування ізотопів. Це слід мати на увазі під час точних хімічних дослідів з використанням літію або його сполук. Також відомо ще 7 штучних радіоактивних ізотопів літію і два ядерних ізомери (масові числа від 4Li до 12Li та 10m1Li − 10m2Li відповідно). Найстійкіший з них, 8Li, має період напіврозпаду 0,8403 с. Екзотичний ізотоп 3Li (трипротон), мабуть, не існує як зв'язана система.

7Li є одним з небагатьох ізотопів, що утворилися під час первинного нуклеосинтезу (тобто невдовзі після Великого Вибуху[1]), а не лише в зорях, у кількості не більш як 10−9 від усіх елементів[2][3]. Деяка кількість ізотопу 6Li, принаймні в десять тисяч разів менша, ніж 7Li, також утворилася в первинному нуклеосинтезі[1]. Приблизно в десять разів більше 7Li утворилося в зоряному нуклеосинтезі.

Літій є проміжним продуктом реакції ppII, але при високих температурах він швидко перетворюється на два ядра гелію-4[4][5] (через 8Be).

Розділення ізотопівРедагувати

Розділення colexРедагувати

Літій-6 має більшу спорідненість із ртуттю, ніж літій-7. Коли амальгаму літію і ртуть додають до розчину, який містить гідроксид літію, то в амальгамі збільшується концентрації літію-6, а в розчині гідроксиду збільшується концентрація літію-7.

Цю властивість застосовують у методі розділення colex (column exchange, букв. колонний обмін), пропускаючи зустрічні потоки амальгами і гідроксиду через низку каскадів. фракція літію-6 здебільшого захоплюється ртуттю, тоді як літій-7 - розчином гідроксиду. На дні колони літій (збагачений літієм-6) відділяється від амальгами, а ртуть повертається для використання з новою сировиною. Зверху колони розчин гідроксиду літію піддається електролізу, щоб виділити з нього фракцію літію-7. Збагачення, якого вдається досягнути за допомогою цього методу, залежить від висоти колони і швидкості потоків.

Молекулярна перегонкаРедагувати

Метод молекулярної перегонки полягає в тому, що літій нагрівають до температури близько 550 °C у вакуумі. Атоми літію випаровуються з поверхні рідини й осідають на холодній поверхні, яка розташована кількома сантиметрами вище. Оскільки атоми літію-6 мають більшу довжину вільного пробігу, то вони переважно й збираються.

Теоретична ефективність цього методу розділення становить близько 8,0 відсотків. Щоб досягнути більшого ступеню сепарації, потрібні кілька стадій.

Літій-4Редагувати

Ядро літію-4 містить три протони і один нейтрон. Це найбільш короткоживучий з відомих ізотопів літію, з періодом напіврозпаду близько 9.1×10−23 секунди. Внаслідок протонного розпаду він розпадається до гелію-3.[6] Крім того, літій-4 може утворитися як проміжний продукт в деяких реакціях ядерного синтезу.

Літій-6Редагувати

Літій-6 цінний як сировина для виробництва тритію і як поглинач нейтронів у реакціях ядерного синтезу. Природний літій містить близько 7,5 відсотка літію-6, а решта - літій-7. Значні кількості літію-6 виділено для застосування в термоядерних бомбах. Нині країни, які займалися виробництвом термоядерних бомб, припинили відділяти літій-6[джерело?], але значна його кількість залишилася на їхніх складах. Літій-6 є одним із лише трьох стабільних ізотопів, спін яких дорівнює 1[7], і його ядро має найменший ненульовий електричний квадрупольний момент зі всіх елементів.

Літій-7Редагувати

Літій-7 є з великою перевагою найбільш поширеним ізотопом природного літію і становить 92,5 відсотка атомів. Атом літію-7 містить три протони, чотири нейтрони і три електрони. Завдяки властивостям свого ядра літій-7 менш поширений у всесвіті, ніж гелій, берилій, вуглець, азот і оксиген, навіть попри те, що останні чотири елементи мають важчі ядра, ніж літій.

Внаслідок промислового виробництва літію-6 утворюються відходи, які збагачені літієм-7 і збіднені літієм-6. Ці матеріали продавались на ринку, а також їх просто відвалювали в довкілля. Відносний надлишок літію-7, до 35 відсотків вищий, ніж природне співвідношення, зареєстровано в ґрунтових водах у карбонатному водоносному горизонті під струмком Вест Воллі в Пенсильванії, який перебуває нижче за течією від заводу з виробництва літію. У збідненому літії нижня межа відносної частки літію-6 може становити до 20 відсотків від його природного вмісту. Оскільки співвідношення часток ізотопів літію дещо залежить від джерела, то неможливо точно визначити атомну масу проб літію зі всіх джерел.[8]

Літій-7 використовують. як один із компонентів розплавленого фториду літію в реакторах на розплавах солей. Великий ефективний поперечний переріз захоплення нейтронів літію-6 (близько 940 барн[9]) порівняно з дуже незначною величиною цього показника для літію-7 (близько 45 мілібарн) призводить до необхідності дуже добре очищувати літій-7 з сировини, щоб його можна було застосовувати в реакторах на фториді літію.

Гідроксид літію-7 використовується для олужнення охолоджувача у водно-водяних ядерних реакторах.[10]

Літій-11Редагувати

Припускають, що ядро літію-11 має гало[en]. Ядро складається з трьох протонів і дев'яти нейтронів, два з яких мають ядерне гало. Воно має надзвичайно великий поперечний переріз 3.16 фм, порівняний з цим показником у 208Pb. Воно розпадається внаслідок бета-розпаду до 11Be, який у свою чергу розпадається кількома шляхами (див. таблицю нижче).

Літій-12Редагувати

Літій-12 має набагато коротший період напіврозпаду, близько 10 наносекунд. Внаслідок нейтронного розпаду він розпадається до 11Li, який у свою чергу розпадається. як написано вище.

ТаблицяРедагувати

Символ
ізотопу
Z(p) N(n)  
маса ізотопу (u)
 
період напіврозпаду типи
розпаду[11]
Дочірні ізотопи[n 1] Спін і
парність ядра
Поширеність
ізотопу в природі

(мольна частка)
діапазон розподілу
в природі
(мольна частка)
Енергія збудження
4Li 3 1 4.02719(23) 91(9)×10−24 с
[6.03 МеВ]
p 3He
5Li 3 2 5.01254(5) 370(30)×10−24 с
[~1.5 МеВ]
p 4He 3/2−
6Li 3 3 6.015122795(16) Стабільний 1+ [0.0759(4)] 0.077140.07225
7Li[n 2] 3 4 7.01600455(8) Стабільний 3/2− [0.9241(4)] 0.922750.92786
8Li 3 5 8.02248736(10) 840.3(9) мс β 8Be[n 3] 2+
9Li 3 6 9.0267895(21) 178.3(4) мс β, n (50.8%) 8Be[n 4] 3/2−
β (49.2%) 9Be
10Li 3 7 10.035481(16) 2.0(5)×10−21 с
[1.2(3) MeV]
n 9Li (1−,2−)
10m1Li 200(40) кеВ 3.7(15)×10−21 с 1+
10m2Li 480(40) кеВ 1.35(24)×10−21 с 2+
11Li[n 5] 3 8 11.043798(21) 8.75(14) мс β, n (84.9%) 10Be 3/2−
β (8.07%) 11Be
β, 2n (4.1%) 9Be
β, 3n (1.9%) 8Be[n 6]
β, α (1.0%) 7He, 4He
β, поділ (.014%) 8Li, 3H
β, поділ (.013%) 9Li, 2H
12Li 3 9 12.05378(107)# <10 ns n 11Li
  1. Жирним для стабільних ізотопів
  2. Утворився під час нуклеосинтезу Великого вибуху
  3. Одразу ж розпадається на два атоми 4He в результаті реакції 8Li → 24He + e
  4. Одразу ж розпадається на два атоми 4He в результаті реакції 9Li → 24He + 1n + e
  5. Має 2 нейтрони гало
  6. Одразу ж розпадається на два атоми 4He в результаті реакції 11Li → 24He + 31n + e

НотаткиРедагувати

  • Поширеність ізотопів наведена для більшості природних земних зразків. Для інших джерел значення можуть значно відрізнятися.
  • Відомі виняткові проби літію з геологічних зразків, у яких поширеність ізотопів лежить поза межами наведеного діапазону розподілу. Похибка у вимірюваннях атомної маси для таких зразків може перевищувати наведену величину.
  • Комерційно доступні матеріали могли підлягати прихованому або випадковому розділенню на ізотопи. Можуть траплятись суттєві відхилення від поданої маси і складу.
  • У збідненому літії нижня межа відносної частки літію-6 може становити до 20 відсотків від його природного вмісту, даючи виміряну атомну масу в діапазоні від 6.94 а.о.м. до 7.00 а.о.м.
  • Оцінки позначені # отримані не з чисто експериментальних даних, але частково із систематичних трендів у сусідніх нуклідів (з такими самими відношеннями Z і N). Спіни зі слабким оцінковим обґрунтуванням взяті в дужки.
  • похибку вимірювання подано в скороченій формі в дужках після відповідних останніх цифр. Похибка позначає одне стандартне відхилення, за винятком ізотопної поширеності та атомної маси від IUPAC, яка використовує складніші визначення похибок. Приклади: 29770,6(5) означає 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означає 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означає −2200,2 ± 1,8.
  • Незвичайний ізотоп літій-11 має ядерне гало, яке складається з двох слабко-пов'язаних нейтронів, що пояснює значну відмінність у радіусі його ядра.
  • Маси радіонуклідів подано за даними Комісії з символів, одиниць, номенклатури, атомних мас і фундаментальних констант (SUNAMCO) IUPAP
  • Поширеність ізотопів подано за даними Комісії з ізотопних поширеностей і атомних мас IUPAC

Ланцюги розпадуРедагувати

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПриміткиРедагувати

  1. а б BD Fields The Primordial Lithium Problem, ‎Annual Reviews of Nuclear and Particle Science 2011 (рос.)
  2. Постнов К.А. Лекции по общей астрофизике для физиков. Архів оригіналу за 2011-08-23. Процитовано 2016-12-27. ; див мал. 11.1(англ.)
  3. http://www.int.washington.edu/PHYS554/2005/vanderplas.pdf(англ.)[недоступне посилання з червень 2019]
  4. Lecture 27: Stellar Nucleosynthesis Архівовано 28 травень 2015 у Wayback Machine. // Університет Toledo — «The Destruction of Lithium in Young Convective Stars» slide 28(англ.)
  5. Greg Ruchti, Lithium in the Cosmos — «Lithium is Fragile» slide 10(англ.)
  6. Ізотопи of Lithium. Процитовано 20 October 2013. [недоступне посилання з червень 2019]
  7. Chandrakumar, N. (2012). Spin-1 NMR. Springer Science & Business Media. с. 5. ISBN 9783642610899. 
  8. T. B. Coplen, J. A. Hopple, J. K. Böhlke, H. S. Peiser, S. E. Rieder, H. R. Krouse, K. J. R. Rosman, T. Ding, R. D. Vocke, Jr., K. M. Révész, A. Lamberty, P. Taylor, P. De Bièvre. "Compilation of minimum and maximum isotope ratios of selected elements in naturally occurring terrestrial materials and reagents", U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 01-4222 (2002). As quoted in T. B. Coplen (2002). Isotope-Abundance Variations of Selected Elements (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry 74 (10): 1987–2017. doi:10.1351/pac200274101987. 
  9. Holden, Norman E. (January–February 2010). The Impact of Depleted 6Li on the Standard Atomic Weight of Lithium. International Union of Pure and Applied Chemistry. Процитовано 6 May 2014. 
  10. Managing Critical Isotopes: Stewardship of Lithium-7 Is Needed to Ensure a Stable Supply, GAO-13-716 // U.S. Government Accountability Office, 19 September 2013; pdf
  11. Universal Nuclide Chart. Nucleonica. Процитовано 2012-09-27. 

ДжерелаРедагувати

ПосиланняРедагувати

Lewis, G. N.; MacDonald, R. T. (1936). The Separation of Lithium Ізотопи. Journal of the American Chemical Society 58 (12): 2519. doi:10.1021/ja01303a045. 


Ізотопи гелію Ізотопи літію Ізотопи берилію
Таблиця ізотопів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr