Изотопы лития
Эта статья требует дополнительных цитат для проверки . ( май 2018 г. ) |
Значительные изменения возникают в коммерческих выборках из -за широкого распределения образцов, истощенных в 6 Что. | |||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r ° (li) | |||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Природный литий ( 3 LI) состоит из двух стабильных изотопов , литий-6 (6 (6 (литий-6 ( 6 Ли) и литий-7 ( 7 Ли), а последний был гораздо более обильным на земле. Оба природных изотопов имеют неожиданно низкую энергию связывания ядер на нуклеон ( 5 332 .3312 (3) кев 6 Li и 5 606 .4401 (6) Kev для 7 Li) По сравнению с соседними более легкими и более тяжелыми элементами гелий ( 7 073 .9156 (4) Kev для гелия-4) и бериллия ( 6 462 .6693 (85) Kev для бериллия-9). Самый длинный радиоизотоп лития 8 Ли, который имеет период полураспада всего 838,7 (3) миллисекунды . 9 Ли имеет период полураспада 178,2 (4) мс и 11 Ли имеет период полураспада 8,75 (6) мс . Все оставшиеся изотопы лития имеют период полураспада, которые короче 10 наносекунд . Самый короткий из известного изотопа лития-это 4 LI, который распадается в результате выброса протона с полураспадом около 91 (9) Йоктосекунд ( 9,1 (9) × 10 −23 S ), хотя период полураспада 3 Ли еще предстоит определить, и, вероятно, будет намного короче, как 2 Он (гелий-2, дипротон), который подвергается выбросам протона в течение 10 −9 с
Оба 7 Li и 6 LI - это два первичных нукли , которые были произведены в Большом взрыве , с 7 Ли будет 10 −9 всех изначальных нуклидов и 6 Ли около 10 −13 . [ 4 ] Небольшой процент 6 Также известно, что LI продуцируется ядерными реакциями у некоторых звезд. Изотопы лития несколько отделяются во время различных геологических процессов, включая образование минералов (химическое осаждение и обмен ионов ). Ионы лития заменяют магний или железо в определенных октаэдрических местах в глинях , а литий-6 иногда предпочтительнее 7 Ли Это приводит к некоторому обогащению 6 Ли в геологических процессах.
В ядерной физике , 6 Ли является важным изотопом, потому что, когда он бомбардируется нейтронами , тритиум производится .
Оба 6 Li и 7 Изотопы Li демонстрируют эффект ядерного магнитно -резонанса , несмотря на то, что они являются квадруполярными (с ядерными спинами 1+ и 3/2-). 6 У LI есть более четкие линии, но из-за его более низкой численности требуется более чувствительный ЯМР-спектрометр. 7 Ли более распространен, но имеет более широкие линии из -за его более крупного ядерного спина. Диапазон химических сдвигов одинаков как от ядер, так и лежит в пределах +10 (для Linh 2 в жидкости NH 3 ) и -12 (для Li + в полнометриде ). [ 5 ]
Список изотопов
[ редактировать ]Нуклид [ n 1 ] |
С | Не | Изотопная масса ( И ) [ 6 ] [ N 2 ] [ n 3 ] |
Период полураспада [ 1 ] [ Резонансная ширина ] |
Разлагаться режим [ 1 ] [ N 4 ] |
Дочь изотоп [ n 5 ] |
Спин и паритет [ 1 ] [ n 6 ] [ n 7 ] |
Естественное изобилие (моль -дробь) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | Нормальная пропорция [ 1 ] | Диапазон вариации | |||||||||||||||||
3 Что [ n 8 ] |
3 | 0 | 3.030 78 (215) # | P ? [ n 9 ] | 2 Он ? |
3/2−# | |||||||||||||
4 Что |
3 | 1 | 4.027 19 (23) | 91 (9) ys [ 5.06 (52) MEV ] |
п | 3 Он |
2− | ||||||||||||
5 Что |
3 | 2 | 5.012 540 (50) | 370 (30) ис [ 1.24 (10) MEV ] |
п | 4 Он |
3/2− | ||||||||||||
6 Что [ n 10 ] |
3 | 3 | 6.015 122 8874 (15) | Стабильный | 1+ | [ 0.019 , 0.078 ] [ 7 ] | |||||||||||||
6m Что |
3 562 .88 (10) Опыт | 56 (14) как | ЭТО | 6 Что |
0+ | ||||||||||||||
7 Что [ n 11 ] |
3 | 4 | 7.016 003 434 (4) | Стабильный | 3/2− | [ 0.922 , 0.981 ] [ 7 ] | |||||||||||||
8 Что |
3 | 5 | 8.022 486 24 (5) | 838,7 (3) мс | беременный − | 8 Быть [ n 12 ] |
2+ | ||||||||||||
9 Что |
3 | 6 | 9.026 790 19 (20) | 178.2 (4) MS | беременный − N ( 50,5 (1,0)% ) | 8 Быть [ n 13 ] |
3/2− | ||||||||||||
беременный − ( 49.5(1.0)% ) | 9 Быть | ||||||||||||||||||
10 Что |
3 | 7 | 10.035 483 (14) | 2.0 (5) zs [ 0,2 (1,2) МэВ ] |
не | 9 Что |
(1−, 2−) | ||||||||||||
10m1 Что |
200 (40) Опыт | 3.7 (1,5) zs | ЭТО | 1+ | |||||||||||||||
10м2 Что |
480 (40) Опыт | 1,35 (24) zs [ 0,350 (70) MEV ] |
ЭТО | 2+ | |||||||||||||||
11 Что [ n 14 ] |
3 | 8 | 11.043 7236 (7) | 8.75 (6) MS | беременный − N ( 86,3 (9)% ) | 10 Быть |
3/2− | ||||||||||||
беременный − ( 6.0(1.0)% ) | 11 Быть | ||||||||||||||||||
беременный − 2n ( 4,1 (4)% ) | 9 Быть | ||||||||||||||||||
беременный − 3n ( 1,9 (2)% ) | 8 Быть [ n 15 ] | ||||||||||||||||||
беременный − A ( 1,7 (3)% ) | 7 Он | ||||||||||||||||||
беременный − D ( 0,0130 (13)% ) | 9 Что | ||||||||||||||||||
беременный − T ( 0,0093 (8)% ) | 8 Что | ||||||||||||||||||
12 Что |
3 | 9 | 12.053 78 (107) # | <10 нс | n? [ n 9 ] | 11 Что ? |
(1−, 2−) | ||||||||||||
13 Что |
3 | 10 | 13.061 170 (80) | 3.3 (1.2) zs [ 0,2 (9,2) MEV ] |
2n | 11 Что |
3/2−# | ||||||||||||
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы: |
- ^ м Ли - возбужденный ядерный изомер .
- ^ () - Неопределенность (1 σ ) приведена в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # - атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность, полученные не из чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, отчасти от тенденций с массовой поверхности (TMS).
- ^
Способы распада:
ЭТО: Изомерный переход n: Нейтронный выброс П: Протоновый выброс - ^ Смелый символ как дочь - дочерний продукт стабилен.
- ^ () Значение спина - указывает на спин со слабыми аргументами назначения.
- ^ # - Значения, отмеченные #, не являются исключительно из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
- ^ Обнаружение этого изотопа не подтверждено
- ^ Jump up to: а беременный Показанный режим затухания энергетически допускается, но не наблюдается экспериментально, наблюдается в этом нуклиде.
- ^ Одно из немногих стабильных ядер нечетных
- ^ Произведено в нуклеосинтезе Большого взрыва и космическим лучами Spallation
- ^ Немедленно распадается на две α-частицы для чистой реакции 8 К → 2 4 Он + до −
- ^ Немедленно распадается на две α-частицы для чистой реакции 9 К → 2 4 Он + 1 n + e −
- ^ Имеет 2 гало -нейтроны
- ^ Немедленно распадается на два 4 Он атомы для чистой реакции 11 К → 2 4 Он + 3 1 n + e −
Изотопное разделение
[ редактировать ]Разделение COLEX
[ редактировать ]Литий-6 обладает большим сродством, чем литий-7 к элементу ртути . Когда к растворам добавляется амальгама лития и ртути, содержащих гидроксид лития , литий-6 становится более концентрированным в амальгаме, а литий-7 больше в растворе гидроксида.
Метод разделения COLEX ( COL UMN EX EXCEANG) использует это путем прохождения противоположного потока амальгамы и гидроксида через каскад этапов. Фракция . лития-6 преимущественно истощается ртутью, но литий-7 течет в основном с гидроксидом В нижней части колонны литий (обогащенный литий-6) отделен от амальгамы, а ртуть восстанавливается для повторного использования со свежим сырью . Вверху раствор гидроксида лития электролизуется, чтобы освободить фракцию лития-7. Обогащение, полученное с помощью этого метода, зависит от длины столбца и скорости потока.
Другие методы
[ редактировать ]В методе вакуумной дистилляции 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. [ 8 ] Поскольку атомы лития-6 имеют больший средний свободный путь , они собираются преимущественно. Теоретическая эффективность разделения этого метода составляет около 8,0 процентов. Для получения более высоких степеней разделения может использоваться многоступенчатый процесс.
Изотопы лития, в принципе, также могут быть разделены с помощью электрохимического метода и дистилляционной хроматографии, которые в настоящее время находятся в разработке. [ 9 ]
Литий-3
[ редактировать ]Литий-3 , также известный как триротон , будет состоять из трех протонов и нулевых нейтронов . Это было сообщено как протон -несвязанный в 1969 году, но этот результат не был принят, и его существование, таким образом, недоказанное. [ 10 ] Никаких других резонансов не связаны с 3
Что
сообщалось, и ожидается, что он распадается при быстрой протоне (так же, как Diproton , 2
Он
). [ 11 ]
Литий-4
[ редактировать ]Литий-4 содержит три протона и один нейтрон. Это самый короткий живой известный изотоп лития, с полураспадом 91 (9) Йоклосекунд ( 9,1 (9) × 10 −23 S ) и распадаются протоновыми выбросами в гелий-3 . [ 12 ] Литий-4 может быть образован в качестве промежуточного соединения в некоторых реакциях ядерного слияния .
Литий-6
[ редактировать ]Литий-6 ценен в качестве исходного материала для производства тритина (водород-3) и как поглотитель нейтронов в реакциях ядерного слияния. От 1,9% до 7,8% земного лития в нормальных материалах состоит из лития-6, а остальные-литий-7. Большие количества лития-6 были разделены для размещения в термоядерное оружие . Разделение лития-6 к ныне прекратилось в крупных термоядерных силах [ Цитация необходима ] , но запасы его остаются в этих странах.
Реакция слияния дейтерия -триама была исследована в качестве возможного источника энергии, так как в настоящее время она является единственной реакцией слияния с достаточной выработкой энергии для возможной реализации. В этом сценарии литий, обогащенный литием-6, потребуется для создания необходимых количеств тритиума. Ресурсы минерального и рассола лития являются потенциальным ограничивающим фактором в этом сценарии, но в конечном итоге также может использоваться морская вода. [ 13 ] Реакторы с тяжелой водой под давлением, такие как CANDU, производят небольшие количества тритина в их охлаждающей жидкости/модераторе от поглощения нейтронов, и это иногда извлекается в качестве альтернативы использованию литий-6.
Литий-6 является одним из четырех стабильных изотопов с спином 1, остальные- дейтерий , бор-10 и азот-14 , [ 14 ] и имеет наименьший ненулевой ядерный электрический квадрупольный момент любого стабильного ядра.
Литий-7
[ редактировать ]Литий-7, безусловно, является наиболее распространенным изотопом лития, составляющий от 92,2% до 98,1% всего земного лития. Атом лития-7 содержит три протона, четыре нейтроны и три электрона. Из-за своих ядерных свойств литий-7 менее распространен, чем гелий , углерод , азот или кислород во вселенной, хотя у последних у всех все более тяжелые ядра . Термоядерное испытание Castle Bravo значительно превысило его ожидаемую урожайность из-за неправильных предположений о ядерных свойствах лития-7.
Промышленное производство литий-6 приводит к отходу, который обогащен литий-7 и истощен в литиевом-6. Этот материал был продан на коммерческих целях, и некоторые из них были выпущены в окружающую среду. Относительное изобилие лития-7, на 35 процентов больше, чем естественное значение, было измерено в грунтовых водах в карбонатном водоносном горизонте под ручьем Западной долины в Пенсильвании , который находится ниже по течению от литий-обработки. Изотопный состав лития в нормальных материалах может несколько варьироваться в зависимости от его происхождения, что определяет его относительную атомную массу в исходном материале. Точная относительная атомная масса для образцов лития не может быть измерена для всех источников лития. [ 15 ]
Литий-7 используется как часть расплавленного литий-фторида в реакторах с расплавленной соли : с жидкостью флуорида ядерные реакторы . Большой поперечный сечение поглощения нейтронов лития-6 (около 940 сараев [ 16 ] ) По сравнению с очень небольшим сечением нейтронов лития-7 (около 45 миллибарнов ) значительно отделяет литий-7 от природного лития, что является сильным требованием для возможного использования в реакторах фтория лития.
Гидроксид лития-7 используется для щелочивания охлаждающей жидкости в реакторах с подчеркиванием . [ 17 ]
Был получен некоторый литий-7 для нескольких пикосекунд, которые содержат частицу лямбда в его ядре, тогда как считается, что атомное ядро содержит только нейтроны и протоны. [ 18 ] [ 19 ]
Литий-8
[ редактировать ]Литий-8 был предложен в качестве источника 6,4 МэВ электронных антинейтрино, генерируемых обратным бета-распадом с бериллием-8. ISODAR Сотрудничество физики описывает схему сгенерированного лития-8 для немедленного распада путем бомбардировки стабильного лития-7 с 60-МэВ-протонами, созданными ускорителем циклотронной частицы . [ 20 ]
Литий-11
[ редактировать ]Литий-11 является ядром ореола, состоящего из ядра лития-9, окруженного двумя свободно связанными с нейтронами; Оба нейтрона должны присутствовать для того, чтобы эта система была связана, что привело к описанию как « борромового ядра ». [ 21 ] В то время как протоновый квадратной квадратной квадратной радиус 11 Li 2,18 +0,16
−0,21 FM , его радиус нейтронов намного больше при 3,34 +0,02
−0,08 FM ; Для сравнения, соответствующие цифры для 9 LI 2,076 ± 0,037 FM для протонов и 2,4 ± 0,03 FM для нейтронов. [ 22 ] Он распадается бета -эмиссией и эмиссией нейтронов, чтобы 10
Быть
, 11
Быть
, или 9
Быть
(См. Таблицы выше и ниже). Имея волшебное количество из 8 нейтронов, литий-11 сидит на первом из пяти известных островов инверсии , что объясняет его более длинный период полураспада по сравнению с соседними ядрами. [ 23 ]
Литий-12
[ редактировать ]Литий-12 имеет значительно более короткий период полураспада. Он распадается путем излучения нейтронов в 11
Что
, которые распадаются, как упомянуто выше.
Размешающиеся цепочки
[ редактировать ]В то время как β − распадаться в изотопы бериллия (часто в сочетании с одно- или многотетровым излучением) преобладает в более тяжелых изотопах лития, 10
Что
и 12
Что
распадаться через нейтронный излучение в 9
Что
и 11
Что
соответственно из -за их позиций за пределами линии капель нейтронов . Также наблюдалось, что литий-11 распадается посредством множества форм деления. Изотопы легче, чем 6
Что
Разложение исключительно из -за выброса протонов, так как они находятся за пределами протонной линии капель. Режимы распада двух изомеров 10
Что
неизвестны.
Смотрите также
[ редактировать ]- Космологическая проблема лития
- Дилития - диатомная молекула
- Ореловое ядро
- Сжигание лития - процесс, какой литий тратится в звезде
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Kondev, FG; Ван, М.; Хуан, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств Nubase2020» (PDF) . Китайская физика c . 45 (3): 030001. DOI : 10.1088/1674-1137/Abddae .
- ^ «Стандартные атомные веса: литий» . Ciaaw . 2009
- ^ Прохаска, Томас; Irrgeher, Johanna; Благосостояние, Жаклин; Böhlke, John K.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Ding, наконечник; Данн, Филипп Дж.Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Meijer, Harro AJ (4 мая 2022 г.). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 .
- ^ Fields, Brian D. (2011). «Проблема изначальной лития» . Ежегодный обзор ядерной и частиц . 61 (1): 47–68. Arxiv : 1203.3551 . Bibcode : 2011ars.61 ... 47f . doi : 10.1146/annurev-nucl-102010-130445 . S2CID 119265528 .
- ^ "(Li) литий ЯМР" .
- ^ Ван, Мэн; Хуан, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Найми С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Китайская физика c . 45 (3): 030003. DOI : 10.1088/1674-1137/Abddaf .
- ^ Jump up to: а беременный «Атомный вес лития» . ciaaw.org . Получено 21 октября 2021 года .
- ^ Katal'nikov, SG; Андрев, Б.М. (1 марта 1962 г.). «Коэффициент разделения изотопов лития во время вакуумной дистилляции » Советский журнал атомной энергии 11 (3): 889–8 Doi : 10.1007/bf01491187 . ISSN 1573-8 S2CID 96799991
- ^ Badea, Silviu-Laurentiu; Никулеску, Вайоле-Каролина; Iordache, Andreea-Maria (апрель 2023 г.). «Новые тенденции в методах разделения изотопов лития: обзор методов химического разделения» . Материалы 16 (10): 3817. Bibcode : 2023mate ... 16.3817b . doi : 10.3390/ma16103817 . ISSN 1996-1944 . PMC 10222844 . PMID 37241444 .
- ^ Audi, G.; Kondev, FG; Ван, М.; Хуан, WJ; Найми 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 .
- ^ Purcell, Je; Келли, Дж. Х; Kwan, E.; Sheu, CG; Weller, HR (2010). «Уровни энергии световых ядер ( A = 3)» (PDF) . Ядерная физика а . 848 (1): 1. Bibcode : 2010nupha.848 .... 1p . doi : 10.1016/j.nuclphysa.2010.08.012 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2018 года . Получено 3 января 2020 года .
- ^ «Изотопы лития» . Получено 20 октября 2013 года .
- ^ Брэдшоу, Ам; Hamacher, T.; Fischer, U. (2010). "Ядерное слияние является устойчивой формой энергии?" (PDF) . Инженерная инженерия и дизайн . 86 (9): 2770–2773. doi : 10.1016/j.fusengdes.2010.11.040 . HDL : 11858/00-001M-0000-0026-E9D2-6 . S2CID 54674085 .
- ^ Чандракумар, Н. (2012). Спин-1 ЯМР . Springer Science & Business Media. п. 5. ISBN 9783642610899 .
- ^ Коплен, Тайлер Б.; Хоппл, JA; Böhlke, Джон Карл; Пейзер, Х. Штеффен; Ридер, SE; Krouse, HR; Росман, Кевин младший; Ding, T.; Vocke, Rd, Jr.; Révész, KM; Lamberty, A.; Тейлор, Филипп Д.П.; Де Бивра, Пол; «Компиляция минимальных и максимальных изотопных коэффициентов выбранных элементов в естественных земных материалах и реагентах», Отчет о геологических исследованиях США . Как указано в Туберкулез Коплен; и др. (2002). «Изотопные вариации выбранных элементов (технический отчет IUPAC)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 74 (10): 1987–2017. doi : 10.1351/pac200274101987 . S2CID 97223816 . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Получено 29 октября 2012 года .
- ^ Холден, Норман Э. (январь -февраль 2010 г.). "Влияние истощенного 6 Ли о стандартном атомном весе лития » . Химия International . Международный союз чистой и прикладной химии . Получено 6 мая 2014 года .
- ^ Управление критическими изотопами: управление литием-7 необходимо для обеспечения стабильного предложения, GAO-13-716 // Управление по подотчетности США , 19 сентября 2013 года; PDF
- ^ Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы: AZ Руководство по элементам . Издательство Оксфордского университета. С. 234–239. ISBN 978-0-19-850340-8 .
- ^ Брумфиэль, Джефф (1 марта 2001 г.). «Невероятное сокращение ядра». Физический обзор фокус . Тол. 7. doi : 10.1103/physrevfocus.7.11 .
- ^ Бунгау, Адриана; Алонсо, Хосе; Бартошек, Ларри; Конрад, Джанет (май 2018). "Оптимизация 8 LI Liking для эксперимента Isodar Neutrino ". Журнал инструментов . 14 (3): 03001. Arxiv : 1805.00410 . DOI : 10.1088/1748-0221/14/03/P03001 . S2CID 55756525 .
- ^ «Новая акселератор частиц стремится разблокировать секреты странных атомных ядер» . 15 ноября 2021 года.
- ^ Moriguchi, T.; Озава, а.; Исимото, с.; Abe, Y.; Фукуда, М.; Hachiuma, i.; Шибаши, Y.; Ito, y.; Кубоки, Т.; Ланц, М.; Усерд.; Намихира, К.; Nishimura, D.; Ohtsubo, T.; Ooishi, H.; Suda, T.; Suzuki, H.; Suzuki, T.; Takechi, M.; Танака, К.; Ямагучи Т. (16 августа 2013 г.). «Распределения плотности 11 LI, выведенные из измерений поперечного сечения реакции » Физический обзор c 88 (2): 024610. BIBCODE : 2013 PHRVC..888B4610M . Doi : 10.1103/ physrevc.88.0
- ^ Браун, Б. Алекс (13 декабря 2010 г.). «Острова понимания в ядерной таблице» . Физика . 3 (25): 104. Arxiv : 1010.3999 . doi : 10.1103/physrevlett.105.252501 . PMID 21231582 . S2CID 43334780 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]Льюис, Гн; Макдональд, RT (1936). «Разделение литиевых изотопов». Журнал Американского химического общества . 58 (12): 2519–2524. doi : 10.1021/ja01303a045 .