Jump to content

Изотопы лития

(Перенаправлено с Литий-11 )

Изотопы лития  ( 3 Ли)
Основные изотопы [1] Разлагаться
abun­dance период полураспада ( т 1/2 ) режим pro­duct
6 Что 4.85% стабильный
7 Что 95.15% стабильный
Стандартный атомный вес А р °(Ли)

Встречающийся в природе литий ( 3 Li) состоит из двух стабильных изотопов : лития-6 ( 6 Li) и литий-7 ( 7 Ли), причем последних на Земле гораздо больше. Оба природных изотопа имеют неожиданно низкую энергию связи ядра на нуклон ( 5 332 .3312(3) кэВ для 6 Li и 5 606 .4401(6) кэВ для 7 Li) по сравнению с соседними более легкими и тяжелыми элементами — гелием ( 7 073 .9156(4) кэВ для гелия-4) и бериллием ( 6 462 .6693(85) кэВ для бериллия-9). Самый долгоживущий радиоизотоп лития — 8 Ли, период полураспада которого составляет всего 838,7(3) миллисекунды . 9 Период полураспада Ли составляет 178,2(4) мс , а 11 Период полураспада Ли составляет 8,75(6) мс . Все остальные изотопы лития имеют период полураспада менее 10 наносекунд . Самый короткоживущий известный изотоп лития — 4 Li, который распадается с испусканием протонов с периодом полураспада около 91(9) йоктосекунд ( 9,1(9) × 10 −23 с ), хотя период полураспада 3 Ли еще предстоит определить, и, вероятно, он будет намного короче, например 2 He (гелий-2, дипротон), который испускает протоны в течение 10 −9 с.

Оба 7 Ли и 6 Ли — два первичных нуклида , образовавшихся в результате Большого взрыва . 7 Ли будет 10 −9 всех первичных нуклидов и 6 Ли около 10 −13 . [4] Небольшой процент 6 Известно также, что Ли 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 ). Ионы лития заменяют магний или железо в определенных октаэдрических местах глин . , а литий-6 иногда предпочтительнее 7 Ли. Это приводит к некоторому обогащению 6 Ли в геологических процессах.

В ядерной физике , 6 Литий является важным изотопом, поскольку при бомбардировке его образуется нейтронами . тритий

Оба 6 Ли и 7 Изотопы Li демонстрируют эффект ядерного магнитного резонанса , несмотря на то, что они квадруполярны (с ядерными спинами 1+ и 3/2-). 6 У Li более четкие линии, но из-за его меньшего содержания требуется более чувствительный ЯМР-спектрометр. 7 Li более распространен, но имеет более широкие линии из-за большего ядерного спина. Диапазон химических сдвигов одинаков для обоих ядер и лежит в пределах +10 (для LiNH 2 в жидком NH 3 ) и −12 (для Li+ в фуллериде ). [5]

Список изотопов

[ редактировать ]
Нуклид
[n 1]
С Н Изотопная масса ( Да ) [6]
[n 2] [n 3]
Период полураспада [1]

[ ширина резонанса ]
Разлагаться
режим
[1]
[n 4]
Дочь
изотоп

[n 5]
Спин и
паритет [1]
[№ 6] [n 7]
Природное изобилие (молярная доля)
Энергия возбуждения Нормальная пропорция [1] Диапазон вариаций
3
Что
[№ 8]
3 0 3.030 78 (215) # п ? [n 9] 2
Он
 ?
3/2−#
4
Что
3 1 4.027 19 (23) 91(9) лет
[ 5,06(52) МэВ ]
п 3
Он
2−
5
Что
3 2 5.012 540 (50) 370(30) лет
[ 1,24(10) МэВ ]
п 4
Он
3/2−
6
Что
[№ 10]
3 3 6.015 122 8874 (15) Стабильный 1+ [ 0.019 , 0.078 ] [7]
6m
Что
3 562 .88(10) кэВ 56(14) как ЭТО 6
Что
0+
7
Что
[№ 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 б 8
Быть
[№ 12]
2+
9
Что
3 6 9.026 790 19 (20) 178,2(4) мс б п ( 50,5(1,0)% ) 8
Быть
[№ 13]
3/2−
б ( 49.5(1.0)% ) 9
Быть
10
Что
3 7 10.035 483 (14) 2.0(5) зс
[ 0,2(1,2) МэВ ]
н 9
Что
(1−, 2−)
10м1
Что
200(40) кэВ 3,7(1,5) зз ЭТО 1+
10м2
Что
480(40) кэВ 1,35(24) зс
[ 0,350(70) МэВ ]
ЭТО 2+
11
Что
[№ 14]
3 8 11.043 7236 (7) 8,75(6) мс б п ( 86,3(9)% ) 10
Быть
3/2−
б ( 6.0(1.0)% ) 11
Быть
б 2n ( 4,1(4)% ) 9
Быть
б 3н ( 1,9(2)% ) 8
Быть
[№ 15]
б а ( 1,7(3)% ) 7
Он
б г ( 0,0130(13)% ) 9
Что
б т ( 0,0093(8)% ) 8
Что
12
Что
3 9 12.053 78 (107) # < 10 нс н? [n 9] 11
Что
 ?
(1−, 2−)
13
Что
3 10 13.061 170 (80) 3,3(1,2) зз
[ 0,2(9,2) МэВ ]
11
Что
3/2−#
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
  1. ^ м Li – Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) указывается в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # - Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не на основе чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе трендов поверхности массы (TMS).
  4. ^ Режимы распада:
    ЭТО: Изомерный переход
    н: Нейтронная эмиссия
    п: Протонная эмиссия
  5. ^ Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
  6. ^ ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
  7. ^ # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
  8. ^ Открытие этого изотопа не подтверждено.
  9. ^ Перейти обратно: а б Показанный режим распада энергетически разрешен, но экспериментально не наблюдался в этом нуклиде.
  10. ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер.
  11. ^ Произведено в результате нуклеосинтеза Большого взрыва и расщепления космическими лучами.
  12. ^ Сразу распадается на две α-частицы с итоговой реакцией 8 Какой → 2 4 Это + е
  13. ^ Сразу распадается на две α-частицы с итоговой реакцией 9 Какой → 2 4 Он + 1 п + е
  14. ^ Имеет 2 гало- нейтрона .
  15. ^ Сразу распадается на две части. 4 Он атомы для чистой реакции 11 Какой → 2 4 Он + 3 1 п + е

Разделение изотопов

[ редактировать ]

Разделение Колекса

[ редактировать ]

Литий-6 имеет большее сродство к , ртути чем литий-7 . Когда амальгаму лития и ртути добавляют к растворам, содержащим гидроксид лития , литий-6 становится более концентрированным в амальгаме, а литий-7 — в растворе гидроксида.

методе разделения колекс ( колонки замена В ) этот метод используется путем пропускания противотока амальгамы и гидроксида через каскад ступеней. Фракция . лития-6 преимущественно осушается ртутью, а литий-7 течет преимущественно с гидроксидом В нижней части колонны литий (обогащенный литием-6) отделяется от амальгамы, а ртуть извлекается для повторного использования со свежим сырьем . В верхней части раствор гидроксида лития подвергается электролизу с выделением фракции лития-7. Обогащение, полученное с помощью этого метода, зависит от длины колонки и скорости потока.

Другие методы

[ редактировать ]

При методе вакуумной перегонки литий нагревают до температуры около 550 °С в вакууме . Атомы лития испаряются с поверхности жидкости и собираются на холодной поверхности, расположенной на высоте нескольких сантиметров над поверхностью жидкости. [8] Поскольку атомы лития-6 имеют большую длину свободного пробега , их собирают преимущественно. Теоретическая эффективность разделения этого метода составляет около 8,0 процента. Для получения более высоких степеней разделения можно использовать многостадийный процесс.

Изотопы лития в принципе можно разделить также электрохимическим методом и ректификационной хроматографией, которые в настоящее время находятся в стадии разработки. [9]

Литий-3 , также известный как трипротон , будет состоять из трех протонов и нуля нейтронов . В 1969 году сообщалось, что протон несвязан , но этот результат не был принят, и его существование, таким образом, не доказано. [10] Никаких других резонансов, связанных с 3
Что
сообщалось, и ожидается, что он распадется с быстрым испусканием протонов (так же, как дипротон , 2
Он
). [11]

Литий-4 содержит три протона и один нейтрон. Это самый короткоживущий известный изотоп лития с периодом полураспада 91(9) йоктосекунд ( 9,1(9) × 10 −23 с ) и распадается с испусканием протона до гелия-3 . [12] Литий-4 может образовываться в качестве промежуточного продукта в некоторых реакциях ядерного синтеза .

Литий-6 ценен как исходный материал для производства трития (водорода-3) и как поглотитель нейтронов в реакциях ядерного синтеза. От 1,9% до 7,8% земного лития в обычных материалах состоит из лития-6, а остальное — из лития-7. Большое количество лития-6 было выделено для использования в термоядерном оружии . к настоящему времени прекратилось выделение лития-6. В крупных термоядерных державах [ нужна ссылка ] , но его запасы в этих странах остаются.

Реакция синтеза дейтерия и трития исследовалась как возможный источник энергии, поскольку в настоящее время это единственная реакция синтеза с достаточным выходом энергии для практической реализации. В этом сценарии для производства необходимых количеств трития потребуется литий, обогащенный литием-6. Минеральные ресурсы и литиевые рассолы являются потенциальным ограничивающим фактором в этом сценарии, но в конечном итоге можно использовать и морскую воду. [13] Реакторы с тяжелой водой под давлением, такие как CANDU, производят небольшие количества трития в своем теплоносителе/замедлителе в результате поглощения нейтронов, и его иногда извлекают в качестве альтернативы использованию лития-6.

Литий-6 — один из четырех стабильных изотопов со спином 1, остальные — дейтерий , бор-10 и азот-14 . [14] и имеет наименьший ненулевой ядерный электрический квадрупольный момент среди всех стабильных ядер.

Литий-7 на сегодняшний день является наиболее распространенным изотопом лития, составляя от 92,2% до 98,1% всего земного лития. Атом лития-7 содержит три протона, четыре нейтрона и три электрона. Из-за своих ядерных свойств литий-7 встречается реже, чем гелий , углерод , азот или кислород во Вселенной , хотя последние три имеют более тяжелые ядра . Термоядерное испытание Касл-Браво значительно превысило ожидаемую мощность из-за неверных предположений о ядерных свойствах лития-7.

Промышленное производство лития-6 приводит к образованию отходов, обогащенных литием-7 и обедненных литием-6. Этот материал продавался 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 , расположенном ниже по течению от завода по переработке лития. Изотопный состав лития в обычных материалах может несколько меняться в зависимости от его происхождения, что определяет его относительную атомную массу в исходном материале. Точную относительную атомную массу образцов лития невозможно измерить для всех источников лития. [15]

Литий-7 используется в составе расплавленного фторида лития в жидкосолевых реакторах : жидкофторидных ядерных реакторах . Большое сечение поглощения нейтронов лития-6 (около 940 барн [16] )По сравнению с очень малым нейтронным сечением лития-7 (около 45 миллибарн ) высокое отделение лития-7 от природного лития является сильным требованием для возможного использования в реакторах на основе фторида лития.

Гидроксид лития-7 применяется для подщелачивания теплоносителя в водо-водяных реакторах . [17]

За несколько пикосекунд было произведено некоторое количество лития-7, содержащего в своем ядре лямбда-частицу , тогда как обычно считается, что атомное ядро ​​содержит только нейтроны и протоны. [18] [19]

Литий-8 был предложен в качестве источника электронных антинейтрино с энергией 6,4 МэВ , генерируемых в результате обратного бета-распада до бериллия-8. Сотрудничество ISODAR по физике элементарных частиц описывает схему получения лития-8 для немедленного распада путем бомбардировки стабильного лития-7 протонами с энергией 60 МэВ, создаваемыми циклотронным ускорителем частиц . [20]

Литий-11 представляет собой гало-ядро , состоящее из ядра лития-9, окруженного двумя слабосвязанными нейтронами; оба нейтрона должны присутствовать для того, чтобы эта система могла быть связана, что привело к описанию как « ядро Борромео ». [21] протона В то время как среднеквадратичный радиус 11 Ли составляет 2,18 +0,16.
−0,21
фм
, его нейтронный радиус намного больше и составляет 3,34 +0,02.
−0,08
Фм
; для сравнения соответствующие цифры для 9 Li составляют 2,076 ± 0,037 Фм для протонов и 2,4 ± 0,03 Фм для нейтронов. [22] Он распадается за счет бета-излучения и нейтронного излучения до 10
Быть
, 11
Быть
, или 9
Быть
(см. таблицы выше и ниже). Имея магическое число в 8 нейтронов, литий-11 находится на первом из пяти известных островов инверсии , что объясняет его более длительный период полураспада по сравнению с соседними ядрами. [23]

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

Цепи распада

[ редактировать ]

В то время как β распад на изотопы бериллия (часто в сочетании с одно- или множественной эмиссией нейтронов) преобладает в более тяжелых изотопах лития, 10
Что
и 12
Что
распад через эмиссию нейтронов в 9
Что
и 11
Что
нейтронов соответственно из-за их положения за линией капель . Также наблюдалось, что литий-11 распадается в результате нескольких форм деления. Изотопы легче, чем 6
Что
распадаются исключительно за счет испускания протонов, поскольку они находятся за пределами линии стекания протонов. Режимы распада двух изомеров 10
Что
неизвестны.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. ^ «Стандартные атомные массы: литий» . ЦИАВ . 2009.
  3. ^ Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (4 мая 2022 г.). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)» . Чистая и прикладная химия . дои : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN   1365-3075 .
  4. ^ Филдс, Брайан Д. (2011). «Исконная проблема лития» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 61 (1): 47–68. arXiv : 1203.3551 . Бибкод : 2011ARNPS..61...47F . doi : 10.1146/annurev-nucl-102010-130445 . S2CID   119265528 .
  5. ^ «(Li) Литий ЯМР» .
  6. ^ Ван, Мэн; Хуанг, WJ; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки *». Китайская физика C . 45 (3): 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  7. ^ Перейти обратно: а б «Атомный вес лития» . ciaaw.org . Проверено 21 октября 2021 г.
  8. ^ Катальников С.Г.; Андреев Б.М. (1 марта 1962 г.). «Коэффициент разделения изотопов лития при вакуумной перегонке» . Советский журнал атомной энергии . 11 (3): 889–893. дои : 10.1007/BF01491187 . ISSN   1573-8205 . S2CID   96799991 .
  9. ^ Бадеа, Сильвиу-Лаурентиу; Никулеску, Виолета-Каролина; Иордаче, Андреа-Мария (апрель 2023 г.). «Новые тенденции в методах разделения изотопов лития: обзор методов химического разделения» . Материалы . 16 (10): 3817. Бибкод : 2023Mate...16.3817B . дои : 10.3390/ma16103817 . ISSN   1996-1944 гг . ПМЦ   10222844 . ПМИД   37241444 .
  10. ^ Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001–21. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A . дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
  11. ^ Перселл, Дж. Э.; Келли, Дж. Х.; Кван, Э.; Шу, К.Г.; Веллер, HR (2010). «Энергетические уровни легких ядер ( A = 3)» (PDF) . Ядерная физика А . 848 (1): 1. Бибкод : 2010НуФА.848....1П . doi : 10.1016/j.nuclphysa.2010.08.012 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2018 года . Проверено 3 января 2020 г.
  12. ^ «Изотопы лития» . Проверено 20 октября 2013 г.
  13. ^ Брэдшоу, AM; Хамахер, Т.; Фишер, У. (2010). «Является ли ядерный синтез устойчивой формой энергии?» (PDF) . Термоядерная инженерия и дизайн . 86 (9): 2770–2773. дои : 10.1016/j.fusengdes.2010.11.040 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-E9D2-6 . S2CID   54674085 .
  14. ^ Чандракумар, Н. (2012). Спин-1 ЯМР . Springer Science & Business Media. п. 5. ISBN  9783642610899 .
  15. ^ Коплен, Тайлер Б.; Хоппл, Дж.А.; Бёлке, Джон Карл; Пейзер, Х. Штеффен; Ридер, SE; Крауз, HR; Росман, Кевин-младший; Дин, Т.; Воке, Р.Д., младший; Ревес, К.М.; Ламберти, А.; Тейлор, Филип Д.П.; Де Бьевр, Поль; «Подборка минимальных и максимальных соотношений изотопов отдельных элементов в природных земных материалах и реагентах», Отчет Геологической службы США по исследованию водных ресурсов 01-4222 (2002). Как цитируется в ТБ Коплен; и др. (2002). «Вариации содержания изотопов отдельных элементов (технический отчет ИЮПАК)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 74 (10): 1987–2017. дои : 10.1351/pac200274101987 . S2CID   97223816 . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Проверено 29 октября 2012 г.
  16. ^ Холден, Норман Э. (январь – февраль 2010 г.). «Влияние истощения 6 Ли о стандартном атомном весе лития» . Chemistry International . Международный союз теоретической и прикладной химии . Проверено 6 мая 2014 г.
  17. ^ Управление критическими изотопами: управление литием-7 необходимо для обеспечения стабильных поставок, GAO-13-716 // Счетная палата правительства США , 19 сентября 2013 г.; PDF
  18. ^ Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны . Издательство Оксфордского университета. стр. 234–239. ISBN  978-0-19-850340-8 .
  19. ^ Брамфилд, Джефф (1 марта 2001 г.). «Невероятное сокращающееся ядро». Фокус физического обзора . Том. 7. дои : 10.1103/PhysRevFocus.7.11 .
  20. ^ Бунгау, Адриана; Алонсо, Хосе; Бартошек, Ларри; Конрад, Джанет (май 2018 г.). «Оптимизация 8 Выход Li для нейтринного эксперимента IsoDAR». Journal of Instrumentation . 14 (3): 03001. arXiv : 1805.00410 . doi : 10.1088/1748-0221/14/03/P03001 . S2CID   55756525 .
  21. ^ «Новый ускоритель частиц призван раскрыть тайны причудливых атомных ядер» . 15 ноября 2021 г.
  22. ^ Моригучи, Т.; Одзава, А.; Ишимото, С.; Абэ, Ю.; Фукуда, М.; Хатиума, И.; Ишибаси, Ю.; Ито, Ю.; Кубоки, Т.; Ланц, М.; Нагаэ, Д.; Намихира, К.; Нисимура, Д.; Оцубо, Т.; Ооиси, Х.; Суда, Т.; Сузуки, Х.; Сузуки, Т.; Такечи, М.; Танака, К.; Ямагучи, Т. (16 августа 2013 г.). «Распределение плотности 11 Li, полученное на основе измерений сечения реакции» . Физический обзор C . 88 (2): 024610. Бибкод : 2013PhRvC..88b4610M . дои : 10.1103/PhysRevC.88.024610 .
  23. ^ Браун, Б. Алекс (13 декабря 2010 г.). «Островки прозрения на ядерной карте» . Физика . 3 (25): 104. arXiv : 1010.3999 . doi : 10.1103/PhysRevLett.105.252501 . ПМИД   21231582 . S2CID   43334780 .
[ редактировать ]

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

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: bf4cfc794457bf23a1145786e087b0b4__1721081760
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/bf/b4/bf4cfc794457bf23a1145786e087b0b4.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Isotopes of lithium - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)