Изотопы лития
Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2018 г. ) |
| |||||||||||||||||||||
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 ] | 2н | 11 Что | 3/2−# | ||||||||||||
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы: |
- ^ м Li – Возбужденный ядерный изомер .
- ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) указывается в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # - Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не на основе чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе трендов поверхности массы (TMS).
- ^ Режимы распада:
ЭТО: Изомерный переход н: Нейтронная эмиссия п: Протонная эмиссия - ^ Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
- ^ ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
- ^ Открытие этого изотопа не подтверждено.
- ^ Перейти обратно: а б Показанный режим распада энергетически разрешен, но экспериментально не наблюдался в этом нуклиде.
- ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер.
- ^ Произведено в результате нуклеосинтеза Большого взрыва и расщепления космическими лучами.
- ^ Сразу распадается на две α-частицы с итоговой реакцией 8 Какой → 2 4 Это + е −
- ^ Сразу распадается на две α-частицы с итоговой реакцией 9 Какой → 2 4 Он + 1 п + е −
- ^ Имеет 2 гало- нейтрона .
- ^ 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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 ]- Космологическая проблема лития
- Дилитий – двухатомная молекула
- Ядро гало
- Горение лития - процесс, при котором литий расходуется в звезде.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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 .
- ^ «Стандартные атомные массы: литий» . ЦИАВ . 2009.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ «(Li) Литий ЯМР» .
- ^ 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 .
- ^ Перейти обратно: а б «Атомный вес лития» . ciaaw.org . Проверено 21 октября 2021 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ «Изотопы лития» . Проверено 20 октября 2013 г.
- ^ 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 .
- ^ Чандракумар, Н. (2012). Спин-1 ЯМР . Springer Science & Business Media. п. 5. ISBN 9783642610899 .
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Управление критическими изотопами: управление литием-7 необходимо для обеспечения стабильных поставок, GAO-13-716 // Счетная палата правительства США , 19 сентября 2013 г.; PDF
- ^ Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны . Издательство Оксфордского университета. стр. 234–239. ISBN 978-0-19-850340-8 .
- ^ Брамфилд, Джефф (1 марта 2001 г.). «Невероятное сокращающееся ядро». Фокус физического обзора . Том. 7. дои : 10.1103/PhysRevFocus.7.11 .
- ^ 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 .
- ^ «Новый ускоритель частиц призван раскрыть тайны причудливых атомных ядер» . 15 ноября 2021 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]Льюис, Дж.Н.; Макдональд, RT (1936). «Разделение изотопов лития». Журнал Американского химического общества . 58 (12): 2519–2524. дои : 10.1021/ja01303a045 .