Izotopy lithia - Isotopes of lithium
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Květen 2018) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
6Obsah Li může být až 1,9% komerční vzorky. 7Li by tedy mají obsah až 98,1%. | ||||||||||||||||||||||||
Standardní atomová hmotnost Ar, standardní(Li) |
| |||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Přirozeně se vyskytující lithium (3Li) se skládá ze dvou stabilní izotopy, lithium-6 a lithium-7, přičemž druhý z nich je mnohem hojnější: přibližně 92,5 procent atomy. Oba přirozené izotopy mít neočekávaně nízkou hodnotu jaderná vazebná energie za nukleon (~5.3 MeV ) ve srovnání s přilehlými lehčími a těžšími prvky, hélium (~ 7,1 MeV) a berylium (~ 6,5 MeV). Nejdelší život radioizotop lithia je lithium-8, které má a poločas rozpadu pouhých 839,4 milisekundy. Lithium-9 má poločas 178,3 milisekund a lithium-11 poločas asi 8,75 milisekund. Všechny zbývající izotopy lithia mají poločasy kratší než 10 nanosekundy. Nejkratší známý izotop lithia je lithium-4, které se rozpadá emise protonů s poločasem asi 9.1×10−23 sekundy, i když poločas lithia-3 je ještě třeba určit a je pravděpodobné, že bude mnohem kratší, jako helium-2 (diproton), které prochází protonovým rozpadem uvnitř 10−9 s.
Lithium-7 a lithium-6 jsou dva z prvotní nuklidy které byly vyrobeny v Velký třesk, přičemž lithium-7 bude 10−9 všech prvotních nuklidů a množství lithia-6 kolem 10−13.[2] Je také známo, že malé procento lithia-6 produkuje jaderné reakce v určitých hvězdách. Izotopy lithia se poněkud oddělují během různých geologický procesy, včetně tvorby minerálů (chemické srážení a iontová výměna ). Vyměňte lithiové ionty hořčík nebo žehlička v některých oktaedrální umístění v jíly a lithium-6 je někdy výhodnější než lithium-7. To má za následek určité obohacení lithia-7 v geologických procesech.
Lithium-6 je důležitým izotopem nukleární fyzika protože když je bombardován neutrony, tritium se vyrábí.

Seznam izotopů
Nuklid[3] [n 1] | Z | N | Izotopová hmota (Da )[4] [č. 2][č. 3] | Poločas rozpadu [šířka rezonance ] | Rozklad režimu [č. 4] | Dcera izotop [č. 5] | Roztočit a parita [č. 6][č. 7] | Přirozená hojnost (molární zlomek) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Budicí energie | Normální poměr | Rozsah variací | |||||||
3 Li | 3 | 0 | 3.030775#[5] | p | 2 On | ||||
4 Li | 3 | 1 | 4.02719(23) | 91(9)×10−24 s [6,03 MeV] | p | 3 On | 2− | ||
5 Li | 3 | 2 | 5.01254(5) | 370(30)×10−24 s [~1,5 MeV] | p | 4 On | 3/2− | ||
6 Li [č. 8] | 3 | 3 | 6.0151228874(15) | Stabilní | 1+ | 0.0759(4) | 0.07225–0.07714 | ||
6 m Li | 35620,88 (10) keV | 5.6(14)×10−17 s | TO | 6 Li | 0+ | ||||
7 Li [č. 9] | 3 | 4 | 7.016003437(5) | Stabilní | 3/2− | 0.9241(4) | 0.92275–0.92786 | ||
8 Li | 3 | 5 | 8.02248625(5) | 839,40 (36) ms | β− | 8 Být [č. 10] | 2+ | ||
9 Li | 3 | 6 | 9.02679019(20) | 178,3 (4) ms | β−, n (50.8%) | 8 Být [č. 11] | 3/2− | ||
β− (49.2%) | 9 Být | ||||||||
10 Li | 3 | 7 | 10.035483(14) | 2.0(5)×10−21 s [1,2 (3) MeV] | n | 9 Li | (1−, 2−) | ||
10m1 Li | 200 (40) keV | 3.7(15)×10−21 s | 1+ | ||||||
10m2 Li | 480 (40) keV | 1.35(24)×10−21 s | 2+ | ||||||
11 Li [č. 12] | 3 | 8 | 11.0437236(7) | 8,75 (14) ms | β−, n (86,3%) | 10 Být | 3/2− | ||
β− (5.978%) | 11 Být | ||||||||
β−, 2n (4,1%) | 9 Být | ||||||||
β−, 3n (1,9%) | 8 Být [č. 13] | ||||||||
β−, α (1,7%) | 7 On , 4 On | ||||||||
β−, štěpení (0,009%) | 8 Li , 3 H | ||||||||
β−, štěpení (0,013%) | 9 Li , 2 H | ||||||||
12 Li | 3 | 9 | 12.05261(3) | <10 ns | n | 11 Li | |||
13 Li | 3 | 10 | 13.06117(8) | 3.3(12)×10−21 s | 2n | 11 Li | 3/2−# |
- ^ mLi - nadšený jaderný izomer.
- ^ () - Nejistota (1σ) je uveden v stručné formě v závorkách za odpovídajícími posledními číslicemi.
- ^ # - Atomic mass checked #: hodnota a nejistota odvozené nikoli z čistě experimentálních údajů, ale alespoň částečně z trendů z Mass Surface (TMS ).
- ^ Režimy rozpadu:
TO: Izomerní přechod n: Emise neutronů p: Protonová emise - ^ Tučný symbol jako dcera - dcera produkt je stabilní.
- ^ () hodnota rotace - označuje rotaci se slabými argumenty přiřazení.
- ^ # - Hodnoty označené # nejsou čistě odvozeny z experimentálních údajů, ale alespoň částečně z trendů sousedních nuklidů (TNN ).
- ^ Jedna z mála stájí lichá-lichá jádra
- ^ Vyrobeno v Nukleosyntéza velkého třesku a tím spalace kosmického záření
- ^ Okamžitě se rozpadá na dvě části α-částice za čistou reakci 8Li → 24On + e−
- ^ Okamžitě se rozpadá na dvě α-částice pro čistou reakci 9Li → 24On + 1n + e−
- ^ Má 2 svatozář neutrony
- ^ Okamžitě se rozpadá na dvě části 4On atomy pro čistou reakci 11Li → 24On + 31n + e−
- V ochuzeném lithiu (s 6Li odstraněn), relativní množství lithia-6 lze snížit na pouhých 20 procent jeho normální hodnoty, což dává naměřenou atomovou hmotnost v rozmezí od 6,94 Da do 7,00 Da.
Izotopová separace
Separace Colexu
Lithium-6 má větší afinitu než lithium-7 k živel rtuť. Když se do roztoků obsahujících amalgám lithia a rtuti přidá hydroxid lithný, lithium-6 se stává koncentrovanějším v amalgámu a lithium-7 více v roztoku hydroxidu.
Colex (plkumn napřseparační metoda to využívá tak, že protéká proti proudu amalgámu a hydroxidu kaskádou stupňů. The zlomek lithia-6 je přednostně odváděno rtutí, ale lithium-7 proudí většinou hydroxidem. Ve spodní části kolony se lithium (obohacené lithiem-6) oddělí od amalgámu a rtuť se získá zpět být znovu použit s čerstvým surovina. Nahoře je roztok hydroxidu lithného elektrolyzovaný k uvolnění frakce lithia-7. Obohacení získané touto metodou se liší podle délky kolony a rychlosti toku.
Vakuová destilace
Lithium se zahřívá na teplotu asi 550 ° C° C v vakuum. Atomy lithia se odpařují z povrchu kapaliny a shromažďují se na studeném povrchu umístěném několik centimetrů nad povrchem kapaliny. Vzhledem k tomu, že atomy lithia-6 mají větší znamená volnou cestu, jsou shromažďovány přednostně.
Teoretická účinnost separace je asi 8,0 procenta. K dosažení vyšších stupňů separace lze použít vícestupňový proces.
Lithium-3
Lithium-3, také známý jako triproton, by se skládala ze tří protony a nula neutrony. Bylo hlášeno jako proton nevázaný v roce 1969, ale tento výsledek nebyl přijat a jeho existence je tak neprokázaná.[6] Žádná jiná rezonance lze přičíst 3Li byly hlášeny a očekává se, že se rychle rozpadnou emise protonů (podobně jako diproton, 2On).[7]
Lithium-4
Lithium-4 obsahuje tři protony a jeden neutron. Jedná se o nejkratší známý izotop lithia s poločasem asi 91 yoktosekund, 9.1×10−23 sekund a rozpadá se protonovou emisí na helium-3.[5] U některých může být lithium-4 vytvořeno jako meziprodukt jaderná fůze reakce.
Lithium-6
Lithium-6 je cenný jako výchozí materiál pro výrobu tritium (vodík-3) a jako absorbér neutronů při reakcích jaderné fúze. Přírodní lithium obsahuje asi 7,5 procent lithia-6, zbytek tvoří lithium-7. Velké množství lithia-6 bylo odděleno pro umístění do vodíkové bomby. Separace lithia-6 již ve velkém přestala termonukleární pravomoci[Citace je zapotřebí ], ale jeho zásoby v těchto zemích zůstávají.
The D-T fúze reakce (mezi deuterium a tritium) byl zkoumán jako možný zdroj energie, protože je to v současné době jediná fúzní reakce s dostatečným výdejem energie pro proveditelnou implementaci. V tomto scénáři by bylo zapotřebí obohacené lithium-6, aby se vytvořilo potřebné množství tritia. Množství lithia-6 je v tomto scénáři potenciálním limitujícím faktorem, i když mohou být použitelné i jiné zdroje lithia (například mořská voda).[8]
Lithium-6 je jedním z pouhých tří stabilních izotopů s a roztočit z 1, ostatní jsou deuterium a dusík-14,[9]a má nejmenší nenulovou jadernou elektřinu kvadrupólový moment jakéhokoli stabilního jádra.
Lithium-7
Lithium-7 je zdaleka nejhojnějším izotopem a tvoří asi 92,5 procenta veškerého přírodního lithia. Atom lithia-7 obsahuje tři protony, čtyři neutrony a tři elektrony. Kvůli svým jaderným vlastnostem je lithium-7 méně časté než hélium, berylium, uhlík, dusík nebo kyslík ve vesmíru, přestože poslední čtyři jsou těžší jádra.
Výsledkem průmyslové výroby lithia-6 je odpadní produkt, který je obohacen o lithium-7 a ochuzen o lithium-6. Tento materiál byl komerčně prodán a část z něj byla uvolněna do životního prostředí. Relativní množství lithia-7, které je až o 35 procent vyšší než přirozená hodnota, bylo naměřeno v podzemní vodě v uhličitanové zvodnělé vrstvě pod potokem West Valley Creek Pensylvánie, který je po proudu od závodu na zpracování lithia. V ochuzeném lithiu lze relativní množství lithia-6 snížit na pouhých 20 procent jeho nominální hodnoty, což dává atomová hmotnost za vybité[je zapotřebí objasnění ] lithium, které se může pohybovat od přibližně 6,94Da do přibližně 7,00 Da. Izotopové složení lithia se tedy může poněkud lišit v závislosti na jeho zdroji. Přesnou atomovou hmotnost vzorků lithia nelze měřit pro všechny zdroje lithia.[10]
Lithium-7 se používá jako součást roztavené látky fluorid lithný v reaktory s roztavenou solí: kapalný-fluorid jaderné reaktory. Ten velký průřez absorpce neutronů lithia-6 (přibližně 940 stodoly[11]) ve srovnání s velmi malým průřezem neutronů lithia-7 (asi 45 milibarny ) činí vysokou separaci lithia-7 od přírodního lithia silným požadavkem na možné použití v reaktorech na fluorid lithný.
Hydroxid lithný se používá pro alkalizující chladicí kapaliny dovnitř tlakovodní reaktory.[12]
Po několik pikosekund bylo vyrobeno určité množství lithia-7, které obsahuje a lambda částice ve svém jádře, zatímco o atomovém jádru se obecně předpokládá, že obsahuje pouze neutrony a protony.[13][14]
Lithium-11
Lithium-11 je myšlenka vlastnit a halo jádro skládající se z jádra tří protonů a osmi neutronů, z nichž dva jsou v jaderné halo. Má výjimečně velký průřez 3,16 fm2, srovnatelné s 208Pb. Rozkládá se o emise beta na 11Být, který se pak rozkládá několika způsoby (viz tabulka níže).
Lithium-12
Lithium-12 má podstatně kratší poločas kolem 10 nanosekund. Rozkládá se neutronovou emisí na 11Li, který se rozpadá, jak je uvedeno výše.
Řetězy rozpadu
Zatímco β− rozpadat se do izotopy berýlia (často v kombinaci s emisemi jednoho nebo více neutronů) převládá u těžších izotopů lithia, 10Li a 12Li se rozpadá prostřednictvím neutronové emise do 9Li a 11Li, respektive kvůli jejich pozicím za neutronem odkapávací potrubí. Bylo také pozorováno, že lithium-11 se rozpadá prostřednictvím různých forem štěpení. Izotopy lehčí než 6Li se rozpadají výlučně emisemi protonů, protože jsou mimo linii odkapávání protonů. Režimy rozpadu dvou izomerů 10Li nejsou známy.
Viz také
Reference
- ^ Meija, Juris; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)“. Čistá a aplikovaná chemie. 88 (3): 265–91. doi:10.1515 / pac-2015-0305.
- ^ Fields, Brian D. (2011). „Prvotní lithiový problém“. Výroční přehled jaderné a částicové vědy. 61 (1): 47–68. arXiv:1203.3551. Bibcode:2011ARNPS..61 ... 47F. doi:10.1146 / annurev-nucl-102010-130445. S2CID 119265528.
- ^ Poločas rozpadu, režim rozpadu, jaderný spin a izotopové složení pocházejí z:
Audi, G .; Kondev, F. G .; Wang, M .; Huang, W. J .; Naimi, S. (2017). „Hodnocení jaderných vlastností NUBASE2016“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. - ^ Wang, M .; Audi, G .; Kondev, F. G .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Xu, X. (2017). „Hodnocení atomové hmotnosti AME2016 (II). Tabulky, grafy a odkazy“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030003-1–030003-442. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
- ^ A b „Izotopy lithia“. Citováno 20. října 2013.
- ^ Audi, G .; Kondev, F. G .; Wang, M .; Huang, W. J .; Naimi, S. (2017). „Hodnocení jaderných vlastností NUBASE2016“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030001–21. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
- ^ Purcell, J. E .; Kelley, J. H .; Kwan, E .; Sheu, C. G .; Weller, H. R. (2010). „Energetické úrovně světelných jader (A = 3)" (PDF). Jaderná fyzika A. 848 (1): 1. Bibcode:2010NuPhA.848 ... 1P. doi:10.1016 / j.nuclphysa.2010.08.012.
- ^ Bradshaw, A.M .; Hamacher, T .; Fischer, U. (2010). „Je jaderná fúze udržitelnou formou energie?“ (PDF). Fusion Engineering and Design. 86 (9): 2770–2773. doi:10.1016 / j.fusengdes.2010.11.040. hdl:11858 / 00-001M-0000-0026-E9D2-6.
- ^ Chandrakumar, N. (2012). Spin-1 NMR. Springer Science & Business Media. p. 5. ISBN 9783642610899.
- ^ Coplen, Tyler B .; Hopple, J. A .; Böhlke, John Karl; Peiser, H. Steffen; Rieder, S.E .; Krouse, H. R .; Rosman, Kevin J. R .; Ding, T .; Vocke, R. D., Jr.; Révész, K. M .; Lamberty, A .; Taylor, Philip D. P .; De Bièvre, Paul; "Kompilace minimálního a maximálního poměru izotopů vybraných prvků v přirozeně se vyskytujících suchozemských materiálech a činidlech", Zpráva o vyšetřování vodních zdrojů z amerického geologického průzkumu 01-4222 (2002). Jak je uvedeno v T. B. Coplen; et al. (2002). „Varianty hojnosti izotopů vybraných prvků (technická zpráva IUPAC)“ (PDF). Čistá a aplikovaná chemie. 74 (10): 1987–2017. doi:10.1351 / pac200274101987. S2CID 97223816.
- ^ Holden, Norman E. (leden – únor 2010). „Dopad vyčerpání 6Li na standardní atomové hmotnosti lithia ". Chemistry International. Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii. Citováno 6. května 2014.
- ^ Správa kritických izotopů: K zajištění stabilního zásobování je zapotřebí správcovství lithia-7, GAO-13-716 // Úřad odpovědnosti vlády USA, 19. září 2013; pdf
- ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks: A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. 234–239. ISBN 978-0-19-850340-8.
- ^ Brumfiel, Geoff (1. března 2001). „Neuvěřitelné smršťovací jádro“. Zaměření na fyzickou kontrolu. 7. doi:10.1103 / PhysRevFocus.7.11.
externí odkazy
Lewis, G. N .; MacDonald, R. T. (1936). „Oddělení izotopů lithia“. Journal of the American Chemical Society. 58 (12): 2519–2524. doi:10.1021 / ja01303a045.