Ізотопи літію

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), а не лише в зорях, у кількості не більш як 10⁻⁹ від усіх елементів. Деяка кількість ізотопу ⁶Li, принаймні в десять тисяч разів менша, ніж ⁷Li, також утворилася в первинному нуклеосинтезі. 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 (через ⁸Be).

Розділення ізотопів

Розділення colex

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 перегонка

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-4

Ядро літію-4 містить три протони і один нейтрон. Це найбільш короткоживучий з відомих ізотопів літію, з періодом напіврозпаду близько Шаблон:Val секунди. Внаслідок протонного розпаду він розпадається до гелію-3. Крім того, літій-4 може утворитися як проміжний продукт в деяких реакціях ядерного синтезу.

Літій-6

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. Шаблон:Джерело?, але значна його кількість залишилася на їхніх складах. Літій-6 є одним із лише трьох стабільних ізотопів, спін яких дорівнює 1, і його ядро має найменший ненульовий електричний квадрупольний момент зі всіх елементів.

Літій-7

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 Пенсільванії, 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.

Літій-7 використовують. як один із компонентів розплавленого Шаблон:Не перекладено в реакторах на розплавах солей. Великий ефективний поперечний переріз захоплення нейтронів літію-6 (близько 940 барн) 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.

Літій-11

Припускають, що ядро літію-11 Шаблон:Нп. Ядро складається з трьох протонів і дев'яти нейтронів, два з яких утворюють 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-12

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.

Таблиця

Символ ізотопу	Z(p)	N(n)	Маса ізотопу (u)	Період напіврозпаду	Типи розпаду	Дочірні ізотопи	Спін і парність ядра	Поширеність ізотопу в природі (мольна частка)	Діапазон розподілу в природі (мольна частка)
	Енергія збудження
Шаблон:Нуклід	3	1	Шаблон:Val	Шаблон:Val [[[:Шаблон:Val]]]	p	[[Гелій-3|Шаблон:Нуклід]]
Шаблон:Нуклід	3	2	Шаблон:Val	Шаблон:Val [~Шаблон:Val]	p	[[Гелій-4|Шаблон:Нуклід]]	3/2−
Шаблон:Нуклід	3	3	Шаблон:Val	Стабільний			1+	[[[:Шаблон:Val]]]	Шаблон:Val–Шаблон:Val
Шаблон:Нуклід	3	4	Шаблон:Val	Стабільний			3/2−	[[[:Шаблон:Val]]]	Шаблон:Val–Шаблон:Val
Шаблон:Нуклід	3	5	Шаблон:Val	Шаблон:Val	β−	Шаблон:Нуклід	2+
Шаблон:Нуклід	3	6	Шаблон:Val	Шаблон:Val	β−, n (50.8%)	Шаблон:Нуклід	3/2−
					β− (49.2%)	Шаблон:Нуклід
Шаблон:Нуклід	3	7	Шаблон:Val	Шаблон:Val [[[:Шаблон:Val]]]	n	Шаблон:Нуклід	(1−,2−)
Шаблон:Нуклід	Шаблон:Val			Шаблон:Val			1+
Шаблон:Нуклід	Шаблон:Val			Шаблон:Val			2+
Шаблон:Нуклід	3	8	Шаблон:Val	Шаблон:Val	β−, n (84.9%)	Шаблон:Нуклід	3/2−
					β− (8.07%)	Шаблон:Нуклід
					β−, 2n (4.1%)	Шаблон:Нуклід
					β−, 3n (1.9%)	Шаблон:Нуклід
					β−, α (1.0%)	Шаблон:Нуклід, Шаблон:Нуклід
					β−, поділ (.014%)	Шаблон:Нуклід, [[тритій|Шаблон:Нуклід]]
					β−, поділ (.013%)	Шаблон:Нуклід, [[дейтерій|Шаблон:Нуклід]]
Шаблон:Нуклід	3	9	Шаблон:Val#	<Шаблон:Val	n	Шаблон:Нуклід

Нотатки

• 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 Шаблон:Math і Шаблон:Math). 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 розпаду

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{4}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{9}\mathrm{1}\mathrm{y}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{1}}\mathrm{H}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{5}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{3}\mathrm{7}\mathrm{0}\mathrm{y}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{1}}\mathrm{H}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{8}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{4}\mathrm{0}\mathrm{.}\mathrm{3}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{8}}\mathrm{B}\mathrm{e}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{9}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{1}\mathrm{7}\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{3}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{8}}\mathrm{B}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{9}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{1}\mathrm{7}\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{3}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{9}}\mathrm{B}\mathrm{e}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{2}\mathrm{z}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{9}}\mathrm{L}\mathrm{i}+{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{B}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{B}\mathrm{e}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{9}}\mathrm{B}\mathrm{e}+\mathrm{2}{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{8}}\mathrm{B}\mathrm{e}+\mathrm{3}{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{7}}\mathrm{H}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{8}}\mathrm{L}\mathrm{i}+{}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{3}}\mathrm{H}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{\mathrm{8}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{5}\mathrm{m}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{9}}\mathrm{L}\mathrm{i}+{}_{\mathrm{1}}^{\mathrm{2}}\mathrm{H}+\mathrm{e}{}_{}^{\mathrm{-}}$

${}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{2}}\mathrm{L}\mathrm{i}\stackrel{<\mathrm{1}\mathrm{0}\mathrm{n}\mathrm{s}}{\to }{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{1}\mathrm{1}}\mathrm{L}\mathrm{i}+{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}$

Джерела

• Маси ізотопів взяті з:
  • Шаблон:Cite journal
• Кількісні співвідношення ізотопів і стандартні атомні маси взяті з:
  • Шаблон:Cite journal
  • Шаблон:Cite journal
• Період напіврозпаду, спін, і дані ізомерів взяті з:
  • Шаблон:Cite journal
  • Шаблон:Cite web
  • Шаблон:Cite book