Природниот литиум (3 Li) е составен од два стабилни изотопи, литиум-6 (6 Li) и литиум-7 (7Li), при што вториот е многу позастапен на Земјата. И двата природни изотопи имаат неочекувано ниска јадрена енергија на сврзување по нуклеон (5.332,3312 ± (3) keV за 6Li и 5.606,4401 ± (6) keV за 7Li) во споредба со соседните полесни и потешки елементи, хелиум (7.073,9156 ± (4) keV за хелиум-4) и берилиум (6.462,6693 ± (85) keV за берилиум-9). Најдолговечниот радиоизотоп на литиум е 8Li, кој има полураспад од само 838,7 ± (3). 9Li има полураспад од 178,2 ± (4) ms, а 11Li има полураспад од 8,75 ± (6) ms. Сите преостанати изотопи на литиум имаат полураспад кој е пократок од 10 наносекунди. Најкраткиот познат изотоп на литиум е 4Li, кој се распаѓа со протонска емисија со полураспад од околу 91 ± (9) јоктосекунди (9,1 ± (9) s ), иако полураспадот на 3Li допрва треба да се одреди, и веројатно ќе биде многу пократок, како 2He (хелиум-2, дипротон) кој е подложен на емисија на протон во рок од10-9 секунди.
И 7Li и 6Li се два од првобитни нуклиди кои биле произведени во Големата експлозија, со 7Li да биде 10 -9 од сите првобитните нуклиди, а 6Li околу 10 -13. [3] Познато е и дека мал процент од 6Li се произведуваат со јадрени реакции кај одредени ѕвезди. Изотопите на литиум донекаде се одвојуваат за време на различни геолошки процеси, вклучително и формирање на минерали (хемиски врнежи и јонска размена). Литиумските јони го заменуваат магнезиумот или железото на одредени октаедрални места во глините, а литиум-6 понекогаш се претпочита над 7Li. Ова резултира со одредено збогатување на 6Li во геолошките процеси.
Двата изотопи 6Li и 7Li покажуваат ефект на јадрена магнетна резонанца, и покрај тоа што се четириполарни (со јадрени вртења од 1+ и 3/2−). 6Li има поостри линии, но поради помалото изобилство бара почувствителна спектроскопија на јадрена магнетна резонанца. 7Li е пообилен, но има пошироки линии поради неговиот поголем јадрен спин. Опсегот на хемиски поместувања е ист за двете јадра и се наоѓа во рамките на +10 (за LiNH<sub id="mwXA">2</sub> во течен NH3 ) и -12 (за Li+ во фулерид). [4]
↑( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
↑# – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
↑Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.
↑( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.
↑# – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).
Одвојување на изотопи
Одвојување преку КОЛЕКС
Литиум-6 пооедува поголема сила од литиум-7 за елементот жива. Кога амалгам од литиум и жива се додава во растворите што содржат литиум хидроксид, литиум-6 станува поконцентриран во амалгамот, а литиум-7 повеќе во растворот на хидроксид.
Методот на раздвојување колекс го користи ова преку поминување контрапроток на амалгам и хидроксид низ каскада од фази. Делот од литиум-6 е преференцијално исцеден од живата, но литиум-7 тече најмногу со хидроксидот. На дното на столбот, литиумот (збогатен со литиум-6) се одвојува од амалгамот, а живата се обновува за повторно да се искористи со свежа суровина. На врвот, растворот на литиум хидроксид се електролизира за да се ослободи фракцијата литиум-7. Збогатувањето добиено со овој метод варира во зависност од должината на столбот и брзината на проток.
Други методи
Во техниката на вакуумска дестилација, литиумот се загрева до температура од околу 550 во вакуум. Атомите на литиум испаруваат од површината на течноста и се собираат на ладна површина поставена неколку сантиметри над површината на течноста.[8] Бидејќи атомите на литиум-6 имаат поголема средна слободна патека, тие се собираат преференцијално. Теоретската ефикасност на раздвојување на овој метод е околу 8,0 проценти. Може да се употреби повеќестепен процес за да се добијат повисоки степени на раздвојување.
Изотопите на литиумот, во принцип, можат да се одвојат и преку електрохемиски метод и дестилирана хроматографија, кои моментално се во развој.[9]
Литиум-3
Литиум-3, познат и како трипротон, би се состоел од три протони и нула неутрони. Тој бил пријавен како неврзан протон во 1969 година, но овој резултат не бил прифатен и затоа неговото постоење не е докажано. [10] Нема други резонанци кои се припишуваат на 3 Li и се пријавени, и се очекува да се распадне со брза протонска емисија (слично како дипротонот, 2 He ). [11]
Литиум-4
Литиум-4 содржи три протони и еден неутрон. Тој е најкраткиот познат изотоп на литиум, со полураспад од 91 ± (9) (9,1 ± (9)) и се распаѓа со протонска емисија до хелиум-3. [12] Литиум-4 може да се формира како посредник во некои реакции на јадрено соединување.
Литиум-6
Литиум-6 е вреден како изворен материјал за производство на тритиум (водород-3) и како апсорбер на неутрони во реакциите на јадрено соединување. Помеѓу 1,9% и 7,8% од копнениот литиум во нормалните материјали се состои од литиум-6, а остатокот е литиум-7. Големи количества литиум-6 се одвоени за ставање во термојадрено оружје. Одвојувањето на литиум-6 досега престанало во големите термојадрени сили но залихите од него остануваат во овие земји.
Реакцијата на јадрено соединување на деутериум-тритиум е испитана како можен извор на енергија, бидејќи моментално е единствената реакција на соединување со доволно излезна енергија за изводлива имплементација. Во овој контекст, литиум збогатен со литиум-6 ќе биде потребен за да се генерираат потребните количини на тритиум. Ресурсите на литиум од минерали и саламура се потенцијален ограничувачки фактор во ова сценарио, но на крајот може да се користи и морската вода. [13] Реакторите за тешка вода под притисок, како што е CANDU, произведуваат мали количества тритиум во нивната течност за ладење/модератор од апсорпција на неутрони и тоа понекогаш се извлекува како алтернатива на употребата на литиум-6.
Литиум-6 е еден од четирите стабилни изотопи со спин од 1, а другите се деутериум, бор-10 и азот-14, [14] и го има најмалиот ненулти јадрен електричен четириполен момент од кое било стабилно јадро.
Литиум-7
Литиум-7 е убедливо најзастапениот изотоп на литиум, кој сочинува помеѓу 92,2% и 98,1% од целиот копнеен литиум. Атомот на литиум-7 содржи три протони, четири неутрони и три електрони. Поради неговите јадрени својства, литиум-7 е поредок од хелиумот, јаглеродот, азот или кислородот во Вселената, иако последните три имаат потешки јадра. Термојадрениот тест Касл Браво во голема мера го надминал очекуваниот принос поради неточни претпоставки за јадрените својства на литиум-7.
Индустриското производство на литиум-6 резултира со отпаден производ кој е збогатен со литиум-7 и осиромашен со литиум-6. Овој материјал се продава комерцијално, а дел од него е пуштен во животната средина. Релативното изобилство на литиум-7, дури 35% поголемо од природната вредност, било измерено во подземните води во карбонатниот водоносен слој под Западната Долина во Пенсилванија, кој е низводно од фабрика за преработка на литиум. Изотопскиот состав на литиумот во нормалните материјали може да варира малку во зависност од неговото потекло, што ја одредува неговата релативна атомска маса во изворниот материјал. Точна релативна атомска маса за примероци на литиум не може да се измери за сите извори на литиум.
Литиум-7 се употребува како дел од стопениот литиум флуорид во реактори со стопена сол: јадрени реактори со течен флуорид. Големиот пресек на јадрено впивање на литиум-6 (околу 940 барни[15]) во споредба со многу малиот неутронски пресек на литиум-7 (околу 45 милибарни) го прави големото одвојување на литиум-7 од природниот литиум како силен услов за можна употреба во реакторите со литиум флуорид.
Литиум-7 хидроксид се употребува за алкализација на течноста за ладење во реактори за вода под притисок.
Произведен е дел од литиум-7, за неколку пикосекунди, кој содржи ламбда честичка во своето јадро, додека атомското јадро генерално се смета дека содржи единствено неутрони и протони. [16]
Литиум-8
Литиум-8 е предложен како извор на 6,4 MeV електронски антинеутрина генерирани од инверзното бета-распади до Берилиум-8. Соработката за честичната физика ISODAR опишува модел за генериран литиум-8 за итно распаѓање со бомбардирање на стабилен литиум-7 со 60 MeV протони создадени од забрзувач на циклотронскичестички. [17]
Литиум-11
Литиум-11 претставува ореолно јадро кое се состои од јадро на литиум-9 опкружено со два лабаво поврзани неутрони; и двата неутрони мора да бидат присутни за да може овој систем да биде врзан, што доведува до описот како „Боромејско јадро“. [18] Додека полупречникот на протонскиот корен-среден квадрат од 11Li е 2,18+0,16 0,21, неговиот неутронски полупречник е многу поголем на 3,34+0,02 0,08 ; за споредба, соодветните бројки за 9Li се 2,076 ± 0,037 за протоните и 2,4 ± 0,03 за неутроните. [19] Се распаѓа со бета емисија и неутронска емисија на 10 Be , 11 Be , или 9 Be (погледни табели погоре и подолу). Имајќи волшебен број од 8 неутрони, литиум-11 се наоѓа на првиот од петте познати острови на инверзија, што го објаснува неговиот подолг полураспад во споредба со соседните јадра. [20]
Литиум-12
Литиум-12 има значително пократок полураспад. Се распаѓа со емисија на неутрони на 11 Li , кој се распаѓа како што е споменато погоре.
Синџири за распаѓање
Додека β− распаѓањето во изотопи на берилиум (често комбинирано со единечна или повеќекратна неутронска емисија) е доминантно кај потешките изотопи на литиум, 10 Li и 12 Li распаѓање преку неутронска емисија на 9 Li и 11 Li соодветно поради нивните местоположби надвор од линијата за капнување на неутроните. Литиум-11, исто така, е забележано дека се распаѓа преку повеќе форми на цепење. Изотопи полесни од 6 Li се распаѓаат исклучиво со протонска емисија, бидејќи тие се надвор од линијата за капнување на протонот. Начините на распаѓање на двата изомери од 10 Li се непознати.
↑Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021). „The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*“. Chinese Physics C. 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
Lewis, G. N.; MacDonald, R. T. (1936). „The Separation of Lithium Isotopes“. Journal of the American Chemical Society. 58 (12): 2519–2524. Bibcode:1936JAChS..58.2519L. doi:10.1021/ja01303a045.
_NIST_ASD_emission_spectrum.png)
![{\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {^{4}_{3}Li->[91~{\ce {ys}}]{^{3}_{2}He}+{^{1}_{1}H}}}\\{\ce {^{5}_{3}Li->[370~{\ce {ys}}]{^{4}_{2}He}+{^{1}_{1}H}}}\\{\ce {^{8}_{3}Li->[838.7~{\ce {ms}}]{^{8}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{9}_{3}Li->[178.2~{\ce {ms}}]{^{8}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{9}_{3}Li->[178.2~{\ce {ms}}]{^{9}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{10}_{3}Li->[2~{\ce {zs}}]{^{9}_{3}Li}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{10}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{11}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{9}_{4}Be}+2{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{8}_{4}Be}+3{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{7}_{2}He}+{^{4}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{8}_{3}Li}+{^{3}_{1}H}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{9}_{3}Li}+{^{2}_{1}H}+e^{-}}}\\{\ce {^{12}_{3}Li->{^{11}_{3}Li}+{^{1}_{0}n}}}\\{}\end{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/49225bb422528a4887279d73972c98b4d7851459)
