نظائر الليثيوم

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن مصادر:  "نظائر الليثيوم" – أخبار  · صحف  · كتب  · باحث  · JSTOR ( مايو 2018 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

نظائر الليثيوم ( 3Li  )_​

النظائر الرئيسية [1] فساد وفرة نصف العمر ( t 1/2 ) وضع منتج 6 لي [1.9%، 7.8%] مستقر 7 لي [92.2%، 98.1%] مستقر يحدث تباين كبير في العينات التجارية بسبب التوزيع الواسع للعينات المستنفدة في 6 Li.
الوزن الذري القياسي A r °(Li)
	[6.938 ، 6.997 ] [2] 6.94 ± 0.06  ( مختصر ) [3]
منظر يتحدث يحرر

يتكون الليثيوم الطبيعي ( _{3 Li) من} نظيرين مستقرين ، ليثيوم-6 ( ⁶ Li) وليثيوم-7 ( ⁷ Li)، حيث يكون الأخير أكثر وفرة على الأرض. يتمتع كلا النظيرين الطبيعيين بطاقة ربط نووية منخفضة بشكل غير متوقع لكل نوكليون (5 332 .3312(3) كيلو إلكترون فولت لـ ⁶ ليثيوم و5 606 .4401(6) كيلو إلكترون فولت لـ ⁷ Li) عند مقارنتها بالعناصر الأخف والأثقل المجاورة، الهيليوم (7 073 .9156(4) كيلو إلكترون فولت للهيليوم-4) والبيريليوم (6 462 .6693(85) كيلو إلكترون فولت للبيريليوم-9). أطول نظير مشع لليثيوم عمرًا هو ⁸ Li، والذي يبلغ نصف عمره فقط838.7(3)  مللي ثانية . ⁹ يبلغ عمر النصف للليثيوم178.2(4) مللي ثانية ، و ¹¹ ليتر له نصف عمر8.75(6) مللي ثانية . جميع النظائر المتبقية من الليثيوم لها عمر نصف أقصر من 10 نانوثانية . أقصر نظير معروف لليثيوم هو ⁴ Li، والذي يتحلل عن طريق انبعاث البروتون بعمر نصف يبلغ حوالي91(9) يوكتوثانية (9.1(9) × 10 ⁻²³  ثانية )، على الرغم من أن عمر النصف لـ ³ Li لم يتم تحديده بعد، ومن المرجح أن يكون أقصر بكثير، مثل ² He (هيليوم-2، ثنائي البروتون) الذي يخضع لانبعاث البروتون خلال10 ⁻⁹ ثانية.

كل من ⁷ Li و ⁶ Li هما اثنان من النويدات البدائية التي تم إنتاجها في الانفجار العظيم ، حيث يبلغ ^{7 Li 10 −9} من جميع النويدات البدائية، و ⁶ Li حوالي 10 ⁻¹³ . ^[4] ومن المعروف أيضًا أن نسبة صغيرة من ⁶ Li يتم إنتاجها من خلال التفاعلات النووية في بعض النجوم. تنفصل نظائر الليثيوم إلى حد ما أثناء مجموعة متنوعة من العمليات الجيولوجية ، بما في ذلك تكوين المعادن (الترسيب الكيميائي وتبادل الأيونات ). تحل أيونات الليثيوم محل المغنيسيوم أو الحديد في مواقع ثماني السطوح معينة في الطين ، ويفضل الليثيوم 6 أحيانًا على ⁷ Li. يؤدي هذا إلى بعض إثراء ⁶ Li في العمليات الجيولوجية.

في الفيزياء النووية ، يعتبر ^6Li نظيرًا مهمًا، لأنه عندما يتم قصفه بالنيوترونات ، ينتج التريتيوم .

يظهر كل من نظيري Li ⁶ و Li ^{7 تأثير} الرنين المغناطيسي النووي ، على الرغم من كونهما رباعي الأقطاب (مع دوران نووي 1+ و3/2−). يحتوي Li ⁶ على خطوط أكثر حدة، ولكن نظرًا لوفرة أقل، يتطلب مطياف NMR أكثر حساسية. Li ⁷ أكثر وفرة، ولكن لديه خطوط أوسع بسبب دورانه النووي الأكبر. نطاق التحولات الكيميائية هو نفسه لكلا النواتين ويقع في حدود +10 (بالنسبة لـ LiNH ₂ في السائل NH ₃ ) و-12 (بالنسبة لـ Li+ في الفوليريد ). ^[5]

نويدات [ن 1]	ز	ن	الكتلة النظيرية ( Da ) [6] [n 2] [n 3]	نصف العمر [1] [ عرض الرنين ]	وضع الاضمحلال [1] [n 4]	النظير الابنة [n 5]	الدوران والتكافؤ [1] [ n 6] [n 7]	الوفرة الطبيعية (الكسر المولي)
	طاقة الإثارة							النسبة الطبيعية [1]	نطاق التباين
3 لي [ن 8]	3	0	3.030 78 (215) #		ص  ؟ [ن 9]	2 هو  ؟	3/2−#
4 لي	3	1	4.027 19 (23)	91(9) سنة [5.06(52) ميجا إلكترون فولت	ص	3 هو	2-
5 لي	3	2	5.012 540 (50)	370(30) سنة [1.24(10) ميجا إلكترون فولت	ص	4 هو	3/2−
6 لي [ن 10]	3	3	6.015 122 8874 (15)	مستقر			1+	[0.019 ،0.078 ] [7]
6م لي	3 562 .88(10) كيلو إلكترون فولت			56(14) كما	هو - هي	6 لي	0+
7 لي [ن 11]	3	4	7.016 003 434 (4)	مستقر			3/2−	[0.922 ،0.981 ] [7]
8 لي	3	5	8.022 486 24 (5)	838.7(3) مللي ثانية	β −	8 يكون [ن 12]	2+
9 لي	3	6	9.026 790 19 (20)	178.2(4) مللي ثانية	β − ن (50.5(1.0)% )	8 يكون [ن 13]	3/2−
					β − (49.5(1.0)% )	9 يكون
10 لي	3	7	10.035 483 (14)	2.0(5) زس [0.2(1.2) ميجا إلكترون فولت	ن	9 لي	(1−، 2−)
10م1 لي	200(40) كيلو إلكترون فولت			3.7(1.5) زس	هو - هي		1+
10م2 لي	480(40) كيلو إلكترون فولت			1.35(24) زس [0.350(70) ميجا إلكترون فولت	هو - هي		2+
11 لي [ن 14]	3	8	11.043 7236 (7)	8.75(6) مللي ثانية	β − ن (86.3(9)% )	10 يكون	3/2−
					β − (6.0(1.0)% )	11 يكون
					β − 2n (4.1(4)% )	9 يكون
					β − 3n (1.9(2)% )	8 يكون [ن 15]
					β − α (1.7(3)% )	7 هو
					β − د (0.0130(13)% )	9 لي
					β − t (0.0093(8)% )	8 لي
12 لي	3	9	12.053 78 (107) #	< 10 نانوثانية	ن ؟ [ن 9]	11 لي  ؟	(1−، 2−)
13 لي	3	10	13.061 170 (80)	3.3(1.2) زس [0.2(9.2) ميجا إلكترون فولت	2ن	11 لي	3/2−#
رأس وتذييل الجدول: منظر

يتمتع الليثيوم-6 بتقارب أكبر من الليثيوم-7 لعنصر الزئبق . فعند إضافة ملغم من الليثيوم والزئبق إلى محاليل تحتوي على هيدروكسيد الليثيوم ، يصبح الليثيوم-6 أكثر تركيزًا في الملغم والليثيوم-7 أكثر تركيزًا في محلول الهيدروكسيد.

تستفيد طريقة فصل كولكس ( عمود التبادل ) من هذا عن طريق تمرير تدفق معاكس من الملغم والهيدروكسيد عبر سلسلة من المراحل. يتم تصريف جزء الليثيوم 6 بشكل تفضيلي بواسطة الزئبق، لكن الليثيوم 7 يتدفق في الغالب مع الهيدروكسيد. في الجزء السفلي من العمود، يتم فصل الليثيوم (المخصب بالليثيوم 6) عن الملغم، ويتم استعادة الزئبق لإعادة استخدامه مع المواد الخام الطازجة . في الجزء العلوي، يتم تحليل محلول هيدروكسيد الليثيوم كهربائيًا لتحرير جزء الليثيوم 7. يختلف الإثراء الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة باختلاف طول العمود وسرعة التدفق.

في تقنية التقطير الفراغي، يتم تسخين الليثيوم إلى درجة حرارة تبلغ حوالي550  درجة مئوية في الفراغ . تتبخر ذرات الليثيوم من سطح السائل ويتم جمعها على سطح بارد يقع على بعد بضعة سنتيمترات فوق سطح السائل. ^[8] نظرًا لأن ذرات الليثيوم 6 لها مسار حر متوسط ​​أكبر ، يتم جمعها بشكل تفضيلي. تبلغ كفاءة الفصل النظرية لهذه الطريقة حوالي 8.0 بالمائة. يمكن استخدام عملية متعددة المراحل للحصول على درجات أعلى من الفصل.

من الممكن أيضًا فصل نظائر الليثيوم، من حيث المبدأ، من خلال الطريقة الكهروكيميائية وكروماتوغرافيا التقطير، والتي هي قيد التطوير حاليًا. ^[9]

يتكون الليثيوم 3 ، المعروف أيضًا باسم ثلاثي البروتون ، من ثلاثة بروتونات وصفر نيوترونات . تم الإبلاغ عنه على أنه غير مرتبط بالبروتون في عام 1969، ولكن هذه النتيجة لم يتم قبولها وبالتالي فإن وجوده غير مثبت. ^{[10] لا توجد} رنينات أخرى يمكن عزوها إلى³
لي
وقد تم الإبلاغ عن ذلك، ومن المتوقع أن يتحلل عن طريق انبعاث البروتون الفوري (مثل ثنائي البروتون ،²
هو
). ^[11]

يحتوي الليثيوم 4 على ثلاثة بروتونات ونيوترون واحد. وهو أقصر نظير معروف لليثيوم عمرًا، حيث يبلغ عمر النصف له 10 ...91(9) يوكتوثانية (9.1(9) × 10 ⁻²³  ثانية ) ويتحلل عن طريق انبعاث البروتون إلى الهيليوم-3 . ^[12] يمكن تكوين الليثيوم-4 كوسيط في بعض تفاعلات الاندماج النووي .

يعتبر الليثيوم 6 ذا قيمة كمصدر للمواد لإنتاج التريتيوم (الهيدروجين 3) وكممتص للنيوترونات في تفاعلات الاندماج النووي. يتكون ما بين 1.9٪ و 7.8٪ من الليثيوم الأرضي في المواد العادية من الليثيوم 6، والباقي هو الليثيوم 7. تم فصل كميات كبيرة من الليثيوم 6 لوضعها في الأسلحة النووية الحرارية . توقف فصل الليثيوم 6 الآن في القوى النووية الحرارية الكبيرة ^{[ بحاجة لمصدر ]} ، لكن المخزونات منه لا تزال في هذه البلدان.

تم التحقيق في تفاعل اندماج الديوتيريوم والتريتيوم كمصدر محتمل للطاقة، لأنه حاليًا هو تفاعل الاندماج الوحيد الذي ينتج طاقة كافية للتنفيذ الممكن. في هذا السيناريو، سيكون الليثيوم المخصب بالليثيوم 6 مطلوبًا لتوليد الكميات اللازمة من التريتيوم. تعد موارد الليثيوم المعدنية والمحلول الملحي عامل تقييد محتمل في هذا السيناريو، ولكن يمكن أيضًا استخدام مياه البحر في النهاية. ^{[13] تنتج} مفاعلات الماء الثقيل المضغوطة مثل CANDU كميات صغيرة من التريتيوم في سائل التبريد / المهدئ من امتصاص النيوترون ويتم استخراجه أحيانًا كبديل لاستخدام الليثيوم 6.

الليثيوم-6 هو أحد النظائر المستقرة الأربعة ذات الدوران المغزلي 1، والنظائر الأخرى هي الديوتيريوم ، والبورون-10 ، والنيتروجين-14 ، ^[14] وله أصغر عزم رباعي كهربائي نووي غير صفري من أي نواة مستقرة.

الليثيوم-7 هو أكثر نظائر الليثيوم وفرة على الإطلاق، حيث يشكل ما بين 92.2% و98.1% من إجمالي الليثيوم الأرضي. تحتوي ذرة الليثيوم-7 على ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات وثلاثة إلكترونات. وبسبب خصائصه النووية، فإن الليثيوم-7 أقل شيوعًا من الهيليوم أو الكربون أو النيتروجين أو الأكسجين في الكون، على الرغم من أن الثلاثة الأخيرة لها نوى أثقل . تجاوز اختبار كاسل برافو النووي الحراري العائد المتوقع بشكل كبير بسبب الافتراضات غير الصحيحة حول الخصائص النووية لليثيوم-7.

ينتج عن الإنتاج الصناعي لليثيوم-6 منتج نفايات غني بالليثيوم-7 ومستنفد بالليثيوم-6. تم بيع هذه المادة تجاريًا، وتم إطلاق بعضها في البيئة. تم قياس وفرة نسبية من الليثيوم-7، تصل إلى 35 بالمائة أكبر من القيمة الطبيعية، في المياه الجوفية في طبقة المياه الجوفية الكربونية تحت West Valley Creek في ولاية بنسلفانيا ، والتي تقع أسفل مجرى مصنع معالجة الليثيوم. يمكن أن يختلف التركيب النظيري لليثيوم في المواد العادية إلى حد ما اعتمادًا على أصله، والذي يحدد كتلته الذرية النسبية في المادة المصدر. لا يمكن قياس الكتلة الذرية النسبية الدقيقة لعينات الليثيوم لجميع مصادر الليثيوم. ^[15]

يستخدم الليثيوم-7 كجزء من فلوريد الليثيوم المنصهر في مفاعلات الملح المنصهر : مفاعلات الفلوريد السائل النووية . إن المقطع العرضي الكبير لامتصاص النيوترونات لليثيوم-6 (حوالي 940 بارن ^[16] ) مقارنة بالمقطع العرضي الصغير جدًا للنيوترونات لليثيوم-7 (حوالي 45 ملي بارن ) يجعل الفصل العالي لليثيوم-7 عن الليثيوم الطبيعي متطلبًا قويًا للاستخدام المحتمل في مفاعلات فلوريد الليثيوم.

يستخدم هيدروكسيد الليثيوم-7 لجعل سائل التبريد قلويًا في مفاعلات الماء المضغوط . ^[17]

تم إنتاج بعض الليثيوم-7، لبضعة بيكو ثانية، والذي يحتوي على جسيم لامدا في نواته، في حين يُعتقد عمومًا أن النواة الذرية تحتوي فقط على النيوترونات والبروتونات. ^{[18] [19]}

تم اقتراح الليثيوم-8 كمصدر لنيوترينوات إلكترونية مضادة بقوة 6.4 ميجا إلكترون فولت يتم توليدها عن طريق تحلل بيتا العكسي إلى البريليوم-8. يصف تعاون فيزياء الجسيمات ISODAR مخططًا لتوليد الليثيوم-8 للتحلل الفوري عن طريق قصف الليثيوم-7 المستقر ببروتونات بقوة 60 ميجا إلكترون فولت يتم إنشاؤها بواسطة مسرع جسيمات سيكلوتروني . ^[20]

الليثيوم-11 عبارة عن نواة هالة تتكون من نواة ليثيوم-9 محاطة بنيوترونين مرتبطين بشكل فضفاض؛ يجب أن يكون كلا النيوترونين موجودين حتى يكون هذا النظام مرتبطًا، مما أدى إلى وصفه بأنه " نواة بوروميني ". ^{[21] في حين أن نصف قطر} الجذر التربيعي المتوسط ​​للبروتون لـ ¹¹ Li هو2.18+0.16
−0.21 fm ، نصف قطر النيوترون الخاص به أكبر بكثير عند3.34+0.02
−0.08 fm ؛ للمقارنة، الأرقام المقابلة لـ ⁹ Li هي2.076 ± 0.037 fm للبروتونات و2.4 ± 0.03 fm للنيوترونات. ^[22] يتحلل عن طريق انبعاث بيتا وانبعاث النيوترون إلى¹⁰
يكون
,¹¹
يكون
، أو⁹
يكون
(انظر الجداول أعلاه وأدناه). نظرًا لوجود عدد سحري من 8 نيوترونات، يقع الليثيوم-11 على أول خمس جزر انعكاس معروفة ، وهو ما يفسر عمر النصف الأطول له مقارنة بالنوى المجاورة. ^[23]

يتمتع الليثيوم 12 بنصف عمر أقصر بشكل ملحوظ. يتحلل عن طريق انبعاث النيوترونات إلى¹¹
لي
، والتي تتحلل كما ذكر أعلاه.

في حين أن تحلل β- إلى ^نظائر البريليوم (غالبًا ما يقترن بانبعاث نيوترون واحد أو متعدد) هو السائد في نظائر الليثيوم الأثقل،¹⁰
لي
و¹²
لي
التحلل عن طريق انبعاث النيوترون إلى⁹
لي
و¹¹
لي
على التوالي بسبب مواقعها خارج خط تنقيط النيوترون . كما لوحظ أن الليثيوم 11 يتحلل عبر أشكال متعددة من الانشطار. النظائر الأخف من⁶
لي
تتحلل فقط عن طريق انبعاث البروتون، حيث أنها تقع خارج خط تنقيط البروتون. أنماط اضمحلال المتزامرين¹⁰
لي
غير معروفة.

${\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {^{4}_{3}Li->[91~{\ce {ys}}]{^{3}_{2 }هو}+{^{1}_{1}H}}}\\{\ce {^{5}_{3}لي->[370~{\ce {ys}}]{^{4} _ {2} هو} + {^ {1} _ {1} H}}} \\ {\ ce {^ {8} _ {3} Li->[838.7 ~ {\ ce {ms}}] {^ {8}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{9}_{3}لي->[178.2~{\ce {ms}}]{^{8} _{4}كن}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{9}_{3}لي->[178.2~{\ce {ms}}]{^{9}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{ 10} _ {3} لي->[2 ~ {\ ce {zs}}] {^ {9} _ {3} لي} + {^ {1} _ {0} n}}} \\ {\ ce {^{11}_{3}لي->[8.75~{\ce {ms}}]{^{10}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}+e^{ -}}}\\{\ce {^{11}_{3}لي->[8.75~{\ce {ms}}]{^{11}_{4}Be}+e^{-}} }\\{\ce {^{11} _ {3}لي->[8.75~{\ce {ms}}]{^{9}_{4}Be}+2{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3 }لي->[8.75~{\ce {ms}}]{^{8}_{4}Be}+3{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{ \ce {^{11}_{3}لي->[8.75~{\ce {ms}}]{^{7}_{2}هو}+{^{4}_{2}هو}+e ^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}لي->[8.75~{\ce {ms}}]{^{8}_{3}لي}+{^{3 }_{1}H}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8.75~{\ce {ms}}]{^{9}_{3}Li}+{^{2}_{1}H}+e^{ -}}}\\{\ce {^{12}_{3}ليثيوم->{^{11}_{3}ليثيوم}+{^{1}_{0}ن}}}\\{} \end{array}}}$

• مشكلة الليثيوم الكونية
• الديليثيوم  – جزيء ثنائي الذرة
• نواة الهالة
• حرق الليثيوم  – العملية التي يتم بها استهلاك الليثيوم في النجم

لويس، جي إن؛ ماكدونالد، آر تي (1936). "فصل نظائر الليثيوم". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 58 (12): 2519-2524. doi :10.1021/ja01303a045.