A lítium izotópjai
A természetben előforduló lítium (Li) (standard atomtömeg: 6,941(2) u) két stabil izotópból áll (6Li és 7Li, melyek közül az utóbbi mennyisége a nagyobb, 92,5%). Mindkét természetes izotóp egy nukleonra eső kötési energiája anomáliásan alacsony a szomszédos elemekhez (hélium és berillium) képest, ami azt jelenti, hogy a stabil könnyű magok közül egyedülálló módon a lítium energia felszabadulása közben képes hasadásra. Mindezidáig kilenc (3 és 13 közötti számú nukleont tartalmazó) radioaktív izotópot írtak le, ezek közül a legstabilabb a 8Li, 838 ms felezési idővel, a 9Li, melynek felezési ideje 178,3 ms, valamint a 11Li, 8,59 ms felezési idővel. A többi izotóp felezési ideje 10 ns-nál is rövidebb. A legrövidebb élettartamú izotóp a 4Li, mely – proton kibocsátás közben – 7,58 43·10−23 s felezési idővel bomlik.
A 7Li egyike a primordiális (elsődleges) nuklidoknak, melyek az ősrobbanáskori nukleoszintézis során keletkeztek (a 6Li kis mennyiségben a csillagokban is keletkezik). A lítium izotópok jelentős mértékben elválasztódnak sokféle természetes folyamat közben, beleértve az ásványképződést (kémiai ülepedés), anyagcserét és ioncserét. A lítiumion az oktaéderes agyagásványokban helyettesíti a magnéziumot és a vasat, de ezekben a 6Li preferált a 7Li-tel szemben, így a könnyebb izotóp feldúsul a fordított ozmózisos és kőzetátalakulási folyamatokban.
Izotópok
szerkesztésColex elválasztás
szerkesztésA 6Li higanyhoz való affinitása nagyobb, mint a 7Li-é. Ha lítium-higany amalgám érintkezik lítium-hidroxid oldattal, akkor a 6Li inkább az amalgámban koncentrálódik, míg a 7Li a hidroxidban.
Ez adja a colex (column exchange, oszlopcserélő) elválasztási módszer alapját: amalgám és hidroxid áramlik egymással szemben többlépcsős kaszkádban. A 6Li frakciót inkább a higany viszi magával, míg a 7Li a hidroxiddal áramlik.
Az oszlop alján a (6Li-ban feldúsult) lítiumot elválasztják az amalgámtól, visszanyerik a higanyt és újra felhasználják a frissen betáplált nyersanyaghoz. Az oszlop tetején a lítium-hidroxid oldatot elektrolizálják, így nyerik a 7Li-ben gazdagabb frakciót. Az ezzel a módszerrel elérhető dúsítás mértéke az oszlop hosszától és az áramlási sebességtől függ.
Vákuumdesztilláció
szerkesztésA lítiumot vákuumban körülbelül 550 °C hőmérsékletre hevítik. A lítiumatomok elpárolognak a folyadék felszínéről, és az afölött néhány centiméterre elhelyezett hideg felületen gyűlnek össze. A lítium-6 gyorsabban párolog, így a desztillátumban feldúsul.
Az elválasztás elméleti hatásfoka mintegy 8%. Nagyobb fokú dúsítás többlépcsős eljárással érhető el.
Lítium-4
szerkesztésA lítium-4 a lítium legrövidebb élettartamú izotópja, 3 protont és egy neutront tartalmaz. Proton kibocsátás közben 3He-má bomlik, felezési ideje 9,1·10−23 s. Köztitermékként keletkezhet egyes magfúziós reakciók során.
Lítium-6
szerkesztésA lítium-6 a trícium előállításának fontos forrása, valamint neutronelnyelő a magfúziós reakciókban. A természetes lítium körülbelül 7,5% 6Li-ot tartalmaz. Nagy mennyiségű 6Li izotópot választottak el nukleáris fegyverekben történő felhasználásra. Előállítását már abbahagyták, de készletek még vannak belőle. Ez az izotóp a más részecskékkel való kölcsönhatásban fermionként viselkedik, mivel benne 3 proton, 3 neutron és 3 elektron található.
Lítium-7
szerkesztésA 6Li előállítása során visszamaradó anyag egy részét (mely 6Li-ban elszegényedett, és 7Li-ben dúsult) kereskedelmi forgalomba hozták, más részét kibocsátották a természetbe. A természeteshez képest 35,4%-ot is elérő 7Li dúsulást mértek talajvízből. Az elszegényített anyagban a 6Li részaránya a normális érték akár 20%-ára is lecsökkenhet, az ilyen minták atomtömege kb. a 6,94–6,99 u tartományba esik. Mindezek eredményeként a lítium atomtömege a forrástól függően nagyon eltérő lehet. Minden mintára érvényes pontos atomtömeget nem lehet megadni.
A 7Li-et a folyékony sóolvadékos tóriumreaktorokban használt lítium-fluorid oldószerben kerülhet alkalmazásra. Ugyanakkor a pontos izotópszétválasztás ez esetben nagyon fontos, mivel a 6Li abszorpciós hatáskeresztmetszete termikus neutronokra sokkal nagyobb (941 barn), mint a 7Li-é (0,045 barn).
A lítium-7-hidroxidot a nyomottvizes reaktorok hűtőközegének lúgosítására használják.
Előállítottak olyan 7Li-et is, amely – az atommagokat általában alkotó protonok és neutronok mellett – egy lambda bariont is tartalmazott.[1]
Lítium-11
szerkesztésA lítium-11 atommagjáról úgy tartják, hogy nukleonudvarral (halo) rendelkezik, a magot 3 proton és 8 neutron alkotja, mely utóbbiak közül 2 nukleonudvart alkot. Kísérletileg mért keresztmetszete kivételesen nagy: 3,16 fm, mely az 208Pb-éhoz mérhető. β−-bomlás révén gerjesztett állapotú 11Be izotóp keletkezik belőle, mely többféleképpen alakulhat tovább (lásd a lenti táblázatot).
Táblázat
szerkesztés| nuklid jele |
Z(p) | N(n) | izotóptömeg (u) |
felezési idő | bomlási mód(ok)[2] |
leány- izotóp(ok)[m 1] |
magspin | jellemző izotóp- összetétel (móltört) |
természetes ingadozás (móltört) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| gerjesztési energia | |||||||||
| 4Li | 3 | 1 | 4,02719(23) | 91(9)·10−24 s [6,03 MeV] |
p | 3He | 2− | ||
| 5Li | 3 | 2 | 5,01254(5) | 370(30)·10−24 s [~1,5 MeV] |
p | 4He | 3/2− | ||
| 6Li | 3 | 3 | 6,015122795(16) | Stabil | 1+ | [0,0759(4)] | 0,07714–0,07225 | ||
| 7Li[m 2] | 3 | 4 | 7,01600455(8) | Stabil | 3/2− | [0,9241(4)] | 0,92275–0,92786 | ||
| 8Li | 3 | 5 | 8,02248736(10) | 840,3(9) ms | β−, hasadás | 2 4He | 2+ | ||
| 9Li | 3 | 6 | 9,0267895(21) | 178,3(4) ms | β−, n (50,8%) | 8Be[m 3] | 3/2− | ||
| β− (49,2%) | 9Be | ||||||||
| 10Li | 3 | 7 | 10,035481(16) | 2,0(5)·10−21 s [1,2(3) MeV] |
n | 9Li | (1−,2−) | ||
| 10m1Li | 200(40) keV | 3,7(15)·10−21 s | 1+ | ||||||
| 10mqLi | 480(40) keV | 1,35(24)·10−21 s | 2+ | ||||||
| 11Li[m 4] | 3 | 8 | 11,043798(21) | 8,75(14) ms | β−, n (84,9%) | 10Be | 3/2− | ||
| β− (8,07%) | 11Be | ||||||||
| β−, 2n (4,1%) | 9Be | ||||||||
| β−, 3n (1,9%) | 8Be[m 5] | ||||||||
| β−, hasadás (1,0%) | 7He, 4He | ||||||||
| β−, hasadás (0,014%) | 8Li, 3H | ||||||||
| β−, hasadás (0,013%) | 9Li, 2H | ||||||||
| 12Li | 3 | 9 | 12,05378(107)# | <10 ns | n | 11Li | |||
- ↑ A stabil izotópok félkövérrel vannak jelezve
- ↑ Az ősrobbanáskori nukleoszintézis során keletkezett
- ↑ Azonnal két 4He atomra bomlik az alábbi reakció szerint: 9Li → 24He + 1n + e−
- ↑ 2 halo neutronnal rendelkezik
- ↑ Azonnal két 4He atomra bomlik az alábbi reakció szerint: 11Li → 24He + 31n + e−
Megjegyzések
szerkesztés- Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot.
- Ismeretesek olyan geológiai minták, amelyek izotóp-összetétele a szokásos értékeken kívül van. Az atomtömeg bizonytalansága ezeknél meghaladhatja a jelzett hibahatárt.
- A kereskedelmileg hozzáférhető anyagok esetén előfordulhat nem közölt vagy nem szándékos izotópelválasztás. A megadott értékektől lényeges eltérések adódhatnak.
- A szegényített anyagban a 6Li relatív gyakorisága a normál érték akár 80%-ával is csökkenhet, így atomtömegére 6,94–6,99 u vagy afölötti érték is adódhat.
- A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél rendszeres tendenciákat is figyelembe vettek. A gyenge asszignációs argumentumú spineket zárójelben jelöltük.
- A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke a standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg.
- A 11Li két gyengén kötött neutronból álló nukleonudvara van, ez magyarázza a sugárban tapasztalt jelentős különbséget.
Fordítás
szerkesztésEz a szócikk részben vagy egészben a Isotopes of lithium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Hivatkozások
szerkesztés- ↑ Emsley, John. Lithium, Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, UK: Oxford University Press, 239. o. [2001] (2003). ISBN 0198503408. Hozzáférés ideje: 2024. január 3.
- ↑ http://www.nucleonica.net/unc.aspx
- Izotóptömegek:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3–128. o. [2008. szeptember 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2008. szeptember 23.)
- Izotópösszetétel és standard atomtömegek:
- J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). „Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 75 (6), 683–800. o. DOI:10.1351/pac200375060683.
- M. E. Wieser (2006). „Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 78 (11), 2051–2066. o. DOI:10.1351/pac200678112051.Laikus összefoglaló
- A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3–128. o. [2008. szeptember 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2008. szeptember 23.)
- National Nuclear Data Center: NuDat 2.1 database. Brookhaven National Laboratory. (Hozzáférés: 2005. szeptember 1.)
- N. E. Holden.szerk.: D. R. Lide: Table of the Isotopes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th, CRC Press, Section 11. o. (2004). ISBN 978-0849304859
| A hélium izotópjai | A lítium izotópjai | A berillium izotópjai |
| Izotópok listája | ||
