Isótopos de lítio - Isotopes of lithium

Principais isótopos de lítio   ( 3 Li)
Isótopo Decair
abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produtos
6 Li [0,0190,078 ] estábulo
7 Li [0,9220,981 ] estábulo
Peso atômico padrão A r, padrão (Li) [6,9386,997 ] convencional: 6,94

O lítio ( 3 Li) de ocorrência natural é composto por dois isótopos estáveis , lítio-6 e lítio-7, sendo o último muito mais abundante: cerca de 92,5% dos átomos . Ambos os isótopos naturais têm uma energia de ligação nuclear inesperadamente baixa por núcleo (~ 5,3 MeV ) quando comparados com os elementos adjacentes mais leves e mais pesados, hélio (~ 7,1 MeV) e berílio (~ 6,5 MeV). O radioisótopo de mais longa vida do lítio é o lítio-8, que tem meia-vida de apenas 839,4 milissegundos . O lítio-9 tem meia-vida de 178,3 milissegundos e o lítio-11 tem meia-vida de cerca de 8,75 milissegundos. Todos os isótopos restantes de lítio têm meia-vida inferior a 10 nanossegundos . O isótopo de lítio conhecido de vida mais curta é o lítio-4, que decai por emissão de prótons com meia-vida de cerca de9,1 × 10 −23 segundos, embora a meia-vida do lítio-3 ainda esteja para ser determinada, e é provável que seja muito mais curta, como o hélio-2 (dipróton), que sofre emissão de prótons dentro10 −9 s.

O lítio-7 e o lítio-6 são dois dos nuclídeos primordiais que foram produzidos no Big Bang , com o lítio-7 sendo 10-9 de todos os nuclídeos primordiais e o lítio-6 por volta de 10-13 . Uma pequena porcentagem de lítio-6 também é produzida por reações nucleares em certas estrelas. Os isótopos de lítio separam-se um pouco durante uma variedade de processos geológicos , incluindo a formação mineral (precipitação química e troca iônica ). Os íons de lítio substituem o magnésio ou o ferro em certas localizações octaédricas nas argilas , e o lítio-6 às vezes é preferido ao lítio-7. Isso resulta em algum enriquecimento de lítio-6 em processos geológicos.

O lítio-6 é um isótopo importante na física nuclear porque quando é bombardeado com nêutrons , o trítio é produzido.

Um gráfico que mostra a abundância dos isótopos de lítio que ocorrem naturalmente.

Lista de isótopos

Nuclídeo
Z N Massa isotópica ( Da )
Meia-vida

[ largura de ressonância ]

Modo de decaimento


Isótopo filha

Giro e
paridade
Abundância natural (fração molar)
Energia de excitação Proporção normal Faixa de variação
3
Li
3 0 3.030 775 # p 2
Ele
4
Li
3 1 4,027 19 (23) 91 (9) × 10 −24  s
[6,03 MeV ]
p 3
Ele
2−
5
Li
3 2 5.012 54 (5) 370 (30) × 10 −24  s
[~1,5 MeV ]
p 4
Ele
3/2−
6
Li
3 3 6.015 122 8874 (15) Estábulo 1+ 0,0759 (4) 0,072 25 -0,077 14
6m
Li
3 562 0,88 (10) keV 5,6 (14) × 10 −17  s ISTO 6
Li
0+
7
Li
3 4 7.016 003 437 (5) Estábulo 3/2− 0,9241 (4) 0,922 75 -0,927 86
8
Li
3 5 8.022 486 25 (5) 839,40 (36) ms β - 8
Ser
2+
9
Li
3 6 9.026 790 19 (20) 178,3 (4) ms β - , n (50,8%) 8
Ser
3/2−
β - (49,2%) 9
Ser
10
Li
3 7 10,035 483 (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
3 8 11,043 7236 (7) 8,75 (14) ms β - , n (86,3%) 10
Ser
3/2−
β - (5,978%) 11
Ser
β - , 2n (4,1%) 9
Ser
β - , 3n (1,9%) 8
Ser
β - , α (1,7%) 7
Ele
, 4
Ele
β - , fissão (0,009%) 8
Li
, 3
H
β - , fissão (0,013%) 9
Li
, 2
H
12
Li
3 9 12,052 61 (3) <10 ns n 11
Li
13
Li
3 10 13,061 17 (8) 3,3 (12) × 10 −21  s 2n 11
Li
3/2− #
Este cabeçalho e rodapé da tabela:
  1. ^ m Li - isômero nuclear Excited.
  2. ^ () - A incerteza (1 σ ) é dada de forma concisa entre parênteses após os últimos dígitos correspondentes.
  3. ^ # - Massa atômica marcada com #: valor e incerteza derivados não de dados puramente experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências da Superfície de Massa (TMS).
  4. ^ Modos de decadência:
    ISTO: Transição isomérica
    n: Emissão de nêutrons
    p: Emissão de prótons
  5. ^ Símbolo em negrito como filha - o produto filha é estável.
  6. ^ () valor de rotação - Indica rotação com argumentos de atribuição fracos.
  7. ^ # - Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências de nuclídeos vizinhos (TNN).
  8. ^ Um dos poucos núcleos ímpares estáveis
  9. ^ Produzido na nucleossíntese do Big Bang e por fragmentação de raios cósmicos
  10. ^ Imediatamente decai em duas partículas α para uma reação líquida de 8 Li → 2 4 He + e -
  11. ^ Imediatamente decai em duas partículas α para uma reação líquida de 9 Li → 2 4 He + 1 n + e -
  12. ^ Tem 2nêutrons halo
  13. ^ Imediatamente decai em doisátomos de 4 He para uma reação líquida de 11 Li → 2 4 He + 3 1 n + e -
  • No lítio empobrecido (com o 6 Li removido), a abundância relativa de lítio-6 pode ser reduzida a apenas 20 por cento de seu valor normal, dando a massa atômica medida variando de 6,94 Da a 7,00 Da.

Separação de isótopos

Separação colex

O lítio-6 tem uma afinidade maior do que o lítio-7 pelo elemento mercúrio . Quando um amálgama de lítio e mercúrio é adicionado a soluções contendo hidróxido de lítio , o lítio-6 torna-se mais concentrado no amálgama e o lítio-7 mais na solução de hidróxido.

O Colex ( col UMN ex mudança) marcas método de separação de usar este por meio de um contra-fluxo de amálgama e hidróxido através de uma cascata de fases. A fração de lítio-6 é drenada preferencialmente pelo mercúrio, mas o lítio-7 flui principalmente com o hidróxido. Na parte inferior da coluna, o lítio (enriquecido com lítio-6) é separado do amálgama, e o mercúrio é recuperado para ser reaproveitado com matéria-prima fresca . Na parte superior, a solução de hidróxido de lítio é eletrolisada para liberar a fração lítio-7. O enriquecimento obtido com este método varia com o comprimento da coluna e a velocidade do fluxo.

Destilação a vácuo

O lítio é aquecido a uma temperatura de cerca de 550  ° C no vácuo . Os átomos de lítio evaporam da superfície do líquido e são coletados em uma superfície fria posicionada alguns centímetros acima da superfície do líquido. Como os átomos de lítio-6 têm um caminho livre médio maior , eles são coletados preferencialmente.

A eficiência de separação teórica é de cerca de 8,0 por cento. Um processo de vários estágios pode ser usado para obter maiores graus de separação.

Lítio-3

O lítio-3 , também conhecido como tripróton , consistiria em três prótons e zero nêutrons . Foi relatado como próton não ligado em 1969, mas esse resultado não foi aceito e sua existência não foi comprovada. Nenhuma outra ressonância atribuível a 3 Li foi relatada, e espera-se que decaia pela emissão imediata de prótons (muito parecido com o dipróton , 2 He).

Lítio-4

O lítio-4 contém três prótons e um nêutron. É o isótopo de lítio conhecido de vida mais curta, com meia-vida de cerca de 91 yoctossegundos (9,1 × 10 −23 segundos) e decai por emissão de prótons em hélio-3 . O lítio-4 pode ser formado como intermediário em algumas reações de fusão nuclear .

Lítio-6

O lítio-6 é valioso como matéria-prima para a produção de trítio (hidrogênio-3) e como absorvedor de nêutrons em reações de fusão nuclear. O lítio natural contém cerca de 7,5 por cento de lítio-6, sendo o restante lítio-7. Grandes quantidades de lítio-6 foram separadas para serem colocadas em bombas de hidrogênio . A separação do lítio-6 já cessou nas grandes potências termonucleares , mas seus estoques permanecem nesses países.

A reação de fusão DT (entre deutério e trítio) tem sido investigada como uma possível fonte de energia, pois é atualmente a única reação de fusão com produção de energia suficiente para uma implementação viável. Nesse cenário, o lítio-6 enriquecido seria necessário para gerar as quantidades necessárias de trítio. A abundância de lítio-6 é um fator limitante potencial neste cenário, embora outras fontes de lítio (como água do mar) também possam ser utilizáveis.

O lítio-6 é um dos apenas três isótopos estáveis ​​com spin 1, os outros sendo deutério e nitrogênio-14 , e tem o menor momento quadrupolo elétrico nuclear diferente de zero de qualquer núcleo estável.

Lítio-7

O lítio-7 é de longe o isótopo mais abundante, constituindo cerca de 92,5% de todo o lítio natural. Um átomo de lítio-7 contém três prótons, quatro nêutrons e três elétrons. Por causa de suas propriedades nucleares, o lítio-7 é menos comum do que o hélio , berílio , carbono , nitrogênio ou oxigênio no Universo, embora os quatro últimos tenham núcleos mais pesados .

A produção industrial de lítio-6 resulta em um produto residual que é enriquecido em lítio-7 e empobrecido em lítio-6. Este material foi vendido comercialmente e parte dele foi liberado no meio ambiente. Uma abundância relativa de lítio-7, tão alta quanto 35 por cento maior do que o valor natural, foi medida na água subterrânea em um aquífero carbonático sob o West Valley Creek na Pensilvânia , que fica a jusante de uma planta de processamento de lítio. No lítio empobrecido, a abundância relativa de lítio-6 pode ser reduzida a tão pouco quanto 20 por cento de seu valor nominal, dando uma massa atômica média para o lítio descartado que pode variar de cerca de 6,94  Da a cerca de 7,00 Da. Conseqüentemente, a composição isotópica do lítio pode variar um pouco dependendo de sua fonte. Uma massa atômica precisa para amostras de lítio não pode ser medida para todas as fontes de lítio.

O lítio-7 é usado como parte do fluoreto de lítio fundido em reatores de sal fundido : reatores nucleares de fluoreto líquido . A grande seção transversal de absorção de nêutrons de lítio-6 (cerca de 940 celeiros ) em comparação com a seção transversal de nêutrons muito pequena de lítio-7 (cerca de 45 milibarns ) torna a alta separação de lítio-7 do lítio natural um forte requisito para o possível uso em reatores de fluoreto de lítio.

O hidróxido de lítio-7 é usado para alcalinizar o refrigerante em reatores de água pressurizada .

Algum lítio-7 foi produzido, por alguns picossegundos, que contém uma partícula lambda em seu núcleo, enquanto um núcleo atômico geralmente contém apenas nêutrons e prótons.

Lítio-11

Acredita -se que o lítio-11 possua um núcleo halo que consiste em um núcleo de três prótons e oito nêutrons, dois dos quais estão em um halo nuclear. Ele tem uma seção transversal excepcionalmente grande de 3,16 fm 2 , comparável ao de 208 Pb . Ele decai por emissão beta em 11 Be , que então decai de várias maneiras (veja a tabela abaixo).

Lítio-12

O lítio-12 tem uma meia-vida consideravelmente mais curta, de cerca de 10 nanossegundos. Ele decai pela emissão de nêutrons em 11 Li, que decai como mencionado acima.

Cadeias de decadência

Enquanto o β - decai em isótopos de berílio (frequentemente combinado com emissão de nêutron único ou múltiplo) é predominante em isótopos mais pesados ​​de lítio, 10 Li e 12 Li decaem por emissão de nêutrons em 9 Li e 11 Li respectivamente devido às suas posições além do linha de gotejamento de nêutrons . Também foi observado que o lítio-11 decompõe-se por meio de múltiplas formas de fissão. Isótopos mais leves que 6 Li decaem exclusivamente por emissão de prótons, pois estão além da linha de gotejamento de prótons. Os modos de decaimento dos dois isômeros de 10 Li são desconhecidos.

Veja também

Referências

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links externos

Lewis, GN; MacDonald, RT (1936). "The Separation of Lithium Isotopes". Journal of the American Chemical Society . 58 (12): 2519–2524. doi : 10.1021 / ja01303a045 .