نظائر الليثيوم

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

لعنصر الليثيوم Li نظيران ثابتان هما ليثيوم-6 و ليثيوم-7. من حيث الوفرة فإن النظير ليثيوم-7 يشكل أكثر من 92.5 % من عنصر الليثيوم على سطح الأرض. أكثر نظير مشع ثباتاً لليثيوم هو ليثيوم-8 الذي له عمر نصف 838 ميلي ثانية، في حين أن النظير ليثيوم-9 عمر نصف 178 ميلي ثانية، أما النظير ليثيوم-11 له عمر نصف 8.6 ميلي ثانية. أما باقي نظائر الليثيوم فلها أعمار نصف أقل من 10 نانوثانية، أقصرها عمراً هو النظير ليثيوم-4 الذي يضمحل بإصدار بروتون بعمر نصف حوالي 9.1×10−23 ثانية.

على غير المتوقع فإن لكلا النظيرين 6Li و 7Li طاقة ارتباط نووية قليلية بالنسبة لكل نوية (~5.3 ميغاإلكترون فولت) مقارنة مع العناصر المجاورة الأخف منها والأثقل (للهيليوم ~7.1 ميغا إلكترون فولت وللبيريليوم ~6.5 ميغا إلكترون فولت). يعد النظيران 6Li و 7Li من النويدات التي تشكلت أثناء الانفجار العظيم في الكون قبل أن تتشكل على الأرض، حيث أن نسبة قليلة من النظير ليثيوم-6 تنتج من خلال التفاعلات النووية في بعض النجوم.

للنظير ليثيوم-6 إلفة أكبر من النظير ليثيوم-7 تجاه الزئبق، لذلك تستخدم هذه الخاصية في فصل النظيرين عن بعضهما عن طريق إضافة ملغمة ليثيوم-زئبق إلى محلول من هيدروكسيد الليثيوم، حيث يتركز ليثيوم-6 في الملغمة ويبقى ليثيوم-7 في محلول الهيدروكسيد. يمكن تطبيق عملية الفصل هذه في عمود فصل (مبادل) وذلك بضخ تيار عكسي من الهيدروكسيد والملغمة عبر مراحل متعددة. تكون نسبة ليثيوم-6 أسفل العمود أكبر حيث يتركز الزئبق ثم يفصل عنه لاحقاً، أما ليثيوم-7 فإنه يحصل عليه من قمة العمود بالتحليل الكهربائي لمحلول هيدروكسيد الليثيوم.

ليثيوم-4[عدل]

يحوي التظير 4Li ليثيوم-4 ثلاثة بروتونات ونيوترون واحد. يعد هذا النظير أقصر نظائر الليثيوم عمراً بعمر نصف مقداره 9.1×10−23 ثانية ويضمحل بإصدار بروتون ليشكل النظير هيليوم-3 [1]

يمكن لليثيوم-4 أن يكون مركب وسطياً في بعض تفاعلات الاندماج النووي.

ليثيوم-6[عدل]

يحوي النظير 6Li ليثيوم-6 ثلاثة بروتونات وثلاثة نيوترونات، بالإضافة إلى ثلاثة إلكترونات في الغلاف الخارجي للذرة، نتيجة لذلك فإن ليثيوم-6 يتصرف كفرميون عند حدوث التأثيرات المتبادلة مع الجسيمات الأخرى بالتالي فإن اللف المغزلي لا يكون عبارة عن كسر (½) إنما عدد صحيح كبوزون.

يشكل ليثيوم-6 7.5% من عنصر الليثيوم في الطبيعة. تعود أهمية هذا النظير لاستخدامه في تحضير التريتيوم (هيدروجين-3) وفي كعنصر مهم لامتصاص النيوترونات في مفاعلات الاندماج النووي.

ليثيوم-7[عدل]

يعد النظير ليثيوم-7 أكثر النظائر وفرة من بين النظائر، حيث يشكل 92.5% من ذرات الليثيوم في الطبيعة. من الممكن أن يكون هتاك تفاوتات بسيطة في نسبة ليثيوم-6 إلى نسبة ليثيوم-7 في الطبيعة حسب مصدر عينة الليثيوم، لأنه من الصعب الحصول على نسبة دقيقة لعينات الليثيوم من كافة المصادر.

يحوي 7Li ثلاثة بروتونات وأربع نيوترونات وثلاثة ألكترونات، لذلك فهو بوزون، أي ان اللف المغزلي له عدد صحيح، عادة ما يكون صفر. بسبب خواصه النووية فإن نسبة الليثيوم-7 في الكون أقل من الهيليوم والبيريليوم والكربون والنيتروجين والأكسجين، على الرغم من آخر أربعة عناصر لها نوى أثقل من الليثيوم.[2]

يستخدم النظير ليثيوم-7 كجزء من فلوريد الليثيوم في مفاعل مصهور الملح، إن المقطع العرضي النيوتروني للنظير ليثيوم-6 كبير مقارنة مع ليثيوم-7 (6Li حوالي 940 بارن مقارنة مع 45 بارن بالنسبة 7Li)، لذلك فإن هناك أهمية كبيرة لفصل النظير ليثيوم-7 عن الليثيوم الطبيعي. من أجل استخدامه في المفاعلات.

يستخدم ليثيوم-7 أيضاً في جعل وسط المبردات قاعدياً في مفاعلات الماء المضغوط.[3]

حضرت بعض عينات من ليثيوم-7 وذلك لبضعة بيكو ثانية، كانت حاوية على باريون لامدا في نواتها، حيث أن نواة الذرة تحوي عادة على بروتونات ونيوترونات وبيونات.[4][5]

ليثيوم-11[عدل]

يحوي النظير 11Li على ثلاثة بروتونات وثمانية نيوترونات، اثنان منهما (النيوترونات) لهما ترتيب نواة هالو. يمتلك هذا النظير مقطع عرضي كبير يقارن بنظير الرصاص 208Pb، وهو يضمحل مصدراً أشعة بيتا إلى 11Be والذي يضمحل لاحقاً بأشكال عدة.

ليثيوم-12[عدل]

يحوي النظير 12Li ثلاثة بروتونات وتسعة نيوترونات، وله عمر نصف حوالي 10 نانو ثانية. يضمحل بإصدار نيوترونات إلى ليثيوم-11، زمنه إلى البيريليوم-11 ومنه إلى عدة إمكانيات أخرى.

جدول النظائر[عدل]

الرمز Z(ب) N(ن) كتلة النظير (u) عمر النصف نمط
الاضمحلال[6]
ناتج
الاضمحلال[n 1]
لف
مغزلي
تركيب
النظائر
التمثيلي
(كسر مولي)
مجال التفاوت
الطبيعي
(كسر مولي)
طاقة التنشيط
3Li 3 0 3.030775[1]
4Li 3 1 4.02719 91×10−24 ثانية
[6.03 ميغا إلكترون فولت]
p 3He
5Li 3 2 5.01254 370×10−24 ثانية
[~1.5 ميغا إلكترون فولت]
p 4He 3/2−
6Li 3 3 6.015122795 مستقر 1+ [0.0759] 0.07714

0.07225

7Li[n 2] 3 4 7.01600455 مستقر 3/2− [0.9241] 0.92275

0.92786

8Li 3 5 8.02248736 840.3 ميلي ثانية β 8Be [n 3] 2+
9Li 3 6 9.0267895 178.3 ميلي ثانية β, n 50.8% 8Be [n 4] 3/2−
β 49.2% 9Be
10Li 3 7 10.035481 2.0×10−21 ثانية
[1.2 ميغا إلكترون فولت]
n 9Li (1−,2−)
10m1Li 200 كيلو إلكترون فولت 3.7×10−21 ثانية 1+
10m2Li 480 كيلو إلكترون فولت 1.35×10−21 ثانية 2+
11Li [n 5] 3 8 11.043798 8.75 ميلي ثانية β, n 84.9% 10Be 3/2−
β 8.07% 11Be
β, 2n 4.1% 9Be
β, 3n 1.9% 8Be [n 6]
β, انشطار 1.0% 7He و 4He
β, انشطار 0.014% 8Li و 3H
β, انشطار 0.013% 9Li

, 2H

12Li 3 9 12.05378# <10 نانوثانية n 11Li
  1. ^ النظائر المستقرة بالخط الغليظ
  2. ^ ينتج في الاصطناع النووي أثناء الانفجار العظيم
  3. ^ يضمحل تلقائياً إلى 4He من خلال التفاعل 8Li → 24He + e
  4. ^ يضمحل تلقائياً إلى ذرتي 4He من خلال التفاعل 9Li → 24He + 1n + e
  5. ^ لديه 2 نيوترون هالو
  6. ^ يضمحل تلقائياً إلى ذرتي 4He من خلال التفاعل 11Li → 24He + 31n + e

المراجع[عدل]

  1. ^ أ ب "Isotopes of Lithium". اطلع عليه بتاريخ 20 October 2013. 
  2. ^ T. B. Coplen, J. A. Hopple, J. K. Böhlke, H. S. Peiser, S. E. Rieder, H. R. Krouse, K. J. R. Rosman, T. Ding, R. D. Vocke, Jr., K. M. Révész, A. Lamberty, P. Taylor, P. De Bièvre. "Compilation of minimum and maximum isotope ratios of selected elements in naturally occurring terrestrial materials and reagents", U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 01-4222 (2002). As quoted in ISOTOPE-ABUNDANCE VARIATIONS OF SELECTED ELEMENTS (IUPAC technical report), T.B. Coplen, et al., Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 10, pp. 1987–2017, 2002. Online PDF
  3. ^ MANAGING CRITICAL ISOTOPES: Stewardship of Lithium-7 Is Needed to Ensure a Stable Supply, GAO-13-716 // Government Accountability Office|U.S. Government Accountability Office, Sep 19, 2013; pdf
  4. ^ John Emsley (2001). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. صفحات 234–239. ISBN 978-0-19-850340-8. 
  5. ^ Geoff Brumfiel. The Incredible Shrinking Nucleus. doi:10.1103/PhysRevFocus.7.11. 
  6. ^ "Universal Nuclide Chart". Nucleonica. اطلع عليه بتاريخ 2012-09-27.