نظائر الليثيوم

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

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

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

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

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

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

طاقة التنشيط				عمر النصف	نمط الاضمحلال^[6]	ناتج الاضمحلال^{[n 1]}	لف مغزلي	تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي)	مجال التفاوت الطبيعي (كسر مولي)
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)
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−
⁹Li	3	6	9.0267895	178.3 ميلي ثانية	β⁻ 49.2%	⁹Be	3/2−
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

^ النظائر المستقرة بالخط الغليظ
^ ينتج في الاصطناع النووي أثناء الانفجار العظيم
^ يضمحل تلقائياً إلى ⁴He من خلال التفاعل ⁻⁸Li → 2⁴He + e
^ يضمحل تلقائياً إلى ذرتي ⁴He من خلال التفاعل ⁻⁹Li → 2⁴He + ¹n + e
^ لديه 2 نيوترون هالو
^ يضمحل تلقائياً إلى ذرتي ⁴He من خلال التفاعل ⁻¹¹Li → 2⁴He + 3¹n + e

المراجع

^ ^أ ^ب "Isotopes of Lithium". مؤرشف من الأصل في 2018-01-03. اطلع عليه بتاريخ 2013-10-20.
^ 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 نسخة محفوظة 03 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.^{[وصلة مكسورة]}
^ 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 نسخة محفوظة 14 أكتوبر 2017 على موقع واي باك مشين.
^ John Emsley (2001). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ص. 234–239. ISBN:978-0-19-850340-8. مؤرشف من الأصل في 2017-02-23.
^ Geoff Brumfiel. "The Incredible Shrinking Nucleus". DOI:10.1103/PhysRevFocus.7.11. مؤرشف من الأصل في 2019-08-09. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الاستشهاد بدورية محكمة يطلب |دورية محكمة= (مساعدة)
^ "Universal Nuclide Chart". Nucleonica. مؤرشف من الأصل في 2017-02-19. اطلع عليه بتاريخ 2012-09-27.

نظائر الليثيوم في المشاريع الشقيقة:

[7] النظائر المستقرة بالخط الغليظ

[8] ينتج في الاصطناع النووي أثناء الانفجار العظيم

[9] يضمحل تلقائياً إلى ⁴He من خلال التفاعل ⁻⁸Li → 2⁴He + e

[10] يضمحل تلقائياً إلى ذرتي ⁴He من خلال التفاعل ⁻⁹Li → 2⁴He + ¹n + e

[11] لديه 2 نيوترون هالو

[12] يضمحل تلقائياً إلى ذرتي ⁴He من خلال التفاعل ⁻¹¹Li → 2⁴He + 3¹n + e

[Isotopes_of_Lithium-1] أ ^ب "Isotopes of Lithium". مؤرشف من الأصل في 2018-01-03. اطلع عليه بتاريخ 2013-10-20.

[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 نسخة محفوظة 03 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.^{[وصلة مكسورة]}

[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 نسخة محفوظة 14 أكتوبر 2017 على موقع واي باك مشين.

[Emsley2001-4] John Emsley (2001). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ص. 234–239. ISBN:978-0-19-850340-8. مؤرشف من الأصل في 2017-02-23.

[5] Geoff Brumfiel. "The Incredible Shrinking Nucleus". DOI:10.1103/PhysRevFocus.7.11. مؤرشف من الأصل في 2019-08-09. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الاستشهاد بدورية محكمة يطلب |دورية محكمة= (مساعدة)

[6] "Universal Nuclide Chart". Nucleonica. مؤرشف من الأصل في 2017-02-19. اطلع عليه بتاريخ 2012-09-27.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[n 1]

[n 2]

[n 3]

[n 4]

[n 5]

[n 6]

وصلة مكسورة