Ang Lithium isotopes ay malawakang ginagamit hindi lamang sa industriya ng nukleyar, kundi pati na rin sa paggawa ng mga rechargeable na baterya. Mayroong ilang mga uri ng mga ito, dalawa sa mga ito ay matatagpuan sa kalikasan. Ang mga reaksyong nuklear na may isotopes ay sinamahan ng pagpapakawala ng malaking halaga ng radiation, na isang magandang direksyon sa industriya ng enerhiya.
Definition
Ang Isotopes ng lithium ay mga uri ng mga atom ng isang partikular na elemento ng kemikal. Nag-iiba sila sa bawat isa sa bilang ng mga neutral na sisingilin na elementarya na mga particle (neutrons). Alam ng modernong agham ang 9 na isotopes, pito sa mga ito ay artipisyal, na may mga atomic na masa mula 4 hanggang 12.
Sa mga ito, ang pinakastable ay 8Li. Ang kalahating buhay nito ay 0.8403 segundo. 2 uri ng nuclear isomeric nuclides (atomic nuclei na naiiba hindi lamang sa bilang ng mga neutron, kundi pati na rin sa mga proton) ay natukoy din - 10m1Li at 10m2 Li. Magkaiba ang mga ito sa istruktura ng mga atomo sa kalawakan at sa mga katangian.
Pagiging nasa kalikasan
Sa natural na kondisyon, mayroon lamang 2 stable isotopes - na may mass na 6 at 7 units a. kumain(6Li, 7Li). Ang pinakakaraniwan sa mga ito ay ang pangalawang isotope ng lithium. Ang Lithium sa periodic system ni Mendeleev ay may serial number 3, at ang pangunahing mass number nito ay 7 a.u. e. m. Ang elementong ito ay medyo bihira sa crust ng lupa. Ang pagkuha at pagproseso nito ay magastos.
Ang pangunahing hilaw na materyal para sa pagkuha ng metallic lithium ay ang carbonate (o lithium carbonate), na na-convert sa chloride, at pagkatapos ay electrolyzed sa isang halo na may KCl o BaCl. Nahihiwalay ang carbonate sa mga likas na materyales (lepidolite, spodumene pyroxene) sa pamamagitan ng sintering gamit ang CaO o CaCO3.
Sa mga sample, ang ratio ng lithium isotopes ay maaaring mag-iba nang malaki. Nangyayari ito bilang resulta ng natural o artipisyal na fractionation. Isinasaalang-alang ang katotohanang ito kapag nagsasagawa ng tumpak na mga eksperimento sa laboratoryo.
Mga Tampok
Lithium isotopes 6Li at 7Li ay naiiba sa mga katangiang nuklear: ang posibilidad ng interaksyon ng mga elementarya na particle ng atomic nucleus at reaksyon mga produkto. Samakatuwid, iba rin ang kanilang saklaw.
Kapag ang lithium isotope 6Li ay binomba ng mga mabagal na neutron, nagagawa ang superheavy hydrogen (tritium). Sa kasong ito, nahahati ang mga particle ng alpha at nabuo ang helium. Ang mga particle ay inilalabas sa magkasalungat na direksyon. Ang nuclear reaction na ito ay ipinapakita sa figure sa ibaba.
Ang pag-aari na ito ng isotope ay ginagamit bilang isang alternatibo upang palitan ang tritium sa mga fusion reactor at bomba, dahil ang tritium ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mas maliitkatatagan.
Lithium isotope 7Li sa anyo ng likido ay may mataas na tiyak na init at mababang nuclear effective na cross section. Sa isang haluang metal na may sodium, cesium at beryllium fluoride, ginagamit ito bilang coolant, gayundin bilang solvent para sa U at Th fluoride sa mga liquid-s alt nuclear reactor.
Core layout
Ang pinakakaraniwang pagsasaayos ng mga lithium atom sa kalikasan ay kinabibilangan ng 3 proton at 4 na neutron. Ang natitira ay may 3 tulad na mga particle. Ang layout ng nuclei ng lithium isotopes ay ipinapakita sa figure sa ibaba (a at b, ayon sa pagkakabanggit).
Upang mabuo ang nucleus ng Li atom mula sa nucleus ng helium atom, kinakailangan at sapat na magdagdag ng 1 proton at 1 neutron. Ang mga particle na ito ay nagkokonekta sa kanilang mga magnetic force. Ang mga neutron ay may isang kumplikadong magnetic field, na binubuo ng 4 na pole, kaya sa figure para sa unang isotope, ang average na neutron ay may tatlong okupado na mga contact at isang potensyal na libre ang isa.
Ang minimum na binding energy ng lithium isotope 7Li na kinakailangan upang hatiin ang nucleus ng elemento sa mga nucleon ay 37.9 MeV. Ito ay tinutukoy ng paraan ng pagkalkula na ibinigay sa ibaba.
Sa mga formula na ito, ang mga variable at constant ay may sumusunod na kahulugan:
- n – bilang ng mga neutron;
- m – neutron mass;
- p – bilang ng mga proton;
- Ang dM ay ang pagkakaiba sa pagitan ng masa ng mga particle na bumubuo sa nucleus at ng masa ng nucleus ng lithium isotope;
- Ang 931 meV ay ang enerhiya na katumbas ng 1 a.u. e.m.
Nuclearpagbabagong-anyo
Isotopes ng elementong ito ay maaaring magkaroon ng hanggang 5 dagdag na neutron sa nucleus. Gayunpaman, ang buhay ng ganitong uri ng lithium ay hindi lalampas sa ilang millisecond. Kapag ang isang proton ay nakuha, ang isotope 6Li ay nagiging 7Be, na pagkatapos ay nabubulok sa isang alpha particle at isang helium isotope 3 Siya. Kapag binomba ng mga deuteron, lilitaw muli ang 8Be. Kapag ang isang deuteron ay nakuha ng nucleus 7Li, ang nucleus ay nakuha 9Be, na agad na nabubulok sa 2 alpha particle at isang neutron.
Tulad ng ipinapakita ng mga eksperimento, kapag binobomba ang mga isotopes ng lithium, maraming iba't ibang mga reaksyong nuklear ang maaaring maobserbahan. Naglalabas ito ng malaking halaga ng enerhiya.
Matanggap
Lithium isotope separation ay maaaring gawin sa maraming paraan. Ang pinakakaraniwan ay:
- Paghihiwalay sa daloy ng singaw. Upang gawin ito, ang isang dayapragm ay inilalagay sa isang cylindrical na sisidlan kasama ang axis nito. Ang gaseous mixture ng isotopes ay pinapakain patungo sa auxiliary steam. Ang ilan sa mga molecule na pinayaman sa light isotope ay naipon sa kaliwang bahagi ng apparatus. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga light molecule ay may mataas na rate ng diffusion sa pamamagitan ng diaphragm. Pinalalabas ang mga ito kasama ng daloy ng singaw mula sa tuktok na nozzle.
- Proseso ng Thermodiffusion. Sa teknolohiyang ito, tulad ng sa nauna, ginagamit ang pag-aari ng iba't ibang bilis para sa paglipat ng mga molekula. Ang proseso ng paghihiwalay ay nagaganap sa mga haligi na ang mga dingding ay pinalamig. Sa loob ng mga ito, isang pulang-mainit na wire ang nakaunat sa gitna. Bilang resulta ng natural na kombeksyon, 2 daloy ang lumitaw - ang mainit ay gumagalawmga wire pataas, at malamig - kasama ang mga dingding pababa. Ang mga magaan na isotopes ay naipon at inaalis sa itaas na bahagi, at mabibigat na isotopes sa ibabang bahagi.
- Gas centrifugation. Ang isang pinaghalong isotopes ay pinapatakbo sa isang centrifuge, na isang manipis na pader na silindro na umiikot sa mataas na bilis. Ang mga mas mabibigat na isotopes ay itinapon ng centrifugal force laban sa mga dingding ng centrifuge. Dahil sa paggalaw ng singaw, dinadala ang mga ito pababa, at mga light isotopes mula sa gitnang bahagi ng device - pataas.
- Pamaraang kimikal. Ang kemikal na reaksyon ay nagpapatuloy sa 2 reagents na nasa iba't ibang estado ng phase, na ginagawang posible na paghiwalayin ang mga daloy ng isotope. May mga uri ng teknolohiyang ito, kapag ang ilang isotopes ay na-ionize ng laser at pagkatapos ay pinaghihiwalay ng magnetic field.
- Electrolysis ng mga chloride s alt. Ang paraang ito ay ginagamit para sa lithium isotopes lamang sa mga kondisyon ng laboratoryo.
Application
Praktikal na lahat ng application ng lithium ay eksaktong nauugnay sa mga isotopes nito. Ang isang variation ng elemento na may mass number na 6 ay ginagamit para sa mga sumusunod na layunin:
- bilang pinagmumulan ng tritium (nuclear fuel sa mga reactor);
- para sa industriyal na synthesis ng tritium isotopes;
- para sa paggawa ng mga sandatang thermonuclear.
Isotope 7Li ay ginagamit sa mga sumusunod na field:
- para sa paggawa ng mga rechargeable na baterya;
- sa gamot - para sa paggawa ng mga antidepressant at tranquilizer;
- sa mga reactor: bilang isang coolant, upang mapanatili ang mga kondisyon ng pagpapatakbo ng tubigmga power reactor ng mga nuclear power plant, para linisin ang coolant sa mga demineralizer ng pangunahing circuit ng mga nuclear reactor.
Ang saklaw ng lithium isotopes ay nagiging mas malawak. Kaugnay nito, ang isa sa mga pangunahing problema ng industriya ay ang pagkuha ng substance na may mataas na kadalisayan, kabilang ang mga mono-isotopic na produkto.
Noong 2011, inilunsad din ang produksyon ng mga tritium na baterya, na nakukuha sa pamamagitan ng pag-iilaw ng lithium na may lithium isotopes. Ginagamit ang mga ito kung saan kailangan ang mababang agos at mahabang buhay ng serbisyo (mga pacemaker at iba pang implant, downhole sensor at iba pang kagamitan). Ang kalahating buhay ng tritium, at samakatuwid ang buhay ng baterya, ay 12 taon.
