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  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  ثانية ويضمحل بإصدار بروتون ليشكل النظير هيليوم-3 

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.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  

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.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 

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.

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

 الرمز Z(ب) N(ن) كتلة النظير (u) عمر النصف نمطالاضمحلال ناتجالاضمحلالالنظائر المستقرة بالخط الغليظ لفمغزلي تركيبالنظائرالتمثيلي(كسر مولي) مجال التفاوتالطبيعي(كسر مولي) طاقة التنشيط 3Li 3 0      4Li 3 1  [] p 3He  5Li 3 2  [~] p 4He 3/2− 6Li 3 3 مستقر 1+ [] – 7Liينتج في الاصطناع النووي أثناء الانفجار العظيم 3 4 مستقر 3/2− [] – 8Li 3 5   β− 8Be يضمحل تلقائياً إلى 4He من خلال التفاعل 
−8Li → 24He + e 2+9Li 3 6 β−, n 50.8% 8Be يضمحل تلقائياً إلى ذرتي 4He من خلال التفاعل
−9Li → 24He + 1n + e3/2− β− 49.2% 9Be 10Li 3 7  [] n 9Li (1−,2−) 10m1Li     1+ 10m2Li     2+11Li لديه 2 نيوترون هالو 3 8 β−, n 84.9% 10Be3/2− β− 8.07% 11Be β−, 2n 4.1% 9Be β−, 3n 1.9% 8Be يضمحل تلقائياً إلى ذرتي 4He من خلال التفاعل
−11Li → 24He + 31n + e β−, انشطار 1.0% 7He و 4He β−, انشطار 0.014% 8Li و 3H β−, انشطار 0.013% 9Li
, 2H 12Li 3 9 # < n 11Li

المراجع

تصنيف:نظائر الليثيوم
ليثيوم