Els isòtops de liti s'utilitzen àmpliament no només en la indústria nuclear, sinó també en la producció de bateries recarregables. N'hi ha de diversos tipus, dos dels quals es troben a la natura. Les reaccions nuclears amb isòtops van acompanyades de l'alliberament de grans quantitats de radiació, que és una direcció prometedora en la indústria energètica.
Definició
Els isòtops de liti són varietats d'àtoms d'un element químic determinat. Es diferencien entre si pel nombre de partícules elementals de càrrega neutra (neutrons). La ciència moderna coneix 9 d'aquests isòtops, set dels quals són artificials, amb masses atòmiques de 4 a 12.
D'aquests, el més estable és 8Li. La seva vida mitjana és de 0,8403 segons. També s'han identificat 2 tipus de nuclids isomèrics nuclears (nuclis atòmics que difereixen no només pel nombre de neutrons, sinó també de protons): 10m1Li i 10m2 Li. Són diferents en l'estructura dels àtoms a l'espai i en les propietats.
Estar a la natura
En condicions naturals, només hi ha 2 isòtops estables, amb una massa de 6 i 7 unitats a. menjar(6Li, 7Li). El més comú d'aquests és el segon isòtop del liti. El liti del sistema periòdic de Mendeleiev té el número de sèrie 3 i el seu nombre de massa principal és 7 ua. e. m. Aquest element és força rar a l'escorça terrestre. La seva extracció i processament són costosos.
La principal matèria primera per a l'obtenció de liti metàl·lic és el seu carbonat (o carbonat de liti), que es converteix en clorur, i després s'electròliza en una barreja amb KCl o BaCl. El carbonat s'aïlla de materials naturals (lepidolita, espodumen piroxè) mitjançant la sinterització amb CaO o CaCO3.
A les mostres, la proporció d'isòtops de liti pot variar molt. Això es produeix com a resultat del fraccionament natural o artificial. Aquest fet es té en compte quan es realitzen experiments de laboratori precisos.
Característiques
Isòtops de liti 6Li i 7Li difereixen en propietats nuclears: la probabilitat d'interacció de les partícules elementals del nucli atòmic i la reacció productes. Per tant, el seu abast també és diferent.
Quan l'isòtop de liti 6Li és bombardejat amb neutrons lents, es produeix hidrogen superpesat (triti). En aquest cas, les partícules alfa es separen i es forma heli. Les partícules són expulsades en direccions oposades. Aquesta reacció nuclear es mostra a la figura següent.
Aquesta propietat de l'isòtop s'utilitza com a alternativa per substituir el triti en reactors de fusió i bombes, ja que el triti es caracteritza per unestabilitat.
Isòtop de liti 7Li en forma líquida té una calor específica elevada i una secció efectiva nuclear baixa. En un aliatge amb fluorur de sodi, cesi i beril·li, s'utilitza com a refrigerant, així com com a dissolvent per als fluorurs U i Th en reactors nuclears de sal líquida.
Disposició bàsica
La disposició més comuna dels àtoms de liti a la natura inclou 3 protons i 4 neutrons. La resta tenen 3 d'aquestes partícules. La disposició dels nuclis dels isòtops de liti es mostra a la figura següent (a i b, respectivament).
Per formar el nucli d'un àtom de Li a partir del nucli d'un àtom d'heli, és necessari i suficient afegir 1 protó i 1 neutró. Aquestes partícules connecten les seves forces magnètiques. Els neutrons tenen un camp magnètic complex, que consta de 4 pols, de manera que a la figura del primer isòtop, el neutró mitjà té tres contactes ocupats i un potencialment lliure.
L'energia d'unió mínima de l'isòtop de liti 7Li necessària per dividir el nucli de l'element en nucleons és de 37,9 MeV. Es determina pel mètode de càlcul que es mostra a continuació.
En aquestes fórmules, les variables i constants tenen el significat següent:
- n – nombre de neutrons;
- m - massa de neutrons;
- p – nombre de protons;
- dM és la diferència entre la massa de les partícules que formen el nucli i la massa del nucli de l'isòtop de liti;
- 931 meV és l'energia corresponent a 1 ua. e.m.
Nucleartransformacions
Els isòtops d'aquest element poden tenir fins a 5 neutrons addicionals al nucli. Tanmateix, la vida útil d'aquest tipus de liti no supera els pocs mil·lisegons. Quan es captura un protó, l'isòtop 6Li es converteix en 7Be, que després es desintegra en una partícula alfa i un isòtop d'heli 3 Ell. Quan són bombardejats per deuterons, reapareix 8Be. Quan un deuteró és capturat pel nucli 7Li, s'obté el nucli 9Be, que es desintegra immediatament en 2 partícules alfa i un neutró.
Com mostren els experiments, quan es bombardegen isòtops de liti, es poden observar una gran varietat de reaccions nuclears. Això allibera una quantitat important d'energia.
Rebre
La separació d'isòtops de liti es pot fer de diverses maneres. Els més comuns són:
- Separació en el flux de vapor. Per fer-ho, es col·loca un diafragma en un recipient cilíndric al llarg del seu eix. La mescla gasosa d'isòtops s'alimenta cap al vapor auxiliar. Algunes de les molècules enriquides en l'isòtop de la llum s'acumulen al costat esquerre de l'aparell. Això es deu al fet que les molècules de llum tenen una alta velocitat de difusió a través del diafragma. Es descarreguen juntament amb el flux de vapor del broquet superior.
- Procés de termodifusió. En aquesta tecnologia, com en l'anterior, s'utilitza la propietat de diferents velocitats per moure molècules. El procés de separació té lloc en columnes les parets de les quals es refreden. A l'interior d'ells s'estira un cable roent al centre. Com a resultat de la convecció natural, sorgeixen 2 fluxos: el càlid es moucables cap amunt, i fred - al llarg de les parets cap avall. Els isòtops lleugers s'acumulen i s'eliminen a la part superior, i els isòtops pesats a la part inferior.
- Centrifugació amb gas. Una barreja d'isòtops s'executa en una centrífuga, que és un cilindre de parets primes que gira a gran velocitat. Els isòtops més pesats són llançats per força centrífuga contra les parets de la centrífuga. A causa del moviment del vapor, es transporten cap avall i els isòtops lleugers de la part central del dispositiu - cap amunt.
- Mètode químic. La reacció química transcorre en 2 reactius que es troben en diferents estats de fase, la qual cosa permet separar els fluxos isòtops. Hi ha varietats d'aquesta tecnologia, quan certs isòtops són ionitzats per un làser i després separats per un camp magnètic.
- Electròlisi de sals de clorur. Aquest mètode només s'utilitza per als isòtops de liti en condicions de laboratori.
Aplicació
Pràcticament totes les aplicacions del liti estan associades precisament amb els seus isòtops. S'utilitza una variació de l'element amb un nombre de massa de 6 per als propòsits següents:
- com a font de triti (combustible nuclear en reactors);
- per a la síntesi industrial d'isòtops de triti;
- per fabricar armes termonuclears.
Isòtop 7Li s'utilitza en els camps següents:
- per a la producció de bateries recarregables;
- en medicina - per a la fabricació d'antidepressius i tranquil·litzants;
- en reactors: com a refrigerant, per mantenir les condicions de funcionament de l'aiguareactors de potència de les centrals nuclears, per netejar el refrigerant dels desmineralitzadors del circuit primari dels reactors nuclears.
L'abast dels isòtops de liti és cada cop més ampli. En aquest sentit, un dels problemes urgents de la indústria és obtenir una substància d' alta puresa, incloent productes monoisotòpics.
L'any 2011 també es va posar en marxa la producció de bateries de triti, que s'obtenen per irradiació de liti amb isòtops de liti. S'utilitzen quan es requereixen corrents baixes i una llarga vida útil (marcapassos i altres implants, sensors de fons de forat i altres equips). La vida mitjana del triti, i per tant la vida útil de la bateria, és de 12 anys.
