リチウムの同位どうい体たい

リチウム(Li)（標準ひょうじゅん原子げんし量りょう: 6.941(2) u）には天然てんねんに⁶Liと⁷Liの2つの同位どうい体たいがある。⁷Liの存在そんざい比ひは92.5%である。また、7つの放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいが同定どうていされていて、最もっとも安定あんていな⁸Liの半減はんげん期きは838ミリ秒びょうであり、⁹Liの半減はんげん期きは178.3ミリ秒びょうである。その他たの放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいは8.6ミリ秒びょう以下いかの半減はんげん期きを持もつ。最もっとも不安定ふあんていなものは⁴Liで、陽子ようし放出ほうしゅつによって、7.58043×10⁻²³ 秒びょうの半減はんげん期きで崩壊ほうかいする。

⁷Liは、ビッグバン原子核げんしかく合成ごうせいにより生しょうじた最初さいしょのうちの元素げんその1つである（⁶Liも恒星こうせいの中なかにわずかにできた）。リチウムの同位どうい体たい分別ふんべつは天然てんねんにおいても、鉱物こうぶつの生成せいせい、代謝たいしゃ、イオン交換こうかん等ひとし、様々さまざまなプロセスにおいて行おこなわれる。例たとえば、リチウムイオンは、粘土ねんど中なかの鉱物こうぶつの中なかで、マグネシウムや鉄てつと置換ちかんするが、ここでは⁶Liがより多おおく選択せんたくされる。

同位どうい体たい分別ふんべつ

カラム交換こうかん

リチウム6はリチウム7よりも水銀すいぎんに対たいする親和しんわ性せいが高たかい。そのため、水酸化すいさんかリチウム溶液ようえきと、リチウムと水銀すいぎんのアマルガムを接触せっしょくさせると、リチウム6が優先ゆうせん的てきにアマルガム中ちゅうで濃縮のうしゅくされ、リチウム7は溶液ようえき中ちゅうに放出ほうしゅつされる。

これがカラム交換こうかん分離ぶんり法ほうの原理げんりである。リチウム6画かく分ぶんは水銀すいぎんによって先さきに流ながれ、リチウム7画かく分ぶんは水酸化物すいさんかぶつとともに流ながれる。

カラムの底そこでは、リチウム6の割合わりあいが多おおいリチウムがアマルガムから分離ぶんりされ、水銀すいぎんは回収かいしゅうされて再さい利用りようされる。 カラムの上部じょうぶでは、水酸化すいさんかリチウム溶液ようえきの電解でんかいによってリチウム7の割合わりあいが多おおいリチウムが解放かいほうされる。この方法ほうほうでは分離ぶんり度どはカラムの長ながさと流速りゅうそくに依存いぞんする。

真空しんくう蒸留じょうりゅう

リチウムは真空しんくう中ちゅうでは約やく550℃まで熱ねっせられる。リチウム原子げんしは液えき面めんから蒸発じょうはつし、数かずcm上じょうの冷つめたい面めんに集あつめられるが、リチウム6原子げんしが優先ゆうせん的てきに集あつめられる。

理論りろん的てきな分離ぶんり効率こうりつは約やく8%である。このプロセスを何なん度ども繰くり返かえすことで、高たかい分離ぶんり度どを得えることができる。

同位どうい体たい

リチウム4

リチウム4は3つの陽子ようしと1つの中性子ちゅうせいしから構成こうせいされる。リチウムの同位どうい体たいの中なかで最もっとも寿命じゅみょうが短みじかい。陽子ようし放出ほうしゅつにより崩壊ほうかいする。いくつかの核かく融合ゆうごう反応はんのうの中なか間あいだ体たいとして生成せいせいする。

リチウム6

リチウム6はトリチウムの原料げんりょう物質ぶっしつとなり、核かく融合ゆうごう反応はんのうの中性子ちゅうせいし吸収きゅうしゅう材ざいにもなる。天然てんねんのリチウムの7.5%を占しめる。リチウム6の大だい部分ぶぶんは核兵器かくへいきへの使用しようのために分離ぶんりされる。

リチウム6は中性子ちゅうせいしを吸収きゅうしゅうしてトリチウムとヘリウム4を生成せいせいする。この反応はんのうは発熱はつねつ反応はんのうである。

⁶Li+n=T+⁴He+4.8MeV

リチウム7

リチウム6の製造せいぞうに使用しようした残ざん渣のほとんどはリチウム7であり、環境かんきょう中ちゅうに放出ほうしゅつされることもある。リチウム7の割合わりあいが天然てんねんより35.4%高たかい場所ばしょが、ペンシルベニア州しゅうWest Valley Creekの海底かいていの炭酸たんさん塩しお帯たい水みず層そうにある。このようにリチウムの同位どうい体たい構成こうせい比ひは源みなもとによって大おおきく違ちがう。

リチウム7は、液体えきたいフッ素ふっそ原子げんし炉ろのフッ化かリチウム溶媒ようばいとして用もちいられている。

また、リチウム7の水酸化物すいさんかぶつは加圧水かあつすい型がた原子げんし炉ろの冷却れいきゃく液えきのアルカリ化かに用もちいられている。

リチウム7は中性子ちゅうせいしを吸収きゅうしゅうしてトリチウムとヘリウム4と中性子ちゅうせいしを生成せいせいする。この反応はんのうは吸熱反応はんのうである。

⁷Li+n+2.5MeV=T+⁴He+n

一覧いちらん

同位どうい体たい 核種かくしゅ	Z(p)	N(n)	同位どうい体質たいしつ量りょう (u)	半減はんげん期き	核かくスピン	天然てんねん存在そんざい比ひ (モル分ぶん率りつ)	天然てんねん存在そんざい比ひの範囲はんい (モル分ぶん率りつ)
3Li	3	0	3.030775
4Li	3	1	4.02719(23)	9.1(9)×10−23 s [6.3 MeV]	2-
5Li	3	2	5.01254(5)	3.7(30)×10−22 s [~1.5 MeV]	3/2-
6Li	3	3	6.015122795(16)	安定あんてい	1+	[0.075899(4)]	0.07714-0.07225
7Li	3	4	7.01600455(8)	安定あんてい	3/2-	[0.9241(4)]	0.92275-0.92786
8Li	3	5	8.022487359(10)	840.3(9) ms	2+
9Li	3	6	9.026789499(21)	178.3(4) ms	3/2-
10Li	3	7	10.035481(16)	2(5)×10−21 s [1.2(3) MeV]	(1-,2-)
11Li	3	8	11.04798(21)	8.75(14) ms	3/2-
12Li	3	9	12.053779(107)#	<10 ns

・同位どうい体たいの存在そんざい比ひは地球ちきゅう上じょうにおいても環境かんきょうによって変動へんどうする。そのため、リチウムの原子げんし量りょうは日本にっぽん化か学会がっかいの発行はっこうする元素げんそ周期しゅうき表ひょうにおいても範囲はんいで示しめされている。同様どうような元素げんそは同どう周期しゅうき表ひょうにおいてリチウム含ふくめ13種しゅ存在そんざいする。

参考さんこう文献ぶんけん

• Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
• Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
  • David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.