A természetben előforduló lítium (Li) (standard atomtömeg: 6,941(2) u) két stabil izotópból áll (6Li és 7Li, melyek közül az utóbbi mennyisége a nagyobb, 92,5%). Mindkét természetes izotóp egy nukleonra eső kötési energiája anomáliásan alacsony a szomszédos elemekhez (hélium és berillium) képest, ami azt jelenti, hogy a stabil könnyű magok közül egyedülálló módon a lítium energia felszabadulása közben képes hasadásra. Mindezidáig kilenc (3 és 13 közötti számú nukleont tartalmazó) radioaktív izotópot írtak le, ezek közül a legstabilabb a 8Li, 838 ms felezési idővel, a 9Li, melynek felezési ideje 178,3 ms, valamint a 11Li, 8,59 ms felezési idővel. A többi izotóp felezési ideje 10 ns-nál is rövidebb. A legrövidebb élettartamú izotóp a 4Li, mely – proton kibocsátás közben – 7,58 43 s felezési idővel bomlik.

A 7Li egyike a primordiális (elsődleges) nuklidoknak, melyek az ősrobbanáskori nukleoszintézis során keletkeztek (a 6Li kis mennyiségben a csillagokban is keletkezik). A lítium izotópok jelentős mértékben elválasztódnak sokféle természetes folyamat közben, beleértve az ásványképződést (kémiai ülepedés), anyagcserét és ioncserét. A lítiumion az oktaéderes agyagásványokban helyettesíti a magnéziumot és a vasat, de ezekben a 6Li preferált a 7Li-tel szemben, így a könnyebb izotóp feldúsul a fordított ozmózisos és kőzetátalakulási folyamatokban.

Izotópok

Colex elválasztás A 6Li higanyhoz való affinitása nagyobb, mint a 7Li-é. Ha lítium-higany amalgám érintkezik lítium-hidroxid oldattal, akkor a 6Li inkább az amalgámban koncentrálódik, míg a 7Li a hidroxidban.

Ez adja a colex (column exchange, oszlopcserélő) elválasztási módszer alapját: amalgám és hidroxid áramlik egymással szemben többlépcsős kaszkádban. A 6Li frakciót inkább a higany viszi magával, míg a 7Li a hidroxiddal áramlik.

Az oszlop alján a (6Li-ban feldúsult) lítiumot elválasztják az amalgámtól, visszanyerik a higanyt és újra felhasználják a frissen betáplált nyersanyaghoz. Az oszlop tetején a lítium-hidroxid oldatot elektrolizálják, így nyerik a 7Li-ben gazdagabb frakciót. Az ezzel a módszerrel elérhető dúsítás mértéke az oszlop hosszától és az áramlási sebességtől függ.

Vákuumdesztilláció A lítiumot vákuumban körülbelül 550 °C hőmérsékletre hevítik. A lítiumatomok elpárolognak a folyadék felszínéről, és az afölött néhány centiméterre elhelyezett hideg felületen gyűlnek össze. A lítium-6 gyorsabban párolog, így a desztillátumban feldúsul.

Az elválasztás elméleti hatásfoka mintegy 8%. Nagyobb fokú dúsítás többlépcsős eljárással érhető el.

Lítium-4 A lítium-4 a lítium legrövidebb élettartamú izotópja, 3 protont és egy neutront tartalmaz. Proton kibocsátás közben 3He-má bomlik, felezési ideje 9,1 s. Köztitermékként keletkezhet egyes magfúziós reakciók során.

Lítium-6 A lítium-6 a trícium előállításának fontos forrása, valamint neutronelnyelő a magfúziós reakciókban. A természetes lítium körülbelül 7,5% 6Li-ot tartalmaz. Nagy mennyiségű 6Li izotópot választottak el nukleáris fegyverekben történő felhasználásra. Előállítását már abbahagyták, de készletek még vannak belőle. Ez az izotóp a más részecskékkel való kölcsönhatásban fermionként viselkedik, mivel benne 3 proton, 3 neutron és 3 elektron található.

Lítium-7 A 6Li előállítása során visszamaradó anyag egy részét (mely 6Li-ban elszegényedett, és 7Li-ben dúsult) kereskedelmi forgalomba hozták, más részét kibocsátották a természetbe. A természeteshez képest 35,4%-ot is elérő 7Li dúsulást mértek talajvízből. Az elszegényített anyagban a 6Li részaránya a normális érték akár 20%-ára is lecsökkenhet, az ilyen minták atomtömege kb. a 6,94–6,99 u tartományba esik. Mindezek eredményeként a lítium atomtömege a forrástól függően nagyon eltérő lehet. Minden mintára érvényes pontos atomtömeget nem lehet megadni.

A 7Li-et a folyékony sóolvadékos tóriumreaktorokban használt lítium-fluorid oldószerben kerülhet alkalmazásra. Ugyanakkor a pontos izotópszétválasztás ez esetben nagyon fontos, mivel a 6Li abszorpciós hatáskeresztmetszete termikus neutronokra sokkal nagyobb (941 barn), mint a 7Li-é (0,045 barn).

A lítium-7-hidroxidot a nyomottvizes reaktorok hűtőközegének lúgosítására használják.

Előállítottak olyan 7Li-et is, amely – az atommagokat általában alkotó protonok és neutronok mellett – egy lambda bariont is tartalmazott.

Lítium-11 A lítium-11 atommagjáról úgy tartják, hogy nukleonudvarral (halo) rendelkezik, a magot 3 proton és 8 neutron alkotja, mely utóbbiak közül 2 nukleonudvart alkot. Kísérletileg mért keresztmetszete kivételesen nagy: 3,16 fm, mely az 208Pb-éhoz mérhető. β−-bomlás révén gerjesztett állapotú 11Be izotóp keletkezik belőle, mely többféleképpen alakulhat tovább (lásd a lenti táblázatot).

Táblázat nuklidjele Z(p) N(n)  izotóptömeg (u)  felezési idő bomlásimód(ok) leány-izotóp(ok)A stabil izotópok félkövérrel vannak jelezve magspin jellemzőizotóp-összetétel(móltört) természetesingadozás(móltört) gerjesztési energia 4Li 3 1 4,02719(23) 91(9) s[6,03 MeV] p 3He 2− 5Li 3 2 5,01254(5) 370(30) s[~1,5 MeV] p 4He 3/2− 6Li 3 3 6,015122795(16)Stabil 1+ [0,0759(4)] 0,07714–0,07225 7LiAz ősrobbanáskori nukleoszintézis során keletkezett 3 4 7,01600455(8)Stabil 3/2− [0,9241(4)] 0,92275–0,92786 8Li 3 5 8,02248736(10) 840,3(9) ms β−, hasadás 2 4He 2+9Li 3 69,0267895(21)178,3(4) ms β−, n (50,8%) 8BeAzonnal két 4He atomra bomlik az alábbi reakció szerint: 9Li → 24He + 1n + e−3/2− β− (49,2%) 9Be 10Li 3 7 10,035481(16) 2,0(5) s[1,2(3) MeV] n 9Li (1−,2−) 10m1Li 200(40) keV 3,7(15) s 1+ 10mqLi 480(40) keV 1,35(24) s 2+11Li2 halo neutronnal rendelkezik 3 811,043798(21)8,75(14) ms β−, n (84,9%) 10Be3/2− β− (8,07%) 11Be β−, 2n (4,1%) 9Be β−, 3n (1,9%) 8BeAzonnal két 4He atomra bomlik az alábbi reakció szerint: 11Li → 24He + 31n + e− β−, hasadás (1,0%) 7He, 4He β−, hasadás (0,014%) 8Li, 3H β−, hasadás (0,013%) 9Li, 2H 12Li 3 9 12,05378(107)# <10 ns n 11Li

Megjegyzések Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot. Ismeretesek olyan geológiai minták, amelyek izotóp-összetétele a szokásos értékeken kívül van. Az atomtömeg bizonytalansága ezeknél meghaladhatja a jelzett hibahatárt. A kereskedelmileg hozzáférhető anyagok esetén előfordulhat nem közölt vagy nem szándékos izotópelválasztás. A megadott értékektől lényeges eltérések adódhatnak. A szegényített anyagban a 6Li relatív gyakorisága a normál érték akár 80%-ával is csökkenhet, így atomtömegére 6,94–6,99 u vagy afölötti érték is adódhat. A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél rendszeres tendenciákat is figyelembe vettek. A gyenge asszignációs argumentumú spineket zárójelben jelöltük. A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke a standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg. A 11Li két gyengén kötött neutronból álló nukleonudvara van, ez magyarázza a sugárban tapasztalt jelentős különbséget.

Fordítás

Hivatkozások

Izotóptömegek:

Izotópösszetétel és standard atomtömegek:

A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:

Kategória:Izotópok