Isotop litium

Isotop utama litium
Iso­top Peluruhan
kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk
6Li [1,9%, 7,8%][1] stabil
7Li [92,2%, 98,1%][1] stabil
Berat atom standar Ar°(Li)
  • [6,938, 6,997]
  • 6,94±0,06 (diringkas)

Litium (3Li) yang terbentuk secara alami terdiri dari dua isotop stabil, litium-6 dan litium-7, dengan yang terakhir jauh lebih melimpah di Bumi. Kedua isotop alami tersebut memiliki energi pengikatan inti per nukleon yang sangat rendah (5.332,3312(3) MeV untuk litium-6 dan 5.606,4401(6) MeV untuk litium-7) bila dibandingkan dengan unsur yang lebih ringan dan lebih berat yang berdekatan, helium (7.073,9156(4) MeV untuk helium-4) dan berilium (6.462,6693(85) MeV untuk berilium-9). Radioisotop litium yang berumur paling lama adalah litium-8, yang memiliki waktu paruh hanya 838,7(3) milidetik. Litium-9 memiliki waktu paruh 178,2(4) milidetik, dan litium-11 memiliki waktu paruh 8,75(6) milidetik. Semua isotop litium yang tersisa memiliki waktu paruh yang lebih pendek dari 10 nanodetik. Isotop litium yang berumur pendek yang diketahui adalah litium-4, yang meluruh melalui emisi proton dengan waktu paruh sekitar 91(9) yoktodetik (9,1(9)×10−23 detik), meskipun waktu paruh litium-3 belum ditentukan, dan kemungkinan akan jauh lebih pendek, seperti helium-2 (diproton) yang mengalami emisi proton dalam 10−9 detik.

Litium-7 dan litium-6 adalah dua nuklida primordial yang diproduksi dalam Ledakan Dahsyat, dengan litium-7 menjadi 10−9 dari semua nuklida primordial, dan litium-6 sekitar 10−13.[2] Sebagian kecil lithium-6 juga diketahui dihasilkan oleh reaksi nuklir pada bintang-bintang tertentu. Isotop litium agak terpisah selama berbagai proses geologis, termasuk pembentukan mineral (presipitasi kimia dan pertukaran ion). Ion litium menggantikan magnesium atau besi di lokasi oktahedral tertentu pada tanah liat, dan litium-6 terkadang lebih disukai daripada litium-7. Hal ini menghasilkan beberapa pengayaan litium-6 dalam proses geologis.

Litium-6 adalah isotop yang penting dalam fisika nuklir karena ketika ia dibombardir dengan neutron, maka tritium akan dihasilkan.

Daftar isotop

Nuklida[3]
[n 1] 		Z N Massa isotop (Da)[4]
[n 2][n 3] 		Waktu paruh

[lebar resonansi] 		Mode
peluruhan
[n 4] 		Isotop
anak
[n 5] 		Spin dan
paritas
[n 6][n 7] 		Kelimpahan alami (fraksi mol)
Energi eksitasi Proporsi normal Rentang variasi
3Li[n 8] 3 0 3,03078(215)# p ?[n 9] 2He ? 3/2−#
4Li 3 1 4,02719(23) 91(9) ydtk
[5,06(52) MeV] 		p 3He 2−
5Li 3 2 5,012540(50) 370(30) ydtk
[1,24(10) MeV] 		p 4He 3/2−
6Li[n 10] 3 3 6,0151228874(15) Stabil 1+ [0,019, 0,078][5]
6mLi 3.562,88(10) keV 56(14) adtk IT 6Li 0+
7Li[n 11] 3 4 7,016003434(4) Stabil 3/2− [0,922, 0,981][5]
8Li 3 5 8,02248624(5) 838,7(3) mdtk β− 8Be[n 12] 2+
9Li 3 6 9,02679019(20) 178,2(4) mdtk β−n (50,5(1,0)%) 8Be[n 13] 3/2−
β− (49,5(1,0)%) 9Be
10Li 3 7 10,035483(14) 2,0(5) zdtk
[0,2(1,2) MeV] 		n 9Li (1−, 2−)
10m1Li 200(40) keV 3,7(1,5) zdtk IT 1+
10m2Li 480(40) keV 1,35(24) zdtk
[0,350(70) MeV] 		IT 2+
11Li[n 14] 3 8 11,0437236(7) 8,75(6) mdtk β−n (86,3(9)%) 10Be 3/2−
β− (6,0(1,0)%) 11Be
β−2n (4,1(4)%) 9Be
β−3n (1,9(2)%) 8Be[n 15]
β−α (1,7(3)%) 7He
β−d (0,0130(13)%) 9Li
β−t (0,0093(8)%) 8Li
12Li 3 9 12,052610(30) n ?[n 9] 11Li ? (1−, 2−)
13Li 3 10 13,061170(80) 3,3(1,2) zdtk
[0,2(9,2) MeV] 		2n 11Li 3/2−#
Header & footer tabel ini:  view 
  1. ^ mLi – Isomer nuklir tereksitasi.
  2. ^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
  3. ^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
  4. ^ Mode peluruhan:
    IT: Transisi isomerik
    n: Emisi neutron
    p: Emisi proton
  5. ^ Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
  6. ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
  7. ^ # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
  8. ^ Penemuan isotop ini belum dikonfirmasi
  9. ^ a b Mode peluruhan yang ditunjukkan secara energetik diperbolehkan, tetapi belum diamati secara eksperimental terjadi di nuklida ini.
  10. ^ Salah satu dari sedikit inti ganjil-ganjil yang stabil
  11. ^ Diproduksi dalam nukleosintesis Ledakan Dahsyat dan spalasi sinar kosmik
  12. ^ Segera meluruh menjadi dua partikel α untuk reaksi bersih 8Li → 24He + e−
  13. ^ Segera meluruh menjadi dua partikel α untuk reaksi bersih 9Li → 24He + 1n + e−
  14. ^ Memiliki 2 neutron halo
  15. ^ Segera meluruh menjadi dua atom 4He untuk reaksi bersih 11Li → 24He + 31n + e−

Pemisahan isotop

Pemisahan colex

Artikel utama: Proses COLEX

Litium-6 memiliki afinitas yang lebih besar daripada litium-7 untuk unsur raksa. Ketika amalgam litium dan raksa ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung litium hidroksida, litium-6 menjadi lebih pekat dalam amalgam dan litium-7 lebih banyak dalam larutan hidroksida.

Metode pemisahan colex (column exchange, pertukaran kolom) memanfaatkan hal ini dengan melewatkan aliran berlawanan dari amalgam dan hidroksida melalui beberapa tahapan. Fraksi litium-6 lebih disukai dikeringkan oleh raksa, tetapi litium-7 sebagian besar mengalir dengan hidroksida. Di bagian bawah kolom, litium (diperkaya dengan litium-6) dipisahkan dari amalgam, dan raksa diperoleh kembali untuk digunakan kembali dengan bahan mentah segar. Di bagian atas, larutan litium hidroksida dielektrolisis untuk membebaskan fraksi litium-7. Pengayaan yang diperoleh dengan metode ini bervariasi dengan panjang kolom dan kecepatan aliran.

Distilasi vakum

Litium dipanaskan hingga suhu sekitar 550 °C dalam ruang hampa. Atom litium menguap dari permukaan cairan dan dikumpulkan pada permukaan dingin yang diposisikan beberapa sentimeter di atas permukaan cairan. Karena atom litium-6 memiliki jalur bebas rata-rata yang lebih besar, mereka dikumpulkan secara istimewa.

Efisiensi pemisahan teoritis adalah sekitar 8,0 persen. Proses multitahap dapat digunakan untuk mendapatkan derajat pemisahan yang lebih tinggi.

Litium-3 (triproton)

Litium-3, juga dikenal sebagai triproton, terdiri dari tiga proton dan nol neutron. Ia dilaporkan sebagai proton tidak terikat pada tahun 1969, tetapi hasil ini tidak diterima dan keberadaannya tidak terbukti.[6] Tidak ada resonansi lain yang terkait dengan <3Li yang telah dilaporkan, dan diperkirakan akan meluruh dengan emisi proton yang cepat (seperti diproton, 2He).[7]

Litium-4

Litium-4 mengandung tiga proton dan satu neutron. Ia adalah isotop lithium yang berumur paling pendek, dengan waktu paruh 91(9) yoktodetik (9,1(9)×10−23 detik) dan meluruh dengan emisi proton menjadi helium-3.[8] Litium-4 dapat dibentuk sebagai perantara dalam beberapa reaksi fusi nuklir.

Litium-6

Litium-6 berharga sebagai bahan sumber untuk produksi tritium (hidrogen-3) dan sebagai penyerap neutron dalam reaksi fusi nuklir. Antara 1,9% dan 7,8% litium terestrial dalam bahan normal terdiri dari litium-6, dengan sisanya adalah litium-7. Sejumlah besar litium-6 telah dipisahkan untuk ditempatkan ke dalam senjata termonuklir. Pemisahan litium-6 sekarang telah berhenti di daya termonuklir besar[butuh rujukan], tetapi stoknya tetap ada di negara-negara tersebut.

Reaksi fusi deuterium–tritium telah diselidiki sebagai sumber energi yang mungkin, karena saat ini merupakan satu-satunya reaksi fusi dengan keluaran energi yang cukup untuk implementasi yang layak. Dalam skenario ini, litium-6 yang diperkaya akan diperlukan untuk menghasilkan jumlah tritium yang diperlukan. Kelimpahan litium-6 merupakan faktor pembatas potensial dalam skenario ini, meskipun sumber litium lain (seperti air laut) juga dapat digunakan.[9] Reaktor air berat bertekanan seperti CANDU menghasilkan sejumlah kecil tritium dalam pendingin/moderatornya dari penyerapan neutron dan ini kadang-kadang diekstraksi sebagai alternatif penggunaan litium-6.

Litium-6 adalah salah satu dari tiga isotop stabil dengan nilai spin 1, yang lainnya adalah deuterium dan nitrogen-14,[10] dan memiliki momen kuadrupol listrik nuklir bukan nol terkecil dari setiap inti stabil.

Litium-7

Litium-7 sejauh ini merupakan isotop litium yang paling melimpah, membentuk antara 92,2% dan 98,1% dari semua litium terestrial. Sebuah atom litium-7 mengandung tiga proton, empat neutron, dan tiga elektron. Karena sifat intinya, litium-7 lebih tidak umum daripada helium, karbon, nitrogen, atau oksigen di alam semesta, meskipun tiga yang terakhir semuanya memiliki inti yang lebih berat.

Produksi industri litium-6 menghasilkan produk limbah yang diperkaya dengan litium-7 dan terdeplesi dalam litium-6. Bahan ini telah dijual secara komersial, dan sebagian telah dilepaskan ke lingkungan. Kelimpahan relatif litium-7, setinggi 35 persen lebih besar dari nilai alami, telah diukur di air tanah dalam akuifer karbonat di bawah West Valley Creek di Pennsylvania, yang merupakan hilir dari pabrik pengolahan litium. Komposisi isotop litium dalam bahan normal dapat bervariasi tergantung pada asalnya, yang menentukan massa atom relatifnya dalam bahan sumber. Massa atom relatif yang akurat untuk sampel litium tidak dapat diukur untuk semua sumber litium.[11]

Litium-7 digunakan sebagai bagian dari litium fluorida cair dalam reaktor garam cair: reaktor nuklir fluorida cair. Penampang serapan neutron yang besar dari litium-6 (sekitar 940 barn[12]) dibandingkan dengan penampang neutron yang sangat kecil dari litium-7 (sekitar 45 milibarn) membuat pemisahan litium-7 dari litium alami menjadi persyaratan yang kuat untuk kemungkinan penggunaan dalam reaktor litium fluorida.

Litium-7 hidroksida digunakan untuk pembasaan pendingin dalam reaktor air bertekanan.[13]

Beberapa litium-7 telah diproduksi, selama beberapa pikodetik, yang mengandung partikel lambda dalam intinya, sedangkan inti atom umumnya dianggap hanya mengandung neutron dan proton.[14][15]

Litium-11

Litium-11 diperkirakan memiliki inti halo yang terdiri dari inti tiga proton dan delapan neutron, dua di antaranya berada dalam halo inti.[16] Ia memiliki penampang yang sangat besar, 3,16 fm2, sebanding dengan 208Pb. Ia meluruh dengan emisi beta dan emisi neutron menjadi 10Be, 11Be, atau 9Be (lihat tabel di atas dan di bawah).

Litium-12

Litium-12 memiliki waktu paruh yang jauh lebih pendek. Ia meluruh dengan emisi neutron menjadi 11Li, yang meluruh seperti yang disebutkan di atas.

Rantai peluruhan

Sementara peluruhan β− menjadi isotop berilium (sering dikombinasikan dengan emisi neutron tunggal atau ganda) dominan dalam isotop litium yang lebih berat, peluruhan 10Li dan 12Li melalui emisi neutron masing-masing menjadi 9Li dan 11Li karena posisinya di luar garis tetesan neutron. Litium-11 juga telah diamati meluruh melalui berbagai bentuk fisi. Isotop yang lebih ringan dari 6Li meluruh secara eksklusif oleh emisi proton, karena berada di luar garis tetesan proton. Mode peluruhan dari dua isomer 10Li tidak diketahui.

Lihat pula

  • Masalah litium kosmologis
  • Dilitium – Molekul diatomik
  • Inti halo
  • Pembakaran litium – Proses di mana litium dihabiskan dalam sebuah bintang

Referensi

  1. ^ a b "Atomic Weight of Lithium". CIAAW. Diakses tanggal 6 October 2021. 
  2. ^ Fields, Brian D. (2011). "The Primordial Lithium Problem". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 61 (1): 47–68. arXiv:1203.3551 alt=Dapat diakses gratis. Bibcode:2011ARNPS..61...47F. doi:10.1146/annurev-nucl-102010-130445 alt=Dapat diakses gratis. 
  3. ^ Waktu paruh, mode peluruhan, spin nuklir, dan komposisi isotop bersumber dari:
    Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. 
  4. ^ Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*". Chinese Physics C. 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf. 
  5. ^ a b "Atomic Weight of Lithium". ciaaw.org. Diakses tanggal 1 Juli 2/22. 
  6. ^ Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. (2017). "The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030001–21. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. 
  7. ^ Purcell, J. E.; Kelley, J. H.; Kwan, E.; Sheu, C. G.; Weller, H. R. (2010). "Energy Levels of Light Nuclei (A = 3)" (PDF). Nuclear Physics A. 848 (1): 1. Bibcode:2010NuPhA.848....1P. doi:10.1016/j.nuclphysa.2010.08.012. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2018-02-01. Diakses tanggal 2022-07-01. 
  8. ^ "Isotopes of Lithium". Diakses tanggal 1 Juli 2022. 
  9. ^ Bradshaw, A.M.; Hamacher, T.; Fischer, U. (2010). "Is nuclear fusion a sustainable energy form?" (PDF). Fusion Engineering and Design. 86 (9): 2770–2773. doi:10.1016/j.fusengdes.2010.11.040. hdl:11858/00-001M-0000-0026-E9D2-6 alt=Dapat diakses gratis. 
  10. ^ Chandrakumar, N. (2012). Spin-1 NMR. Springer Science & Business Media. hlm. 5. ISBN 9783642610899. 
  11. ^ Coplen, Tyler B.; Hopple, J. A.; Böhlke, John Karl; Peiser, H. Steffen; Rieder, S. E.; Krouse, H. R.; Rosman, Kevin J. R.; Ding, T.; Vocke, R. D., Jr.; Révész, K. M.; Lamberty, A.; Taylor, Philip D. P.; De Bièvre, Paul; "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 T. B. Coplen; et al. (2002). "Isotope-Abundance Variations of Selected Elements (IUPAC technical report)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 74 (10): 1987–2017. doi:10.1351/pac200274101987. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-03-03. Diakses tanggal 2022-07-01. 
  12. ^ Holden, Norman E. (Januari–Februari 2010). "The Impact of Depleted 6Li on the Standard Atomic Weight of Lithium". Chemistry International. IUPAC. Diakses tanggal 1 Juli 2022. 
  13. ^ Managing Critical Isotopes: Stewardship of Lithium-7 Is Needed to Ensure a Stable Supply, GAO-13-716 // Kantor Akuntabilitas Pemerintah AS, 19 September 2013; pdf
  14. ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. hlm. 234–239. ISBN 978-0-19-850340-8. 
  15. ^ Brumfiel, Geoff (1 Maret 2001). "The Incredible Shrinking Nucleus". Physical Review Focus. Vol. 7. doi:10.1103/PhysRevFocus.7.11. 
  16. ^ "A new particle accelerator aims to unlock secrets of bizarre atomic nuclei". 15 November 2021. 

Pranala luar

Lewis, G. N.; MacDonald, R. T. (1936). "The Separation of Lithium Isotopes". Journal of the American Chemical Society. 58 (12): 2519–2524. doi:10.1021/ja01303a045.