Isotop litium

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

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

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.

${\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {^{4}_{3}Li->[91~{\ce {ydtk}}]{^{3}_{2}He}+{^{1}_{1}H}}}\\{\ce {^{5}_{3}Li->[370~{\ce {ydtk}}]{^{4}_{2}He}+{^{1}_{1}H}}}\\{\ce {^{8}_{3}Li->[838,7~{\ce {mdtk}}]{^{8}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{9}_{3}Li->[178,2~{\ce {mdtk}}]{^{8}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{9}_{3}Li->[178,2~{\ce {mdtk}}]{^{9}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{10}_{3}Li->[2~{\ce {zdtk}}]{^{9}_{3}Li}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{10}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{11}_{4}Be}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{9}_{4}Be}+2{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{8}_{4}Be}+3{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{7}_{2}He}+{^{4}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{8}_{3}Li}+{^{3}_{1}H}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{3}Li->[8,75~{\ce {mdtk}}]{^{9}_{3}Li}+{^{2}_{1}H}+e^{-}}}\\{\ce {^{12}_{3}Li->{^{11}_{3}Li}+{^{1}_{0}n}}}\\{}\end{array}}}$

Lihat pula

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

Referensi

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.