Isotopes du lithium

Le lithium naturel est constitué des deux isotopes stables ⁶Li et ⁷Li, ce dernier étant majoritaire.

Le lithium 4 (⁴Li) possède un noyau composé de trois protons et d'un neutron. C'est l'isotope du lithium, avec la durée de vie la plus courte (demi-vie de 9,1 × 10⁻²³ s) et il se désintègre par émission de proton en ³He. Il peut être formé comme intermédiaire dans certaines réactions de fusion nucléaire.

Le lithium 5 (⁵Li) possède un noyau composé de trois protons et de deux neutrons. Sa durée de vie est courte (demi-vie de 370 × 10⁻²³ s) et il se désintègre par émission de proton en ⁴He.

Le lithium 6 (⁶Li) est stable et possède un noyau composé de trois protons et de trois neutrons[n 1]. Il constitue environ 7,5 % du lithium présent dans la nature. C'est un matériau de choix pour la production de tritium, et il peut aussi servir d'absorbeur de neutrons dans des réactions de fusion nucléaire. De grandes quantités de ⁶Li ont été fractionnées isotopiquement pour usage dans des armes nucléaires.

Le lithium 7 (⁷Li) est l'isotope stable le plus abondant du lithium (92,5 %). Son noyau est constitué de trois protons et de quatre neutrons.

Du matériau utilisé dans la production de ⁶Li, appauvri en ⁶Li et donc enrichi en ⁷Li, est disponible dans le commerce, et une partie est aussi déversée dans la nature. Ainsi, il a été mesuré des taux en ⁷Li 35,4 % plus importants que le taux habituel dans la nature dans les eaux souterraines carbonatées sous la West Valley Creek en Pennsylvanie, qui se trouve en aval d'une usine de traitement du lithium. Dans le matériau appauvri en ⁶Li, l'abondance de cet isotope peut être réduite jusqu'à 80 % de sa valeur normale, ce qui lui donne une masse atomique variant entre 6,94 u et 6,99 u. Ainsi, la composition isotopique du lithium dépend grandement de son origine et une mesure précise de la masse atomique relative ne peut être donnée pour tous les échantillons en général.

Le ⁷Li est utilisé sous la forme de fluorure de lithium, un solvant utilisé dans les réacteurs nucléaires à sels fluorés fondus. De par la grande différence entre la section efficace pour l'absorption de neutrons du ⁶Li (941 barns, thermique), particulièrement élevée, et celle du ⁷Li (0,045 barns, thermique) bien plus faible, il est essentiel de faire une séparation isotopique stricte du lithium dans ce cadre.

L'hydroxyde de lithium 7 est aussi utilisé pour l'alcalinisation du liquide de refroidissement dans les réacteurs à eau pressurisée.

Le lithium 8 (⁸Li) est un radioisotope du lithium possédant une demi-vie de 840 ms. Son noyau est formellement constitué de trois protons et de cinq neutrons, mais il possède en réalité une structure de type noyau à halo : son noyau est constitué de deux protons et de deux neutrons (un noyau d'hélium 4) entouré par un « halo » constitué d'un proton et de trois neutrons. Il se désintègre par désintégration β⁻ suivie d'une fission en deux atomes d'⁴He.

Le lithium 9 (⁹Li) est un radioisotope du lithium possédant une demi-vie de 178 ms. Son noyau est constitué de trois protons et de six neutrons. Il se désintègre par désintégration β⁻ en béryllium 9, suivie 50,8 % du temps par émission de neutron pour former le béryllium 8.

Le lithium 11 (¹¹Li) est un radioisotope du lithium possédant une demi-vie de 8,75 ms. Son noyau est formellement constitué de trois protons et de huit neutrons, mais il possède en réalité une structure de type noyau à halo : son noyau est constitué de trois protons et de six neutrons (un noyau de lithium 9), entouré par un « halo » constitué de deux neutrons. Il possède ainsi un volume de son noyau exceptionnellement grand, comparable à celui du ²⁰⁸Pb. Il se désintègre par désintégration β⁻ en béryllium 11 qui ensuite se désintègre également, principalement en béryllium 10 par émission de neutron.

• La précision de l'abondance isotopique et de la masse atomique est limitée par des variations. Les échelles de variations données devraient être valables pour tout matériau terrestre normal.
• Il existe des échantillons géologiques exceptionnels dont la composition isotopique est en dehors de l'échelle donnée. L'incertitude sur la masse atomique de tels spécimens peut excéder les valeurs données.
• Dans le matériau appauvri en ⁶Li, l'abondance de cet isotope peut être réduite jusqu'à 80 % de sa valeur normale, ce qui lui donne une masse atomique variant entre 6,94 u et 6,99 u.
• Les valeurs marquées # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais aussi au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec des arguments d'affectation faibles sont entre parenthèses.
• Les incertitudes sont données de façon concise entre parenthèses après la décimale correspondante. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard de l'IUPAC qui utilisent des incertitudes élargies.
• ¹¹Li possède un noyau à halo, halo constitué de deux neutrons faiblement liés, ce qui explique la différence de rayon très importante par rapport aux autres isotopes.

• Procédé COLEX