Кіріспе

Атомдық нөмірі 3-ке тең, бірақ массалық саны әртүрлі нуклидтер. Табиғи литий (3Li) екі тұрақты изотоптан тұрады: литий-6 (6Li) және литий-7 (7Li), соңғысы Жерде әлдеқайда көп кездеседі. Екі табиғи изотоптың да ядролық байланысу энергиясы ядроға шаққанда күтпегендей төмен (6Li үшін 5332.3312, 7Li үшін 5606.4401), ал жақын орналасқан жеңіл және ауыр элементтерге – гелийге (гелий-4 үшін 7073.9156) және бериллийге (бериллий-9 үшін 6462.6693) қарағанда төмендеу. Литийдің ең ұзақ өмір сүретін радиоизотопы – 8Li, оның жартылай ыдырау мерзімі 838.7 секундқа тең. 9Li-ның жартылай ыдырау мерзімі 178.2 секунд, ал 11Li-ның жартылай ыдырау мерзімі 8.75 секунд. Литийдің қалған барлық изотоптарының жартылай ыдырау мерзімі 10 наносекундтан кем. Литийдің ең аз өмір сүретін изотопы – 4Li, ол протондық эмиссия арқылы шамамен 91 (9.1) секундтық жартылай ыдырау мерзімімен ыдырайды, бірақ 3Li-ның жартылай ыдырау мерзімі әлі анықталмаған және 2He (гелий-2, дипротон) сияқты, бірнеше секунд ішінде протондық эмиссияға ұшырауы мүмкін. 7Li және 6Li екеуі де Ұлы жарылыста пайда болған бастапқы нуклидтердің қатарына жатады, 7Li барлық бастапқы нуклидтердің 10−9 бөлігін, ал 6Li шамамен 10−13 бөлігін құрайды. 6Li-ның шағын пайызы кейбір жұлдыздардағы ядролық реакциялар нәтижесінде де пайда болады. Литий изотоптары әртүрлі геологиялық процестерде, соның ішінде минерал түзлу кезінде (химиялық шөгінді және ион алмасу) біршама бөлінеді. Литий иондары кейбір саз балшықтарындағы октаэдрлік жағдайларда магний немесе темірді ығыстырады, ал литий-6 кейде 7Li-ға қарағанда артықшылыққа ие болады. Бұл геологиялық процестерде 6Li-ның тоғысуына әкеледі. Ядролық физикада 6Li маңызды изотоп болып табылады, себебі оны нейтрондармен бомбалағанда тритий пайда болады. 6Li және 7Li изотоптары төртполярлы (ядролық спиндері 1+ және 3/2−) болғанына қарамастан, ядролық магниттік резонанс эффектін көрсетеді. 6Li-да өткір сызықтар байқалады, бірақ оның аз мөлшеріне байланысты жоғары сезімталдыққа ие NMR спектрометрі қажет. 7Li көбірек таралған, бірақ оның үлкен ядролық спиніне байланысты сызықтары кеңейтілген. Екі ядроның да химиялық ығысулар диапазоны бірдей және +10 (сұйық NH3-тегі LiNH2 үшін) және −12 (фуллеридтегі Li+ үшін) аралығында жатыр.

Литий-3

Литий-3, сондай-ақ трипротон деп те аталады, үш протон мен нөл нейтроннан тұрады. 1969 жылы ол протондық байланысы болмайтындығы туралы хабарланған, бірақ бұл нәтиже қабылданбады және оның бар екені дәлелденбеген. Литий-3-ке тән басқа резонанстар туралы хабарламалар түспеген, және оның жылдам протондық эмиссия арқылы ыдырайтыны күтілуде (дипротон, гелий-2 сияқты).

Литий-4

Литий-4 үш протон және бір нейтроннан тұрады. Бұл литийдің ең аз уақыт өмір сүретін изотопы, оның жартылай ыдырау периоды 91 (9.1) секундты құрайды және протон шығару арқылы гелий-3-ке ыдырайды. Литий-4 кейбір ядролық синтез реакцияларында аралық зат ретінде түзілуі мүмкін.

Литий-7

Литий-7 литийдің ең көп таралған изотопы болып табылады, ол Жер бетіндегі барлық литийдің 92,2%-дан 98,1%-ға дейін құрайды. Литий-7 атомында үш протон, төрт нейтрон және үш электрон бар. Ядролық қасиеттеріне байланысты, литий-7 ғаламда гелий, көміртек, азот немесе оттегіге қарағанда сирек кездеседі, тіпті соңғы үшеуінің ядросы ауыррақ болса да. Castle Bravo термоядролық сынағы литий-7-нің ядролық қасиеттері туралы дұрыс емес болжамдарға байланысты күтілген нәтижеден әлдеқайда асып кетті. Литий-6-ны өнеркәсіптік өндіру нәтижесінде литий-7-ге байытылған және литий-6-дан кемітілген қалдық өнім пайда болады. Бұл материал коммерциялық мақсатта сатылып, оның бір бөлігі қоршаған ортаға шығарылды. Пенсильвания штатындағы Вест-Вэлли Крик ағысының астындағы карбонатты сулы горизонттың жер асты суында литий-7-нің табиғи деңгейден 35%-ға жоғары мөлшері өлшенді, бұл литий өңдеу зауытынан төмен ағыста орналасқан. Литийдің изотоптық құрамы оның шығу тегіне байланысты шамалы өзгеруі мүмкін, бұл бастапқы материалдағы оның салыстырмалы атомдық массасын анықтайды. Литийдің барлық көздері үшін литий үлгілерінің нақты салыстырмалы атомдық массасын өлшеу әрқашан мүмкін емес. Литий-7 балқытылған тұз реакторларында, яғни сұйық фторидті ядролық реакторларда балқытылған литий фторидінің құрамына кіреді. Литий-6-ның жоғары нейтронды сіңіру қимасы (шамамен 940 барн) литий-7-нің өте төмен нейтронды қимасымен (шамамен 45 миллибарн) салыстырғанда, литий-7-ні табиғи литийден жоғары дәрежеде бөлуді литий фторидті реакторларда пайдалану үшін маңызды талап етеді. Литий-7 гидроксиді қысымды су реакторларында салқындатқышты сілтілендіру үшін қолданылады. Кейбір литий-7 өндірілді, ол бірнеше пикосекундқа созылды және оның ядросында лямбда бөлшегі бар, ал атом ядросының негізгі құрамында нейтрондар мен протондар ғана болады деп есептеледі.

Литий-8

Литий-8, бериллий-8-ге кері бета ыдырауы арқылы пайда болатын 6,4 МэВ электронды антинейтриноның көзі ретінде ұсынылған. ISODAR бөлшектер физикасы ынтымақтастығы, циклотронмен жасалған 60 МэВ протондарымен тұрақты литий-7-ді бомбалау арқылы литий-8-ді дереу ыдырату схемасын сипаттайды.

Литий-11

Литий 11 – литий 9 ядросынан тұратын гало ядросы, оны екі нашар байланысқан нейтрон қоршап тұрады; осы жүйенің тұрақты болуы үшін екі нейтрон да қатысуы керек, соның салдарынан бұл ядро "Боромеялық ядро" деп аталады. 11Li протон радиусының квадраты 2,18-ге тең болса, нейтрон радиусы 3,34-ке дейін әлдеқайда үлкен; салыстыру үшін, 9Li үшін бұл көрсеткіштер протон үшін 2,076, ал нейтрон үшін 2,4-ті құрайды. Ол бета-ыдырау және нейтрон шығару арқылы бериллий 10, бериллий 11 немесе бериллий 9-ға ыдырайды (жоғарыдағы және төмендегі кестелерді қараңыз). 8 нейтронның «сиқырлы» санына ие болғандықтан, литий 11 инверсияның бес белгілі аймағының біріншісінде орналасқан, бұл оның жартылай ыдырау мерзімінің көршілес ядроларға қарағанда ұзақ болуын түсіндіреді.

Литий-12

Литий-12 жартылай ыдырау мерзімі едәуір қысқа. Ол нейтрон шығару арқылы литий-11-ге ыдырайды, ол жоғарыда айтылғандай ыдырайды.

Кесінді тізбектер

Бериллийдің β-изотоптарына ыдырау (көбінесе бір немесе бірнеше нейтрон шығарумен қатар жүреді) литийдің ауыр изотоптарында басым, ал литий-10 және литий-12 нейтрон шығару арқылы тиісінше литий-9 және литий-11 болып ыдырайды, себебі олар нейтронды тамшылау шегінен тыс орналасқан. Литий-11 бірнеше түрлі бөліну арқылы ыдырауы да байқалған. Литий-6-дан жеңіл изотоптар тек протон шығару арқылы ыдырайды, өйткені олар протондық тамшылау шегінен тыс жатыр. Литий-10-ның екі изомерінің ыдырау жолдары белгісіз.