Lelithium (Li) d'origine naturelle (masse atomique : 6.941(2)u) est présent dans la nature sous la forme de deuxisotopes stables,6Li et7Li, ce dernier étant leplus abondant (92,5 %). Les deux isotopes ont une plus faibleénergie de liaison nucléaire parnucléon que les deux éléments chimiques qui le suivent et le précèdent (respectivementbéryllium ethélium) dans laclassification périodique des éléments, ce qui signifie que c'est l'un des seuls éléments chimiques légers stables pouvant produire de l'énergie parfission nucléaire. En 2011, septradioisotopes sont connus et caractérisés, les plus stables étant8Li avec unedemi-vie de 838 ms et9Li avec une demi-vie de 178,3 ms. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à 8,6 ms. Le radioisotope à la durée de vie la plus courte est4Li qui se désintègre parémission de protons avec une demi-vie de 7,580 43 × 10−23 s.
Le7Li estnucléide primordial, produit lors de lanucléosynthèse primordiale (une petite quantité de6Li est aussi produite par lesétoiles). Les isotopes du lithium se fractionnent de façon substantielle lors de différents processus naturels, par exemple lors de la formation de minéraux (précipitation chimique), par lemétabolisme et paréchange d'ions. Les ions du lithium se substituent à ceux dumagnésium et dufer dans les arrangements octaédriques des minérauxargileux, où le6Li est préféré au7Li, ce qui cause une augmentation de la concentration de l'isotope plus léger lors des processus d'hyperfiltration et d'altération des roches.
Le lithium naturel est constitué des deux isotopes stables6Li et7Li, ce dernier étant majoritaire.
| Isotope | Abondance (pourcentage molaire) | Gamme de variations |
|---|---|---|
| 6Li | 7,59 (4) % | 7,714 - 7,225 |
| 7Li | 92,41(4) % | 92,275 - 92,786 |
Le lithium 4 (4Li) possède un noyau composé de troisprotons et d'unneutron. 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 parémission de proton en3He. Il peut être formé comme intermédiaire dans certaines réactions defusion nucléaire.
Le lithium 5 (5Li) possède un noyau composé de troisprotons et de deuxneutrons. Sa durée de vie est courte (demi-vie de 370 × 10−23 s) et il se désintègre parémission de proton en4He.
Le lithium 6 (6Li) est stable et possède un noyau composé de troisprotons et de troisneutrons[n 1]. Il constitue environ 7,5 % du lithium présent dans la nature. C'est un matériau de choix pour la production detritium, et il peut aussi servir d'absorbeur de neutrons dans des réactions defusion nucléaire. De grandes quantités de6Li ont été fractionnées isotopiquement pour usage dans desarmes nucléaires.
Le lithium 7 (7Li) est l'isotope stable le plus abondant du lithium (92,5 %). Son noyau est constitué de troisprotons et de quatreneutrons.
Du matériau utilisé dans la production de6Li, appauvri en6Li et donc enrichi en7Li, est disponible dans le commerce, et une partie est aussi déversée dans la nature. Ainsi, il a été mesuré des taux en7Li 35,4 % plus importants que le taux habituel dans la nature dans les eaux souterraines carbonatées sous la West Valley Creek enPennsylvanie, qui se trouve en aval d'une usine de traitement du lithium. Dans le matériau appauvri en6Li, 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.
Le7Li est utilisé sous la forme defluorure de lithium, unsolvant utilisé dans lesréacteurs nucléaires à sels fluorés fondus. De par la grande différence entre lasection efficace pour l'absorption de neutrons du6Li (941barns, thermique), particulièrement élevée, et celle du7Li (0,045 barns, thermique) bien plus faible, il est essentiel de faire uneséparation isotopique stricte du lithium dans ce cadre.
L'hydroxyde de lithium 7 est aussi utilisé pour l'alcalinisation duliquide de refroidissement dans lesréacteurs à eau pressurisée.
Le lithium 8 (8Li) est unradioisotope du lithium possédant unedemi-vie de 840 ms. Son noyau est formellement constitué de trois protons et de cinq neutrons, mais il possède en réalité une structure de typenoyau 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 pardésintégration β− suivie d'une fission en deux atomes d'4He.
Le lithium 9 (9Li) est un radioisotope du lithium possédant unedemi-vie de 178 ms. Son noyau est constitué de trois protons et de six neutrons. Il se désintègre pardésintégration β− enbéryllium 9, suivie 50,8 % du temps parémission de neutron pour former lebéryllium 8.
Le lithium 11 (11Li) est un radioisotope du lithium possédant unedemi-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 typenoyau à halo : son noyau est constitué de trois protons et de six neutrons (un noyau delithium 9), entouré par un « halo » constitué de deux neutrons. Il possède ainsi un volume de son noyau exceptionnellement grand, comparable à celui du208Pb. Il se désintègre pardésintégration β− enbéryllium 11 qui ensuite se désintègre également, principalement enbéryllium 10 parémission de neutron.
| Symbole de l'isotope | Z (p) | N (n) | masse isotopique (u) | Demi-vie | Mode(s) de désintégration[1] | Isotope(s)-fils[n 2] | Spin nucléaire |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Énergie d'excitation | |||||||
| 4Li | 3 | 1 | 4,027 19 (23) | 91(9) × 10−24 s [6,03 MeV] | p | 3He | 2- |
| 5Li | 3 | 2 | 5,012 54 (5) | 370(30) × 10−24 s [~1,5 MeV] | p | 4He | 3/2- |
| 6Li[n 1] | 3 | 3 | 6,015 122 795 (16) | Stable | 1+ | ||
| 7Li[n 3] | 3 | 4 | 7,016 004 55 (8) | Stable | 3/2- | ||
| 8Li | 3 | 5 | 8,022 487 36(10) | 840,3(9) ms | β−, fission | 24He | 2+ |
| 9Li | 3 | 6 | 9,026 789 5(21) | 178,3(4) ms | β−,n (50,8 %) | 8Be[n 4] | 3/2- |
| β− (49,2 %) | 9Be | ||||||
| 10Li | 3 | 7 | 10,035 481 (16) | 2,0(5) × 10−21 s [1,2(3) MeV] | n | 9Li | (1-,2-) |
| 10m1Li | 200(40) keV | 3,7(15) × 10−21 s | 1+ | ||||
| 10m2Li | 480(40) keV | 1,35(24) × 10−21 s | 2+ | ||||
| 11Li[n 5] | 3 | 8 | 11,043 798(21) | 8,75(14) ms | β−, n (84,9 %) | 10Be | 3/2- |
| β− (8,07 %) | 11Be | ||||||
| β−, 2n (4,1 %) | 9Be | ||||||
| β−, 3n (1,9 %) | 8Be[n 6] | ||||||
| β−, fission (1,0 %) | 7He,4He | ||||||
| β−, fission (0,014 %) | 8Li,3H | ||||||
| β−, fission (0,013 %) | 9Li,2H | ||||||
| 12Li | 3 | 9 | 12,053 78(107) | <10 ns | n | 11Li | |
| 13Li | 3 | 10 | 13,061170(80) | 3,3 ± 1,2 zs | 2n | 11Li | 3/2- |
| 1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||
| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
