
El litio natural ( ³Li ) se compone de dos isótopos estables: litio-6 ( ⁶Li ) y litio-7 ( ⁷Li ), siendo este último mucho más abundante en la Tierra. Los radioisótopos tienen una vida media corta: los isótopos ligados a partículas, ⁸Li , ⁹Li y ¹¹Li , tienen vidas medias de 838,7, 178,2 y 8,75 milisegundos, respectivamente.
Ambos isótopos naturales tienen una energía de enlace nuclear anómalamente baja por nucleón (5 332 .3312(3) keV para 6 Li y5 606 .4401(6) keV para 7 Li) en comparación con los elementos adyacentes más ligeros y más pesados, helio (7 073 .9156(4) keV para helio-4) y berilio (6 462 .6693(85) keV para el berilio-9), y por lo tanto su síntesis requiere condiciones de no equilibrio.
Tanto el 7 Li como el 6 Li se produjeron en el Big Bang , estimándose que el 7 Li fue producido en el Big Bang.5 × 10 −10 de toda la materia primordial, [ 4 ] y 6 Li alrededor de 10 −14 (indetectable). Esta diferencia es significativa porque ambos isótopos de litio son destruidos eficientemente por protones , mientras que el berilio-7 no lo es y posteriormente se desintegra en litio. También se sabe que una porción de 7 Li se forma en ciertas estrellas (gigantes rojas), llamado mecanismo de Cameron-Fowler ; si bien el berilio-7 es un producto normal de la fusión nuclear, solo puede contribuir a la producción de litio si es transportado a la superficie antes de desintegrarse. Por lo tanto, se considera que casi todo el 6 Li, como gran parte del 7 Li, es cosmogénico y producido por espalación . [ 5 ]
Los isótopos de litio se separan en cierta medida durante diversos procesos geológicos , incluida la formación de minerales (precipitación química e intercambio iónico ). Por ejemplo, los iones de litio reemplazan al magnesio o al hierro en ciertas posiciones octaédricas de las arcillas , y en ocasiones se prefiere el isótopo ⁶Li al ⁷Li , lo que resulta en el enriquecimiento de las arcillas. Se considera que no es posible medir con precisión la masa atómica relativa de las muestras de litio para todas las fuentes de litio. [ 6 ]
En física nuclear , el 6Li es un isótopo importante, porque cuando se expone a neutrones lentos , se produce tritio con un rendimiento cercano al 100%; por el contrario, el 7Li es casi inerte con los neutrones lentos.
Los isótopos 6Li y 7Li presentan resonancia magnética nuclear , a pesar de ser cuadrupolares (con espines nucleares de 1+ y 3/2−). El 6Li tiene líneas más nítidas, pero debido a su menor abundancia requiere un espectrómetro de RMN más sensible. El 7Li es más abundante, pero tiene líneas más anchas debido a su mayor espín nuclear y cuadrupolo. El rango de desplazamientos químicos es el mismo para ambos núcleos y se encuentra entre +10 (para LiNH₂ en NH₃ líquido ) y −12 (para Li⁺ en fullereno ). [ 7 ]
Lista de isótopos
- ↑ () – La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
- ↑ # – Masa atómica marcada con # : valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos parcialmente de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).
- ↑ Modos de desintegración:
- ↑ Símbolo en negrita como hija – El producto hija es estable.
- ↑ () valor de giro : indica giro con argumentos de asignación débiles.
- ↑ # – Los valores marcados con # no se derivan exclusivamente de datos experimentales, sino al menos parcialmente de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
- ↑ Uno de los pocos núcleos estables impar-impar
- ↑ Producido en la nucleosíntesis del Big Bang y por espalación de rayos cósmicos
- ↑ Inmediatamente se desintegra en dos partículas α para una reacción neta de 8 Li → 2 4 He + e −
- ↑ Inmediatamente se desintegra en dos partículas α para una reacción neta de 9 Li → 2 4 He + 1 n + e −
- ↑ Tiene 2neutrones de halo
- ↑ Inmediatamente se desintegra en dos átomos de 4He para una reacción neta de 11 Li → 2 4 He + 3 1 n + e −
- ↑ El modo de desintegración mostrado está permitido energéticamente, pero no se ha observado experimentalmente que ocurra en este nucleido.
Separación de isótopos
Separación de Colex
El litio-6 tiene mayor afinidad que el litio-7 por el mercurio . Cuando se añade una amalgama de litio y mercurio a soluciones que contienen hidróxido de litio , el litio-6 se concentra más en la amalgama y el litio-7 más en la solución de hidróxido.
El método de separación COLEX ( intercambio en columna ) aprovecha este principio haciendo pasar una mezcla a contracorriente de amalgama e hidróxido a través de una cascada de etapas. La fracción de litio-6 se elimina preferentemente con el mercurio, mientras que el litio-7 se retiene con el hidróxido. En la parte inferior de la columna, el litio (enriquecido con litio-6) se separa de la amalgama y el mercurio se recupera para su reutilización con materia prima fresca . En la parte superior, la solución de hidróxido de litio se electroliza para liberar la fracción de litio-7. El enriquecimiento obtenido con este método varía según la longitud de la columna y la velocidad de flujo.
Otros métodos
En la técnica de destilación al vacío, el litio se calienta a una temperatura de aproximadamente550 °C en vacío . Los átomos de litio se evaporan de la superficie del líquido y se recogen en una superficie fría situada a unos centímetros por encima de la superficie del líquido. [ 11 ] Dado que los átomos de litio-6 tienen una mayor velocidad a la misma temperatura (debido a su menor masa), se evaporan preferentemente y, si no se producen colisiones gaseosas, se recogen en la misma proporción (es decir, el recorrido libre medio debe ser grande en comparación con la distancia). La eficiencia de separación teórica de este método es de aproximadamente el 8,0 por ciento, la raíz cuadrada de la relación de masas. Se puede utilizar un proceso de varias etapas para obtener grados de separación más altos.
Los isótopos de litio, en principio, también pueden separarse mediante métodos electroquímicos o cromatografía de destilación, que actualmente se encuentran en fase de investigación. [ 12 ]
Litio-5

El litio-5 tiene una vida útil muy corta (< 10 −21 s ), desintegrándose en un protón y helio-4. Se forma como un intermedio en la fusión de deuterio y helio-3 :
La reacción se ve enormemente favorecida por la existencia de una resonancia. El litio-5, que tiene un estado de espín natural de −3/2 en el estado fundamental de 0 MeV, tiene un estado de espín excitado de +3/2 a 16,66 MeV. Debido a que la reacción crea núcleos de litio-5 con un nivel de energía cercano a este estado, ocurre con mayor frecuencia. Una resonancia simétrica en el núcleo de helio-5 hace que la reacción de fusión deuterio-tritio sea la más favorable conocida. [ 13 ]
Litio-6
El litio-6 es valioso como materia prima para la producción de tritio (hidrógeno-3) mediante la absorción de neutrones. Entre el 1,9 % y el 7,8 % del litio terrestre está compuesto de litio-6, mientras que el resto es litio-7. Se han separado grandes cantidades de litio-6 para su uso en armas termonucleares .
La reacción de fusión deuterio-tritio se ha investigado como una posible fuente de energía, ya que actualmente es la única reacción de fusión con suficiente producción de energía para una implementación factible. En este escenario, se requeriría litio enriquecido en litio-6 para generar las cantidades necesarias de tritio. Los recursos de litio mineral y de salmuera son un factor limitante potencial en este escenario, pero el litio podría extraerse del agua de mar si fuera necesario. [ 14 ] Los reactores de agua pesada presurizada, como el CANDU, producen pequeñas cantidades de tritio en su refrigerante/moderador por absorción de neutrones, y este se extrae a veces, presentando una alternativa al uso de litio-6 para pequeñas cantidades de tritio.
El litio-6 es uno de los tres únicos isótopos estables con un espín de 1, siendo los otros el deuterio y el nitrógeno-14 , y tiene el momento cuadrupolar eléctrico nuclear distinto de cero más pequeño de cualquier núcleo estable. [ 15 ]
En 2025, investigadores de la ETH Zúrich y la Universidad de Texas A&M introdujeron un método libre de mercurio para aislar litio-6, ofreciendo una alternativa al proceso COLEX , que emplea mercurio. Esta técnica se descubrió por accidente durante una investigación sobre purificación de agua y utiliza ζ- V₂O₅ para atrapar selectivamente iones de litio-6, lo que podría ser un paso crucial para aumentar la producción de litio-6 de grado de fusión, lo que potencialmente permitiría encontrar formas más rentables y seguras de aislar litio para reactores de fusión nuclear. [ 16 ]
Litio-7
El litio-7 es el isótopo más abundante del litio, constituyendo entre el 92,2 % y el 98,1 % de todo el litio terrestre. Un átomo de litio-7 contiene tres protones, cuatro neutrones y tres electrones. Debido a sus propiedades nucleares, el litio-7 es menos común que el helio , el carbono , el nitrógeno o el oxígeno en el universo, a pesar de que estos tres últimos tienen núcleos más pesados . La prueba termonuclear de Castle Bravo superó ampliamente su rendimiento esperado debido a suposiciones incorrectas sobre las propiedades nucleares del litio-7.
La producción industrial de litio-6 genera un subproducto enriquecido en litio-7 y empobrecido en litio-6. Este litio se ha comercializado y parte de él se ha liberado al medio ambiente. Se ha detectado una abundancia relativa de litio-7 hasta un 35 % superior a su valor natural en las aguas subterráneas de un acuífero carbonatado situado bajo el arroyo West Valley Creek en Pensilvania , aguas abajo de una planta procesadora de litio.
El litio-7 se utiliza como parte del fluoruro de litio fundido en reactores de sales fundidas : reactores nucleares de fluoruro líquido . La gran sección transversal de absorción de neutrones del litio-6 (alrededor de 940 barns [ 17 ] ) en comparación con la sección transversal de neutrones muy pequeña del litio-7 (alrededor de 45 milibarns ) hace que una alta separación del litio-7 del litio natural sea un requisito importante para su posible uso en reactores de fluoruro de litio.
El hidróxido de litio-7 se utiliza para alcalinizar el refrigerante en reactores de agua a presión . [ 18 ]
Se ha producido litio-7 durante unos pocos picosegundos, el cual contiene una partícula lambda en su núcleo, mientras que generalmente se considera que un núcleo atómico contiene solo neutrones y protones. [ 19 ] [ 20 ]
Litio-8
El litio-8 sufre una desintegración beta a berilio-8 (que se desintegra rápidamente en dos núcleos de helio-4 ) con una vida media de 828,9 ms. Se ha propuesto como fuente de antineutrinos electrónicos de energía inusualmente alta , con una energía máxima de 13,0 MeV y una media de 6,7 MeV. [ 21 ] La colaboración de física de partículas ISODAR describe un esquema para generar litio-8 con este fin, principalmente mediante la captura de neutrones en litio-7, el haz de neutrones intenso que se requiere para ser producido mediante el bombardeo de alta energía de berilio utilizando un acelerador de partículas ciclotrónico . [ 22 ]
Litio-11
El litio-11 (vida media 8,75 ms) es un núcleo de halo que consiste en un núcleo de litio-9 rodeado por dos neutrones débilmente ligados; ambos neutrones deben estar presentes para que este sistema esté ligado, lo que ha llevado a la descripción como un " núcleo borromeo ". [ 23 ] Mientras que el radio cuadrático medio del protón del 11 Li es2,18 +0,16 −0,21 fm , su radio de neutrones es mucho mayor en3,34 +0,02 −0,08 fm ; para comparar, las cifras correspondientes para 9 Li son2,076 ± 0,037 fm para los protones y2,4 ± 0,03 fm para los neutrones. [ 24 ] Generalmente se desintegra por emisión beta y de neutrones a 10Puede emitir otras partículas, o ninguna, después de su desintegración; hay un total de otras seis formas que se han medido, dadas en la tabla anterior.
Al tener un número mágico de 8 neutrones, el litio-11 se sitúa en la primera de las cinco islas de inversión conocidas , lo que explica su vida media más larga en comparación con los núcleos adyacentes. [ 25 ]
Cadenas de descomposición
Si bien la desintegración β − en isótopos de berilio (a menudo combinada con la emisión de uno o varios neutrones) predomina en los isótopos más pesados del litio, 10Li y 12Desintegración de Li mediante emisión de neutrones en 9Li y 11Li respectivamente debido a sus posiciones más allá de la línea de goteo de neutrones . También se ha observado que el litio-11 se desintegra mediante siete reacciones de desintegración beta diferentes. Isótopos más ligeros que 6El litio se desintegra exclusivamente por emisión de protones en isótopos de helio , ya que se encuentran más allá de la línea de goteo de protones .
Véase también
- El problema cosmológico del litio
- Dilitio – Molécula diatómica
- núcleo de halo
- Combustión de litio : proceso por el cual se consume el litio en una estrella.
Referencias
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Enlaces externos
- Isótopos de litio
- Litio
- Listas de isótopos por elemento