Jabarkan Isotop dari Kalsium

Kalsium alami adalah campuran dari lima isotop stabil (40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, dan 46Ca) dan satu isotop dengan waktu paruh yang sangat lama sehingga dapat dianggap stabil untuk semua tujuan praktis (48Ca, dengan waktu paruh sekitar 4,3 tahun). Kalsium adalah unsur pertama (paling ringan) yang memiliki enam isotop alami.

Sejauh ini isotop kalsium yang paling umum di alam adalah 40Ca, yang merupakan 96,941% dari semua kalsium alami. Ia diproduksi dalam proses pembakaran silikon dari fusi partikel alfa dan merupakan nuklida stabil terberat dengan jumlah proton dan neutron yang sama; keterjadiannya juga perlahan-lahan ditambah dengan peluruhan 40K primordial. Penambahan partikel alfa lainnya akan menghasilkan 44Ti yang tak stabil, yang dengan cepat meluruh melalui dua tangkapan elektron berturut-turut menjadi 44Ca yang stabil; isotop ini membentuk 2,806% dari semua kalsium alami dan merupakan isotop paling umum kedua.

Empat isotop alami lainnya, 42Ca, 43Ca, 46Ca, dan 48Ca, secara signifikan lebih jarang, masing-masing mengandung kurang dari 1% dari semua kalsium alami. Keempat isotop yang lebih ringan sebagian besar merupakan produk dari proses pembakaran oksigen dan pembakaran silikon, meninggalkan dua isotop yang lebih berat untuk diproduksi melalui proses tangkapan neutron.  46Ca sebagian besar diproduksi dalam proses s "panas", karena pembentukannya membutuhkan fluks neutron yang agak tinggi untuk memungkinkan 45Ca yang berumur pendek untuk menangkap neutron. 48Ca diproduksi oleh tangkapan elektron dalam proses r dalam supernova tipe Ia, di mana kelebihan neutron yang tinggi dan entropi yang cukup rendah memastikan kelangsungan hidupnya.

46Ca dan 48Ca adalah nuklida "stabil klasik" pertama dengan kelebihan masing-masing enam neutron atau delapan neutron. Meskipun sangat kaya akan neutron untuk unsur ringan seperti itu, 48Ca sangat stabil karena ia merupakan inti ajaib ganda, memiliki 20 proton dan 28 neutron yang tersusun dalam kulit tertutup. Peluruhan betanya menjadi 48Sc sangat terhambat karena ketidakcocokan besar spin nuklir: 48Ca memiliki spin nuklir nol, merupakan inti genap–genap, sedangkan 48Sc memiliki spin 6+, sehingga peluruhannya dilarang oleh kekekalan momentum sudut. Walaupun dua keadaan tereksitasi 48Sc juga tersedia untuk peluruhan, keduanya juga dilarang karena spinnya yang tinggi. Akibatnya, ketika 48Ca meluruh, ia melakukannya dengan peluruhan beta ganda menjadi 48Ti, menjadi nuklida paling ringan yang diketahui mengalami peluruhan beta ganda.

Isotop berat 46Ca juga secara teoretis dapat mengalami peluruhan beta ganda menjadi 46Ti, tetapi hal ini belum pernah teramati. Isotop paling ringan dan paling umum 40Ca juga ajaib ganda dan dapat mengalami tangkapan elektron ganda menjadi 40Ar, tetapi hal ini juga belum pernah teramati. Kalsium adalah satu-satunya unsur yang memiliki dua isotop ajaib ganda primordial. Batas bawah eksperimental untuk waktu paruh 40Ca dan 46Ca masing-masing adalah 5,9 tahun dan 2,8 tahun.

Terlepas dari 48Ca yang praktis stabil, radioisotop kalsium yang berumur paling panjang adalah 41Ca. Ia meluruh melalui tangkapan elektron menjadi 41K yang stabil dengan waktu paruh sekitar seratus ribu tahun. Keberadaannya di Tata Surya awal sebagai radionuklida punah telah disimpulkan dari ekses 41K: jejak dari 41Ca juga masih ada hingga sekarang, karena ia merupakan nuklida kosmogenik, yang terus direformasi melalui aktivasi neutron dari 40Ca alami.

Banyak radioisotop kalsium lain yang diketahui, mulai dari 35Ca hingga 60Ca. Mereka semua berumur lebih pendek dari 41Ca, yang paling stabil di antara mereka adalah 45Ca (waktu paruh 163 hari) dan 47Ca (waktu paruh 4,54 hari). Isotop yang lebih ringan dari 42Ca biasanya mengalami peluruhan beta plus menjadi isotop kalium, dan yang lebih berat dari 44Ca biasanya mengalami peluruhan beta minus menjadi isotop skandium, meskipun di dekat garis tetesan nuklir, emisi proton dan emisi neutron mulai menjadi mode peluruhan yang signifikan pula.

Seperti unsur lainnya, berbagai proses dapat mengubah kelimpahan relatif isotop kalsium. Studi terbaik dari proses ini adalah fraksionasi isotop kalsium yang bergantung pada massa yang menyertai pengendapan mineral kalsium seperti kalsit, aragonit, dan apatit dari larutan. Isotop yang lebih ringan lebih disukai dimasukkan ke dalam mineral ini, meninggalkan larutan di sekitarnya diperkaya dengan isotop yang lebih berat dengan besaran sekitar 0,025% per satuan massa atom (sma) pada suhu kamar. Perbedaan komposisi isotop kalsium yang bergantung massa secara konvensional dinyatakan dengan rasio dua isotop (biasanya 44Ca/40Ca) dalam sampel dibandingkan dengan rasio yang sama dalam bahan referensi standar. 44Ca/40Ca bervariasi sekitar 1% di antara bahan tanah biasa.