radioaktif dan radioisotop

RADIOAKTIF DAN RADIOISOTOP
TIM KIMIA DASAR
FPI-K UB
References
 Kimia fisik untuk universitas; Tony Bird
 Kimia Inti; Bunbun Bundjali
 Etc….



Kimia yang mempelajari radioaktivitas, proses nuklir
dan sifat nuklir disebut Kimia Nuklir/Kimia Inti
atau
Cabang kimia yang membahas perubahan yang terjadi
yang terjadi pada inti atom disebut Kimia Inti
Kestabilan inti berhubungan dengan radioaktivitas;
Kestabilan inti tidak dapat diramalkan dengan suatu
aturan. Namun, ada beberapa petunjuk empiris yang
dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan
yang bersifat radioaktif/tidak stabil, yaitu:

◦ Continue………
 Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil
 Aturan ganjil genap, yaitu inti yang mempunyai jumlah proton
genap dan jumlah neutron genap lebih stabil daripada inti yang
mempunyai jumlah proton dan neutron ganjil
 Bilangan sakti (magic numbers); Nuklida yang memiliki neutron
dan proton sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil
terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif
 Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126
 Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82
 Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutronproton.
PENGERTIAN RADIOAKTIF
 Radioaktif : berhubungan dengan pemancaran partikel
dari sebuah inti atom.
 Inti Radioaktif : Unsur inti atom yg mempunyai sifat
memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau
gamma.
 Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti
atom yang berlangsung secara spontan, tidak
terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang
memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat
radioaktif.
Taken from; google.com
Penemuan Gejala Keradioaktifan
 Henri Becquerel (1852-1908)
 Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C. Röntgen
sekitar tahun 1985
 Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh
sinar matahari
 Membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan
kain hitam
 Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium
uranil sulfat), material yang bersifat fosforensis
 Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium
dengan sinar matahari dan meletakkannya dekat pelat
film dan mengharapkan terjadinya sinar-X
 cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan
pelat film yang tertutup kain hitam dan garam
uranium dalam laci meja di laboratoriummnya
 Ia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah
dicuci karena pada pelat film tersebut terdapat suatu
jejak cahaya berupa garis lurus
 Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini
Becquerel menyimpulkan bahwa jejak cahaya pada
pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium
memancarkan radiasi (dan sifatnya berbeda dengan
sinar –X) yang dapat menembus kain pembungkusnya
dan mempengaruhi pelat film
 Image of Becquerel's photographic plate which has been fogged by exposure to
radiation from a uranium salt. The shadow of a metal Maltese Cross placed
between the plate and the uranium salt is clearly visible.
Taken from: http://www.wikipedia.com/henrybecquerel
Penemuan Zat Radioaktif lain; Polonium (Po) dan Radium (Ra)
 Berdasar penemuan H.B. Pierre (Perancis, 1859-1906) dan Marie Curie
(Polandia-Perancis, 1867-1934) melakukan penelitian kuantitatif
radioaktivitas macam-macam garam uranium
 Dua bahan tambang uranium yaitu pitch blend (uranium oksida) dan
shell corit (tembaga dan uranil) menunjukkan radioaktivitas yang
besar dan tidak dapat dijelaskan dengan jumlah uranium yang ada di
dalamnya
 Pierre dan Marie kemudian fokus untuk meneliti unsur baru
radioaktif;
 Polonium (Po)>> sifat sublimasi
 Radium (Ra)>> pemisahan kristal berdasarkan
perbedaan kelarutan dalam air, campuran air dan alkohol,
kelarutan garam dalam larutan asam klorida
Thorium (Th)
 Aktinium (Ac)
Taken from: http://www.wired.com/thisdayintech/tag/marie-curie/
Konsep Radioaktivitas
1.
Inti Atom>>
 Proton (Rutherford 1919)
 Neutron (James Chadwick, 1932)
:>>> Aktivitas radiasi/radioaktivitas merupakan aktivitas
proton dan neutron
:>>> ∑ Proton = ∑ Neutron>>> Inti Stabil
∑ Proton > ∑ Neutron >>> Inti tidak stabil
:>>> Inti atom yang tidak stabil akan melakukan
aktivitas radiasi (melakukan peluruhan) sampai
mencapai keadaan stabil
2. Gaya Inti;
:>>> Partikel dasar pembangun inti atom adalah :
Proton + Neutron (dapat dijelaskan dari dualisme
gelombang dan materi de Broglie)
Hal ini sesuai dengan Hipotesis Proton-Neutron
Gaya pada inti atom:
1. Gaya elektrostatis; secara elektrostatis proton-proton
dalam inti atom akan saling tolak dengan gaya
coulomb (gaya elektrostatis), yang akan semakin
besar jika jarak dua buah proton makin dekat
fakta> proton-proton bersatu dalam inti atom pada
jarak yang sangat dekat, dimana secara elektrostatis
proton-proton tidak mungkin bersatu
2. Gaya gravitasi; besarnya sangat kecil karena massa
partikelnya sangat kecil (bukan faktor dominan
dalam mengikat partikel inti)
3. Gaya Inti
Ilmuwan mengajukan adanya gaya inti
Bagaimana Radioaktif Terjadi
 Konsep>>>
 Di dalam inti atom terdapat 3 gaya yang penting; gaya
elektrostatis, gaya gravitasi dan gaya inti
 Inti Atom = keadaan stabil vs keadaan tidak stabil
 Keadaan tersebut ditentukan oleh komposisi penyusun Inti
 Keadaan Stabil; ∑ Proton (Z) sedikit/sama banyak dengan
∑ Neutron ; Gaya Inti lebih > daripada Gaya Elektrostatis
 Keadaan Tidak Stabil; ∑ Proton > ∑ Neutron ; Gaya Inti <
daripada Gaya Elektrostatis
MENGAPA hal ini bisa terjadi???
continue……
Karena Gaya Elektrostatis memiliki jangkauan yang
lebih luas daripada Gaya Inti, sehingga dapat
menjangkau partikel proton yang berdekatan atau
berseberangan sekalipun
So that>>>
Inti atom seperti inilah yang akan melakukan aktivitas
radiasi secara spontan sampai tercapai keadaan stabil.
Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar
dari jumlah netron (N) akan menghasilkan zat
radioaktif.
Gambar : Gaya Inti terjadi
pada partikel yang saling
berdekatan saja
Gambar :Gaya elektroststis
terjadi pada partikel yang
berdekatan dan berjauhan
Suatu zat (unsur) akan menjadi radioaktif jika memimilik
inti atom yang tidak stabil. Suatu inti atom berada dalam
keadaan tidak stabil jika jumlah proton jauh lebih besar
dari jumlah netron. Pada keadaan inilah gaya elektrostatis
jauh lebih besar dari gaya inti sehingga ikatan atom-atom
menjadi lemah dan inti berada dalam keadaan tidak stabil.
Tipe Radiasi yang Dipancarkan
 Unsur radioaktif alam dan buatan menunjukkan
aktivitas radiasi yang sama yaitu radiasi partikel-α,
partikel-ß, dan partikel-γ
Taken from: http://www.vae.lt/en/pages/about_radioactive_waste
Sifat-Sifat partikel-α, partikel-ß, dan partikel-γ
a) Sinar alfa ( α )
Sinar alfa merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Partikel
sinar alfa sama dengan inti helium -4, bermuatan +2e dan bermassa 4
sma. Partikel alfa adalah partikel terberat yang dihasilkan oleh zat
radioaktif. Karena memiliki massa yang besar, daya tembus sinar alfa
paling lemah diantara diantara sinar-sinar radioaktif.
b) Sinar beta ( ß )
Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Sinar beta
merupakan berkas elektron yang berasal dari inti atom. Sinar beta
paling energetik dapat menempuh sampai 300 cm dalam uadara
kering dan dapat menembus kulit. Karena sangat kecil, partikel beta
dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi
.
c) Sinar gamma (γ )
Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetek berenergi tinggi, tidak
bermuatan dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan dengan
notasi
. Sinar gamma mempunyai daya tembus.
Nuklida dan Penggolongannya
 Nuklida  Sebuah nuklida adalah satu jenis tertentu nukleus atom,
atau lebih umum sebuah aglomerasi proton dan neutron
 Contoh: 6C12, 7N14, 6O18
 Rumus umum: Z
X
A
N dengan,
 Z = nomor atom = ∑ proton dalam nuklida X
 A = nomor massa = ∑ proton + ∑ Neutron dalam nuklida X
 N = ∑ neutron dalam inti = A-Z
 Berdasarkan kesamaan dalam nilai A, Z, dan N, nuklida-nuklida
digolongkan menjadi 4 tipe.
Penggolongan Nuklida
 Isotop kelompok nuklida dengan Z sama
 Contoh: 82Pb204, 82Pb206, 82Pb207,82Pb208
 Isobar  kelompok nuklida dengan A sama
 Contoh: 6C14, 7N14, 8O14
 Isoton  kelompok nuklida dengan N sama
 Contoh: 1H3, 2He4
 Isomer inti  nuklida dengan A dan Z sama tetapi
berbeda dalam tingkat energinya
 Contoh: Co60m, Co60
5 Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan
proses pembentukannya di alam
 Nuklida stabil  secara alamiah tidak mengalami
perubahan A maupun Z, misal: 1H1, 6C12, 7N14
 Radionuklida alam primer radionuklida yang
terbentuk secara alamiah dan bersifat radioaktif. Disebut
primer karena waktu paruh panjang sehingga masih bisa
ditemukan sampai sekarang. Contoh: 92U238 dengan waktu
paruh=4,5x109 th
 Radionuklida alam sekunder radiaktif dan dapat
ditemukan di alam. Waktu paruh pendek, tidak dapat
ditemukan di alam, tetapi dapat dibentuk secara kontinu
oleh radionuklida alam primer, misal 90Th234 dengan waktu
paruh 24 hari.
 Radionuklida alam terinduksi  Misal 6C14 yang
dibentuk karena interaksi sinar kosmik dan nuklida
14 di atmosfir.
N
7
 Radionuklida buatan  merupakan radionuklida
yang terbentuk tidak secara alamiah, tetapi hasil
sintesis.
Kestabilan dan Peluruhan Inti Atom
 Kestabilan Inti Atom
Pita kestabilan : Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam
berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil.
Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.
1) Di atas pita kestabilan, Z <> Untuk mencapai kestabilan : inti memancarkan (emisi)
neutron atau memancarkan partikel beta
2) Di atas pita kestabilan dengan Z > 83, terjadi kelebihan neutron dan proton. Untuk
mencapai kestabilan : Inti memancarkan partikel alfa
3) Di bawah pita kestabilan, Z <> Untuk mencapai kestabilan : Inti memancarkan positron
atau menangkap elektron
Peluruhan inti atom
 Inti stabil = Bismuth yaitu yang mempunyai 83 proton dan 126 netron.
Inti atom yang mempunyai jumlah proton lebih besar dari 83 akan
berada dalam keadaan tidak stabil. Inti yang tidak stabil ini akan
berusaha menjadi inti stabil dengan cara melepaskan partikel bisa
berupa proton murni
, partikel helium
yang memiliki 2
proton atau partikel lainnya
 Inti atom yang tidak stabil = dinamakan inti radioaktif. Unsur yang inti
atomnya mampu melakukan aktivitas radiasi spontan berupa
pemancaran sinar-sinar radioaktif dinamakan unsur (zat) radioaktif
 Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang
elektromagnetik) secara spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil
menjadi inti-inti yang stabil disebut Radioaktivitas. Inti yang
memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang
terjadi disebut inti anak.
JENIS RADIASI YANG DIPANCARKAN
A. Peluruhan Alpha ( α ) Pertikel alpha terdiri atas dua buah proton
dan dua buah netron yang terikat menjadi suatu atom dengan inti
yang sangat stabil, dengan notasi atom 42 He atau 42α
Contoh;
dapat ditulis
B. Peluruhan Beta adalah merupakan radiasi partikel beta (elektron
atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari
partikel a. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron
disebut peluruhan beta minus (ß- ), dan pemancaran positron
disebut sebagai peluruhan beta plus (ß+ ).
contoh;
C. Peluruhan Gamma ( γ ) merupakan radiasi
gelombang elektromagnetik dengan energi sangat
tinggi sehingga memiliki daya tembus yang sangat
kuat. Sinar gamma dihasilkan oleh transisi energi
inti atom dari suatu keadaan eksitasi ke keadaan
dasar. Saat transisi berlangsung terjadi radiasi energi
tinggi (sekitar 4,4 MeV) dalam bentuk gelombang
elektromagnetik.
Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak
memiliki nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan
sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru.
Contoh
60m  Co60 + 
Co
27
27
D. Pembelahan spontan
 Peluruhan dengan pembelahan spontan hanya terjadi
pada nuklida sangat besar.
 Nuklida yang sangat besar membelah diri menjadi 2
nuklida yang massanya hampir sama disertai
pelepasan beberapa netron.
 Contoh:
254  Mp108 + Ba142 + 4 n1
Cr
98
42
56
0
E. Pemancaran netron
 Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida yang
memiliki kelebihan netron relatif terhadap inti yang
stabil.
 Contoh:
87  Kr86 + n1
Kr
36
36
0
F. Pemancaran netron terlambat
 Proses peluruhan terjadi dengan didahului oleh
pemancaran negatron kemudian dilanjutkan dengan
pemancaran netron.
 Contoh:
87  Kr87 + 0  Kr86 + n1
Br
35
36
-1
36
0
87 disebut pemancar netron terlambat
Br
35
Reaksi Fisi
 Reaksi Fisi : reaksi pembelahan inti
menghasilkan netron
 Setiap reaksi pembelahan inti selalu
dihasilkan energi sekitar 200 Mev.
 Netron yang dihasilkan dapat
digunakan untuk menembak inti
lain sehingga terjadi pembelahan
inti secara berantai.
 Energi yang dihasilkan pada
pembelahan 235 gram 235U ekivalen
dengan energi yang dihasilkan pada
pembakaran 500 ton batubara.
Awan cendawan pengeboman Nagasaki,
Jepang, 1945, menjulang sampai 18 km di
atas hiposentrum.
Reaksi Fusi
 Reaksi penggabungan dua
atau beberapa inti ringan
menjadi satu inti yang lebih
berat.
 Reaksi fusi menghasilkan
energi yang sangat besar.
 Reaksi hanya mungkin
terjadi pada suhu sangat
tinggi, sekitar 100 juta
derajat.
 Pada suhu tersebut tidak
terdapat atom melainkan
plasma dari inti dan
elektron.
Bentuk bom nuklir yang
dijatuhkan di Hiroshima dan
Nagasaki
Reaksi Fusi
 Energi yang dihasilkan pada reaksi fusi sangat besar.
 Energi yang dihasilkan cukup untuk menyebabkan
terjadinya reaksi fusi berantai yang dapat
menimbulkan ledakan termonuklir.
 Energi fusi dari 1 kg hidrogen setara dengan energi
pembakaran 20 ribu ton batubara.
 Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi:
 Energi yang dihasilkan lebih tinggi
 Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi adalah
nuklida-nuklida stabil.
Laju peluruhan dan waktu paruh
 Kebolehjadian suatu nuklida untuk meluruh tidak
tergantung lingkungan (suhu, tekanan, keasaman,
dll).
 Tetapi, bergantung pada jenis dan jumlah nuklida.
 Kecepatan peluruhan berbanding lurus dengan jumlah
radionuklida, yang dinyatakan dengan:
-dN/dt N;
dengan
N=jumlah radionuklida,
t=waktu
………continue
 Jika N0 dan  diketahui maka dapat dihitung
radionuklida N pada tiap waktu t.
 Daftar tetapan peluruhan tidak ada, yang ada daftar
waktu paruh nuklida sudah dikenal.
 Jika t = t½, maka N = ½ N0
ln ½ N0/N0 = - t½
t½ = ln 2
t½ = 0,693  t½ = 0,693/ 
Waktu paruh dari Au-198 adalah 3 hari, tentukan
tetapan peluruhnya?
Jawab ; λ =
= 0,231
Satuan keradioaktifan dan dosis
radiasi
 Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah peluruhan
(disintegrasi) per satuan waktu.
 Satuan keaktifan suatu zat radioaktif adalah Curie (Ci),
semula didasarkan pada laju disintegrasi 1 gram radium,
tetapi sekarang didefinisikan sebagai 3,7 x 1010 disintegrasi
S-1.
 Satuan keaktifan dalam SI adalah becquerel (Bq) yang
didefiniskan sebagai 1 disintegrasi S-1.
1 Bq = 1 disintegrasi/S
 Keaktifan jenis adalah keaktifan per gram cuplikan zat
radioaktif.
Satuan keradioaktifan dan dosis
radiasi
 Satu rad adalah jumlah energi radiasi yang diserap 100
erg per gram bahan.
 Dalam SI satuan dosis adalah Gray (Gy) yang
didefinisikan sebagai 1 JKg-1.
1 Gy = 100 rad.
Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan
 Radioaktif Sebagai Perunut
• Bidang kedokteran
; diagnosa
• Bidang industri
; pelumas/oli
• Hidrologi
; kecepatan arus,kebocoran pipa
• Biologis
; mekanisme fotosintesis
• Radioisotop sebagai sumber Radiasi
• Bidang Kedokteran
; sterilisasi, terapi tumor/kanker
• Pertanian
; teknik jantan mandul,
pemuliaan tanaman, penyimpanan makanan
• Bidang industri
; pemeriksaan tanpa merusak,
mengontrol ketebalan bahan, pengawetan makanan
Contoh soal:
 Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-mula di
simpan beratnya adalah 40 gram, maka setelah
disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak?
 Jawab:
 Nt/N0 = (1/2)T/t1/2
 Nt/40 = (1/2)15/5
 Nt
= 1/8 x 40
 Nt
= 5 gram
 Jadi berkurang sebanyak 35 gram
Contoh soal
 Suatu radioisotop X meluruh sebanyak 87,5% setelah
disimpan selama 30 hari. Waktu paro radioisotop X
adalah?
 Jawab;
 Nt = 100-87,5 = 12,5%
 12,5/100 = (½) 30/x
 1/8 = (1/2) 30/x
 X = 10