BAB I - iful06*[dot]*wordpress*[dot]

BAB I
KONSEP-KONSEP DASAR FISIKA INTI
Setelah mempelajari tentang atom, sifat-sifat dasar atom serta
model-model atom, pembahasan selanjutnya adalah mengenai inti atom
yaitu bagian dari atom. Telaah mengenai fisika inti atau fisika nuklir
berpusat pada dua hal utama yaitu pertama ingin memahami sifat-sifat
gaya yang membentuk inti atom (nukleus) sebagai partikel-partikel
penyusun inti yaitu nukleon yang berupa proton dan neutron. Ke dua
diupayakan untuk menjelaskan prilaku suatu sistem banyak partikel,
sebagian besar ditentukan oleh gaya-gaya yang mengikat nukleon
sehingga mereka menjadi satu kesatuan yang menyebabkan terjadinya
saling
interaksi.
Pembahasan
tentang
inti
atom
dimulai
setelah
ditemukannya partikel neutron pada tahun 1932 oleh Cadwick, seorang
sarjana Inggris ketika mengamati hasil eksperimen tumbukan partikel alfa
dengan keping Berilium teramati jenis radiasi yang berbeda dengan jenis
radiasi-radiasi yang lainnya. Setelah ditelaah ternyata partikel tersebut
adalah neutron yang memiliki massa hampir sama dengan massa proton
yaitu 1,67482 x 10-27 kg = 1,008665 u = 939,6 Mev/C2, sedang massa
proton 1,67252 x 10-27kg = 1,007276 u = 938,3 Mev/C2. Berdasarkan
hasil penemuan di atas diketahui bahwa partikel-partikel penyusun inti ada
jenis yaitu proton dan neutron yang sering disebut nukleon. Proton
bermuatan positif sedangkan neutron tidak bermuatan.
Gambaran kemajuan telaah fisika inti semenjak kelahirannya dapat
dilihat pada tabel 1 disajikan penemuan-penemuan /terobosan-terobosan
penting dalam bidang fisika inti
Tabel 1. Terobosan-terobosan dalam sejarah perkembangan fisika inti
No.
1.
2.
3.
4.
5.
Terobosan
Sistem Periodik Unsur
Penemuan Sinar –X
Penemuan Radioaktivitas
Penemuan elektron
Hipotesis Kuantum
Fiskawan
Mendeleyev
Rontgen
Becquerel
J.J Thomson
Planck
1
Tahun
1868
1895
1896
1987
1900
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Kaitan massa tenaga
Gagasan Isotop
Hipotesis Nuklir
Model Inti Atom
Transmutasi Nitrogen oleh partikel α
Spektrograf massa
Panjang
gelombang
partikel
bermateri
Persamaan gelombang materi
Difraksi elektron
15.
Penemuan boson vektor W + dan Z0
Einstein
Soddy
Rutherford
N.Bohr
Rutherford
Aston
De Broglie
1905
1911
1911
1913
1919
1919
1924
Schrodinger
1926
Davisson&Germer 1927
G.P.Thomson
S.van de Meer, 1983
C.Rubbia (CERN)
Partikel Penyususn Inti
Bagaimanapun kecilnya sebuah inti atom, ia mempunyai struktur
pembentuk inti. Setiap nukleon memiliki simbul kimia yang berbeda.
Beberapa konsep yang perlu diketahui tentang nukleon yaitu massa,
muatan dan energinya. Simbol sebuah inti
A
Z
XN
Keterangan:
X = Jenis inti
A = Nomor massa
Z = Nomor inti
N = Jumlah neutron
Nomor inti menunjukan jumlah proton yang terdapat pada inti, sedangkan
nomor massa menunjukan jumlah partikel yang terkandung dalam suatu
inti. *) Massa Inti
Massa inti ditentukan oleh massa partikel penyusunnya.
Massa Inti  Z M H  N MN
Keterangan:
Z = jumlah proton
N = Jumlah neutron
MH = Massa hidrogen
MN= Massa neutron
Telaah fisika inti berpusat pada dua hal:
2
a) Sifat-sifat gaya yang membentuk inti
b) Menjelaskan prilaku sistem banyak partikel

Gaya penyusun inti jauh lebih kuat dari gaya gravitasi dan gaya
listrik

Jangkauan gaya inti lebih pendek (10-12m) sedangkan gaya
gravitasi dan listrik sangat jauh (  )

Gaya inti timbul karena pertukaran zarah-zarah penyusun pokok inti
Sifat-Sifat Dasar inti:
1) Memiliki sifat bebas waktu seperti (muatan listrik, massa, ukuran,
momentum sudut intrinsik)
2) Memiliki sifat gayut waktu seperti (pererasan (decay) radioaktif,
transmutasi buatan (reaksi inti), keadaan teralan (tereksitasi)
Istilah-istilah dalam fisika inti

Isotop: inti yang mempunyai sifat kimia yang identik tapi massa
berbeda (Z sama dengan N berbeda). Contoh C613 ,C614

Isoton: Inti dengan N sama dan Z berbeda. Contoh C613 ,C714

Isobar: Nomor massa sama dan Z berbeda. Contoh C614 ,C714

Isomer: Inti dalam keadaan eksitasi berbeda dengan waktu yang
terukur, waktu yang terukur adalah ketika berada pada keadaan
dasar

Meson: Zarah yang bermassa antara massa elektron dan massa
proton. Meson yang terkenal meson  dengan massa lebih kurang
270 massa elektron dan meson  dengan massa 207 massa
elektron

Positron: elektron bermuatan positif dengan massa sama dengan
massa elektron

Foton: Kuantum radiasi elektromagnetik biasanya muncul sebagai
cahaya, sinar X atau sinar gamma.
Ukuran Inti
3
Ukuran inti ditentukan oleh jari-jarinya. Jari-jari inti
R  Ro A1 / 3
Ro = 1,4 Fermi = 1,4 x 10-15m
= 1,2 Fermi = 1,2 x 10-15m
A = massa inti
Inti suatu atom telah dianggap berbentuk bola, tepai ternyata beberapa inti
atom mempunyai distribusi muatan tidak simetri bola. Untuk inti yang
seperti ini sudah tentu memiliki sumbu simetri sedikit berbeda dengan
sumbu simetri bola. Karena volume bola berbanding lurus dengan Ar -3. Ini
berarti secara pendekatan semua inti mempunyai kerapatan yang sama.
Kerapan inti

m
m

V 4 / 3R 3
 = kerapatan inti
R = jari-jari inti
V = volume inti
Momentum Sudut Intrinsik Inti
Inti tersusun dari proton-proton dan neutron-neutron ( terdiri dari
sistem banyak partikel). Proton dan neutron memiliki momentum sudut

h
pusat massa (momentum sudut spin ( S ) yang bernilai ½  (  
)
2
Selain itu setiap proton dan neutron memiliki momentum sudut terhadap

pusat massa yang disebut momentum sudut orbital ( L ). Momentum sudut
total inti merupakan penjumlahan momentum sudut spin dengan
  
momentum sudut orbital J  L  S
J merupakan bilangan bulat tak negatif untuk A genap
J merupakan bilangan bulat tak negatif + ½ untuk A ganjil.
L dan S berinteraksi secara magnetis. Bila tidak ada medan magnet luar B
maka J nilainya konstan. L dan S berpresisi terhadap J . Bila ada medan
4
magnet luar maka J berpresisi terhadap B, sedangkan L dan S
meneruskan presisi terhadap J
Sifat-sifat Dinamik Inti
Seperti atom inti dapat juga berada dalam keadaan tereksitasi pada
aras tenaga tertentu. Alihan antar aras tereksitasi terjadi melalui pancaran
radiasi elektromagnetik atau sinar gamma, yang analog dengan pancaran
cahaya oleh inti tereksitasi. Perbedaannya adalah kalau keadaan atom
tereksitasi terpisah tenaganya pada orde eV, sedangkan pemisahan antar
aras-aras tenaga keadaan inti tereksitasi terjadi sekitar 104 sampai 105 eV.
Soal-soal
1) Jari-jari inti atom karbon 3x10 15 m dan massanya 12u. Tentukanlah
rapat massanya dan bandingkan dengan rapat massa air!
Diketahui :
R = 3x10 15 m
m = 12 u
 air  1000 kg m3
Ditanya :  carbon  ... ?
Penyelesaian :
m
m
  4 3
V 3 r

(12u )(1,66 x10  27 kg u )
( 43 )( 227 )(3x10 15 m) 3

19,92 x10  27 kg
113,04 x10  45 m 3
 1,8 x1017 kg m3
 carbon 1,8 x1017 kg m

 1,8 x1014
3 kg
 air
10 m
3
3
Jadi, rapat massa inti atom adalah 1,8x1017 kg m3 dan perbandingannya
dengan rapat massa air adalah 1,8x1014 .
2) Tentukan jari-jari nukleus
16
O dan 208Pb !
Diketahui : Ao = 16
APb = 208
5
Ditanya :
Ro = ...?
RPb = ...?
Penyelesaian :
1
1
R  r0 A 3  (1,46 fm) A 3
Ro  (1,46 fm)(16) 3  3,53 fm  3,53x10 15 m
1
RPb  (1,46 fm)( 208) 3  8,29 fm  8,29 x10 15 m
1
Jadi, jari-jari nukleus berturut-turut adalah 3,53x10 15 m dan 8,29 x1015 m .
3) Tentukan keadaan yang mungkin untuk deuteron jika total momentum
angulernya memiliki bilangan kuantum J = 1 !
Jawab :
Total momentum anguler (J) deuteron adalah jumlah aljabar vektor
momentum anguler orbital untuk sistem ikatan neutron-proton (L) dan
total spin intrinsik sistem neutron-proton (S).
Karena neutron dan proton memiliki spin S = ½ , maka total spin
intrinsiknya adalah 0 (keadaan singlet) atau 1 (keadaan triplet).
J = L + S, J = 1, S = 0, 1
Maka nilai yang mungkin untuk L adalah 0, 1, 2. Dalam notasi
spektroskopik,
keadaan
neutron
yang
mungkin
adalah
3
3
1
3
S1 , P1 , P1 dan D1 . Keadaan dasar deuteron adalah campuran dari
3
S1 dan 3 D1
1. Hitunglah besarnya kerapatan inti
23
11
Penyelesaian :
Massa atomik
23
11
Na adalah 23 u
Jari – jari inti, R= R0 A 1/3
= 1,2 x 10-15 m . (23)1/3
= 3,412 x 10-15
6
Na
Maka kerapatan inti,

m
V
m
4 / 3R 3
23 x(1,66 x10  27 kg / u )

4 / 3.3,14.(3,412 x10 15 ) 3

38,18 x10  27 kg

166,3 x10  45 m 3
  0,229 x1018 kg / m 3
2. Atom Helium mempunyai 2 proton dan 2 neutron. Massa inti atom
4,00260 sma. Hitunglah : a. Energi ikat atom helium.
b. Energi ikat pernukleon
Penyelesaian :
a) Total massa partikel dalam atom helium
2mp + 2mn + 2me
= (2x1,00728) + (2x1,00867) + (2x0,555)
= 4,033 sma.
Defek massa = 4,033 – 4,00260
= 0,0304 sma
Energi ikat atom helium
= 0,0304 x 931,5 MeV
= 28,3 MeV
b) Energi ikat per nukleon
E
4
28,3MeV

4

= 7,075 MeV.
3. Diketahui simbol Kalium adalah
39
19
K . Tentukan jumlah proton, elektron,
& neutron pada ion Kalium adalah...
Jawab :
7
Nomor atom Kalium adalah
39
19
K.
Jumlah proton = jlh elektron = 19
Jumlah Neutron = Nomor massa – nomor atom
= 39 – 19
= 20.
8