modul-inti-atom
advertisement
MODUL FISIKA INTI ATOM DAN RADIOAKTIVITAS DISUSUN OLEH NENIH, S.Pd SMA ISLAM PB. SOEDIRMAN 1. INTI ATOM Atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh satu atau beberapa electron yang bermuatan negatif pada jarak tertentu dari inti. Penyelidikan lebih lanjut mrnunjukkan bahwa inti ternyata memiliki struktur dalam arti inti tersusun atas zarah-zarah (partikel-partikel) A. STRUKTUR INTI Sampai saat ini diketahui bahwa inti atom tersusun oleh dua jenis partikel. Partikel –partikel ini dinamakan nulkeon. Nukleon terdiri atas neutron dan proton yang massanya hamper sama, sekitar 1700 kali massa electron. Nama Partikel proton massa 1,6725. 10-27 kg (1,0072766 sma) 1,6748. 10-27 kg (1,0086654 sma) neutron 9,109. 10-31 kg (0,0005486 sma) elekton muatan +1,602. 10-19 C 0 -1,602. 10-19 C Neutron tidak bermuatan, sedangkan proton bermuatan positif yang besarnya sama dengan muatan electron. Muatan proton inilah yang mengimbangi muatan electron sehingga atom secara keseluruhan bermuatan netral. Oleh sebab itu jumlah proton dan electron dalam sebuah atom sama. Jumlah proton dalam inti menentukan nama atom. Inti dengan jumlah proton dan netron tertentu disebut nuklida. πππ΄ X = symbol nuklida Z = nomor atom = jumlah proton dalam inti A = nomor massa = jumlah proton + neutron dalam inti Contoh : Jumlah proton + neutron = 13 Jumlah proton = 6 13 6πΆ Simbol nuklida: Karbon Jumlah neutron = 13 – 6 = 7 a. Isotop : kelompok nuklida yang memiliki nomor atom ( Z ) sama tetapi nomor massa ( A ) berbeda 137 140 Contoh: 136 54ππ, 54ππ, 54ππ b. Isobar : kelompok nuklida yang memiliki nomor massa ( A ) sama tetapi nomor atom ( Z ) berbeda Contoh : 146πΆ dan 147π c. Isoton : kelompok nuklida yang memiliki jumlah neutron ( N ) sama Contoh : 136π dan 147π B. GAYA IKAT INTI Kita lihat kembali atom karbon 136πΆ . Apakah yang menyebabkan 6 proton yang semuanya bermuatan positif dapat bergabung menjadi inti bersama 7 neutron? Sudah tentu dibutuhkan gaya ikat inti yang lebih kuat dari pada gaya tolak yang terjadi di antara proton-proton tersebut (= gaya Coulomb = gaya elektrosatatis) Ternyata memang ada gaya ikat inti di antara nucleon-nukleon tersebut . Gaya ikat inti berbeda dengan gaya elektrostatis. Gaya elektrostatis bekerja di antara partikel-partikel yang bermuatan. Sedangkan gaya ikat inti bekerja di antara partikel-partikel penyusun inti yang tidak bergantung padajenis muatannya. Gaya ikat inti bisa berupa tarik-menarik antara proton dengan proton, neutron dengan neutron atau dapat pula antara proton dengan neutron. Gaya inti ini sangat kuat, sekitar 100 kali lebih kuat dibandingkan gaya elektrostatis. Namun jangkauannyasangat terbatas yaitu hanya berkisar pada jarak 10-15 m. C. SELISIH MASSA DAN ENERGI IKAT INTI Massa sebuah inti ternyata selalu lebih kecil dari massa penyusunnya. Sebagai contoh : ο Massa inti Karbon ( 126πΆ ) = 11,9967 sma Karbon ( 126πΆ ) terdiri atas 6 proton dan 6 elektron : ο· Massa 6 karbon = 6 x 1,0073 sma = 6,0438 sma ο· Massa 6 neutron = 6 x 1,0086 sma = 6,0516 sma Jumlah = 12,0954 sma 12 Bisa dilihat bahwa karbon ( 6πΆ ) yang terdiri dari 6 proton dan 6 neutron ternyata mempunyai massa inti yang lebih kecil dari pada massa 6 proton ditambah massa 6 neutron. Berarti terdapat selisih massa [kehilangan massa], yang disebut defek massa (βm). Defek masa dapatr dicari dengan persamaan: βm = [Z. mp + N. mn] - Minti mn = massa neutron mp = massa proton Minti = massa inti Z = jumlah proton N = jumlah neutron Kemanakah selisih massa dalam inti tersebut? Dari prinsip kesetaraan massa-energi yang menyatakan bahwa massa dapat berubah menjadi energy atau sebaliknya melalui persamaan: Dengan c = kelajuan cahaya dalam vakum = 3. 108 m/s Maka defek massa setara dengan jumlah energy tertentu, yang ternyata dipakai untuk mengikat nucleonnukleon di dalam inti sehingga dapat bergabung menjadi inti, yang disebut ENERGI IKAT INTI. Defek massa sebesar 1 sma setara dengan energy sebesar 931, 5 MeV, sehingga: E = m c2 Energi Ikat Inti = βm x 931,5 MeV D. ENERGI IKAT PER NUKLEON Energi ikat pernukleon adalah perbandingan antara jumlah energy ikat yang menyusun inti dengan jumlah nukleonnya. Energi ikat per nukleon = πΈπππππ πΌπππ‘ πΌππ‘π π½π’πππβ ππ’πππππ = πΈπππππ πΌπππ‘ πΌππ‘π π΄ 2. RADIOAKTOVITAS A. STABILITAS INTI Stabilitas inti ditentukan oleh energy ikat per nucleon. Semakin besar energy ikat semakin stabil (mantap) inti tersebut. Namun kemantapan inti dapat dilihat dengan cara lain, yaitu dengan grafik kestabilan inti, seperti pada gambar diagram pita kestabilan inti. Jumlah neutron, N Peluruhan alpha N=Z α Peluruhan beta negatif β- Peluruhan beta positif β+ Jumlah proton, Z B. PEMANCARAN SINAR RADIOAKTIF Ada 3 macam radiasi yang dipancarkan dari unsure radioaktif, yaitu: sinar α, β, γ. Sinar α Sinar β Sinar γ ο§ ο§ ο§ o o o ο· ο· ο· Merupakan partikel bermuatan positif (= inti Helium 42π»π ) Daya tembusnya lemah Daya ionisasi besar Merupakan partikel bermuatan negative (= electron −10π ) Daya tembus lebih kuat daripada α Daya ionisasi lebih kecil daripada α Merupakan gelombang elektromagnetik berenergi tinggi Daya tembus paling kuat Daya ionisasi paling kecil a. Pemancaran α Inti yang meluruh dengan memancarkan partikel α akan kehilangan dua proton dan dua neutron. Atau nomor massa (A) berkurang 4 dan nomor atom (Z) berkurang 2 π΄ π§π π΄−4 π−2π + 42πΌ b. Pemancaran β Peluruhan β menyebabkan nomor atom (Z) bertambah 1, sedangkan nomor massa (A) tetap. Hal ini terjadi karena ada satu neutron berubah menjadi satu proton. π΄ ππ π΄ π+1π + −10π½ c. Pemancaran γ nti tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan foton yang bersesuaian, foton yang dipancarkan disebut sinar γ. Pemancaran sinar γ tidak menyebabkan nomor massa dan nomor atom berubah. 87 * Contoh : 87 38ππ 38ππ + γ C. TEORI PELURUHAN ZAT RADIOKATIF Zat-zat radioaktif meluruh dengan memancarkan sinar-sinar radioaktif sampai akhirnya menjadi stabil. Peluruhan zat radioaktif adalah akibat dari proses yang terjadi dalam inti atom. Kurva peluruhan suatu zat radioaktif berbentuk eksponensial. N = N0 e N0 N t λ -λt = Jumlah zat radioaktif mula-mula = Jumlah zat radioaktif yang tersisa setelah peluruhan = selang waktu peluruhan = tetapan peluruhan a. Waktu Paruh (T1/2) Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan oleh suatu zat radioaktif untuk meluruh sehingga zat tersebut tinggal separuh dari jumlah mula-mula. Di mana 1 N = N0 (2) π n = π‘ π1/2 Hubungan antara T1/2 dan λ diberikan oleh : T1/2 ≈ 0,693 π T1/2 = waktu paruh b. Aktivitas (A) Aktivitas suatu zat radioaktif menyatakan jumlah peluruhan tiap satuan waktu dari zat radioaktif tersebut. Semakin besar jumlah zatnya semakin besar aktivitasnya. Aktivitas (A) dinyatakan dengan persamaan : A = aktivitas (Bq) 1 Bq = 1 peluruhan partikel per detik A=λN λ = tetapan peluruhan N = jumlah zat D. REAKSI INTI Pada reaksi inti, karena yang bereaksi adalah inti atomnya, maka terjadi perubahan unsur. a. Reaksi Fisi Reaksi Fisi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi inti yang lebih ringan. Contohnya reaksi pembelahan uranium-235 ( 235 92π) dengan sebuah neutron. Salah satu kemungkinan reaksinya adalah: 1 0π + 235 92π 144 56π΅π + 89 36πΎπ Q = energi + 3 10π + Q Terlihat bahwa pembelahan uranium di atas membutuhkan satu neutron tetapi menghasilkan 3 neutron lagi. Ke-3 neutron ini dapat membelah uranium yang lain sehingga terjadi reaksi berantai. Jika reaksi berantai ini tidak terkendali, maka akan berlangsung sangat cepat san energy yang dilepaskan sangat dasyat seperti yang terjadi pada bom nuklir. b. Reaksi Fusi Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan beberapa inti ringan. Matahari dan bintang-bintang yang merupakan sumber energy utama di ala mini m,emperoleh energy dari reaksi fusi. Contoh reaksi fusi: 3 1π» + 21π» 4 2π»π + 10π + Q Q = energi LATIHAN SOAL NO 1 PERTANYAAN Jumlah proton, neutron dan electron Jumlah proton = dari atom 137 berturut-turut Jumlah neutron = 56π΅π Jumlah electron = adalah …. 2 Suatu atom X mempunyai 42 proton, 42 elektron, dan 65 neutron. Simbol untuk atom ini adalah …. 3 Apabila massa inti 31π» = 3,016 sma, Massa proton = 1,008 sma Massa neutron = 1,009 sma dan 1 sma setara dengan 931 MeV, maka energy ikat inti 31π» adalah …. 4 Massa inti 126πΆ adalah 12 sma. Jika massa tiap proton dan neutron masing-masing 1,0078 sma dan 1,0086 sma dan 1 sma = 931 MeV, maka besarnya energy ikat per nucleon inti 126πΆ adalah …. 5 Massa proton = 1,007 sma dan massa neutron = 1,008 sma, sedang massa inti litium 73πΏπ = 7,001 sma. Besar energy ikat inti litium adalah ….. 6 Waktu paruh suatu unsure radiokatif 1 3,8 hari. Unsur tersebut tersisa 16 bagian setelah . . . . hari 7 Tetapan peluruhan suatu unsur radioaktif 0,0693 per hari. Tentukan waktu paruh unsur tersebut! (dalam hari) JAWABAN NO 8 PERTANYAAN Jika neutron dalam suatu inti berubah menjadi proton, inti itu memancarkan a. Partikel alpha b. Partikel beta c. Partikel gamma d. Proton e. Deuteron 9 Sesudah 2 jam , seperenambelas dari unsure radioaktif masih radioaktif, maka waktu paruhnya adalah …. a. 15 menit b. 30 menit c. 45 menit d. 60 menit e. 120 menit 10 Suatu zat radioaktif mempunyai waktu 1 paruh 4 jam. Apabila zat tersebut membutuhkan waktu 60 menit untuk meluruh sehingga zat yang tersisa tinggal 50 gram, maka perbandingan jumlah zat radioaktif yang tinggal (yang belum meluruh) dengan zat radioaktif mula-mula adalah …. a. 16 : 1 d. 1 : 15 b. 5 : 1 e. 1 : 16 c. 4 : 1 11 Waktu paruh suatu unsur radioaktif 100 detik. Bila massa bahan radioaktif itu mula-mula 1 gram, maka setelah 5 menit massanya tinggal …. a. 1/3 gram d. 1/6 gram b. ¼ gram e. 1/8 gram c. 1/5 gram 12 Suatu proses fisi persamaan: 1 0π + 235 92π 144 56π΅π 235 92π + 89 36πΎπ mengikuti + 3 10π +Q Jika proses fisi ini dibebaskan energy 200 MeV, massa neutron = 1,009 sma, massa inti = 235,04 sma, dan 1 sma = 931 MeV, massa (Ba + kr) adalah …. a. 231,80 sma b. 234,80 sma c. 233,89 sma d. 234,03 sma e. 234,89 sma JAWABAN NO 13 PERTANYAAN Urutan sinar radioaktif berdasarkan daya ionisasinya dari besar ke yang lebih kecil adalah …. a. α, γ, β d. γ, β, α b. β, γ, α e. γ, α, β c. α, β, γ 14 30 X+α 14π + proton X pada reaksi inti di menunjukkan….. a. 28 d. 27 13π΄πΏ 14π΄πΏ b. 26 13π΄πΏ c. 28 12π΄πΏ atas e. 23 13π΄πΏ 15 Agar mendapatkan inti karbon ( 126πΆ ) dan neutron ( 10π), maka keeping berilium ( 49π΅π) perlu ditembak dengan berkas …. a. Alfa d. deutron b. Beta d. proton c. Gamma 16 Dalam reaksi fusi berikut: 2 3 4 1 1π» + 1π» 2π»π + 0π + Q Bila massa: 21π» = 2,014741 sma, 4 1 2π»π = 4,003879 sma, 0π = 1,008987 sma, 31π» = 3,016977 sma dan 1 sma = 931 MeV, energy yang dibebaskan pada reaksi inti di atas adalah ….. a. 174,6 MeV b. 17,46 MeV c. 1,746 MeV d. 0,01746 MeV e. 0,001746 MeV 17 Pada reaksi fusi: 2 2 3 1 1π» + 1π» 2π»π + 0π + Energi Diketahui massa inti: 2 3 1π» = 2,0147 sma, 2π»π = 3,0169 sma 1 0π = 1,0089 sma. Bila 1 sma setara dengan energy sebesar 931 MeV, maka besar energy yang dilepaskan pada reaksi fusi tersebut adalah …. a. 3,1585 MeV b. 3,3516 MeV c. 3,4447 MeV d. 3,5678 MeV e. 3,6309 MeV JAWABAN NO 18 PERTANYAAN Atom di tembaki dengan partikel alfa. Dalam proses ini dihasilkan isotop oksigen 178π, maka partikel yang di bebaskan adalah …. a. Proton b. Electron c. Neutron d. Positron e. Foton 19 Dalam reaksi inti atom tidak berlaku …. a. Hukum kekekalan energy b. Hukum kekekalan massa atom c. Hukum kekekalan momentum d. Hukum kekekalan nomor atom e. Hukum kekekalan energy mekanik 20 221 87πΉπ 14 7π berubah menjadi 209 83π΅π dengan memancarkan beberapa partikel. Partikel-partikel yang dipancarkan adalah …. a. 2α dan 2γ b. 4α dan 4γ c. 3α dan β d. 3α dan 2β e. 2α dan 2β JAWABAN
