CATATAN KULIAH ATOM, INTI DAN RADIOAKTIF

advertisement
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
CATATAN KULIAH
ATOM, INTI DAN RADIOAKTIF
Diah Ayu Suci Kinasih
-24040115130099Departemen Fisika
Universitas Diponegoro
Semarang
2016
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
FISIKA NUKLIR
Atom, Inti dan Radioaktif
1. Pekembangan Teori Atom
1.1 Model Aton Dalton
Menurut Dalton suatu zat terdiri dari atom-atom yang merupakan sesuatu yang
tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom-atom yang menyusun suatu zat tertentu
memilii sifat yang sama. Perbedaan antara satu zat dengan zat yang lain
disebabkan oleh perbedaan atom-atom penyusunnya.
1.1 Model Atom Thomson
Thomson mengusulkan sebuah model atom yang sederhana seperti roti kismis.
Menurut model ini atom berbentuk seperti bola dengan muatan listrik
terdistribusi merata, dan elektron tersebar pada bola ini dengan jumlah muatan
negatif yang sama dengan muatan positif.
Model atom Thomson dapat memprediksi jumlah partikel alpha yang terhambur
melalui lapisan tipis untuk sudut kecil saja. Model atom Thomson tidak dapat
dipertahankan karena tidak mampu memprediksi jumlah partikel alpha yang
terhambur untuk sudut lebar.
1.2 Model Atom Rutheford
Pada tahun 1911 Ernest Rutherford melakukan eksperimen hamburan partikel
Alpha yang di tembakkan ke arah lapisan logam tipis emas. Hasil eksperimen
menunjukkan bahwa sebagian besar partikel alpha melewati lapisan tipis
seperti menembus ruang kosong, dan ada juga partikel yang terdefleksi dengan
sudut yang lebar. Eksperimen juga menunjukkan bahwa ada partikel yang
terpantul kembali ke arah datangnya. Hamburan semacam ini jelas tidak dapat
dijelaskan dengan menggunakan model atom Thomson.
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
Rutherford menjelaskan hasil eksperimen ini dengan mengasumsikan bahwa
muatan positif dalam sebuah atom terkonsentrasi pada suatu bagian yang
relatif kecil dibanding ukuran atom. Bagian bermuatan positif ini disebut inti
(nucleus). Elektron dalam atom diasumsikan berada di luar atom dan bergerak
mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengelilingi matahari.
Model atom seperti planet ini memiliki kelemahan:
1. Model ini tidak dapat menjelaskan fenomena bahwa atom memancarkan
radiasi elektromagnetik karakteristik yang diskret.
2. Menurut teori elektromagnetisme Maxwell, partikel yang berkeliling pada
lintasan orbit semacam ini akan mengalami percepatan sentripetal dan
memancarkan energi hingga akhirnya akan jatuh ke dalam inti atom.
1. 3 Model Atom Bohr
Bohr merupakan model yang paling sering digunakan karena sederhana tetapi
dapat menjelaskan banyak hal. Model atom Bohr ini menggambarkan bahwa
atom terdiri atas inti atom dan sejumlah elektron yang mengelilingi inti atom
dengan lintasan atau kulit tertentu. Inti atom itu sendiri terdiri atas sejumlah
proton dan neutron yang berkumpul secara masif.
2. Inti Atom
Inti atom atau nuklir (nuclear) terdiri atas sejumlah proton dan neutron
(nukleon) dengan komposisi tertentu. Proton bermuatan positif sedangkan
neutron tidak bermuatan, Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti
atom tersebut menentukan apakah suatu inti atom bersifat stabil atau tidak
stabil.
2.1 Partikel Penyusun Inti
Inti atom dituliskan dengan kaidah sebagai berikut.
𝑧𝑋
𝐴
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
Dimana 𝑋 = 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 π‘’π‘›π‘ π‘’π‘Ÿ
𝑍 = π‘›π‘œπ‘šπ‘’π‘Ÿ π‘Žπ‘‘π‘œπ‘š, π‘šπ‘’π‘›π‘’π‘›π‘—π‘’π‘˜π‘˜π‘Žπ‘› π‘—π‘’π‘šπ‘™π‘Žβ„Ž π‘π‘Ÿπ‘œπ‘‘π‘œπ‘›
𝐴 = π‘›π‘œπ‘šπ‘’π‘Ÿ π‘šπ‘Žπ‘ π‘ π‘Ž, π‘šπ‘’π‘›π‘’π‘›π‘—π‘’π‘˜π‘Žπ‘› π‘—π‘’π‘šπ‘™π‘Žβ„Ž π‘π‘Ÿπ‘œπ‘‘π‘œπ‘› + π‘—π‘’π‘šπ‘™π‘Žβ„Ž π‘›π‘’π‘’π‘‘π‘Ÿπ‘œπ‘›
Terdapat beberapa kelompok inti atom yang mempunyai ciri-ciri tertentu yakni
sebagai berikut :
Isotop, yaitu atom-atom yang mempunyai nomer atom yang sama tetapi nomer
massanya berbeda.
Contohnya
6𝐢
13
dengan 6 𝐢 14
Isoton, yaitu atom yang mempunyai nomer massa berbeda tetapi mempunyai
jumlah neutron yang sama.
Contohnya
6𝐢
13
dengan 7 𝑁14
Isobar, yaitu atom-atom yang mempunyai nomer massa yang sama tetapi
nomer atomnya berbeda.
Contohnya
6𝐢
14
dengan 7 𝑁14
Isotop-Isotop, yaitu unsur-unsur yang memiliki sifat-sifat kimia sama tetapi
sifat-sifat fisika berbeda.
2.2 Stabilitas Inti
Seperti yang telah diketahui, isotop merupakan unsur-unsur yang memiliki
sifat-sifat kimia sama tetapi sifat-sifat fisika berbeda. Isotop tersebut ada yang
stabil dan juga tidak stabil. Isotop yang tidak stabil disebut dengan radio isotop,
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
yakni isotop yang radioaktifnya selalu memancarkan sinar-sinar radioaktif dari
dalam intinya.
Posisi inti atom yang stabil sudah dipetakan dengan sistem koordinat jumlah
proton (π‘ π‘’π‘šπ‘π‘’ − 𝑋) dan jumlah neutron (π‘ π‘’π‘šπ‘π‘’ − π‘Œ) sebagaimana kurva
kestabilan pada gambar berikut.
Titik-titik hitam pada kurva tersebut di atas menunjukkan koordinat (jumlah
proton dan jumlah neutron) inti atom yang stabil. Terlihat bahwa pada jumlah
proton tertentu terdapat beberapa titik hitam dengan jumlah neutron yang
berbeda, berarti terdapat kemungkinan bahwa sebuah unsur memiliki beberapa
isotop yang stabil.
Kurva kestabilan di atas dijabarkan lebih rinci pada suatu tabel yang disebut
sebagai tabel nuklida. Jenis-jenis inti atom (nuklida), baik yang stabil maupun
yang tidak stabil, dapat dilihat pada tabel nuklida (nuclide chart). Inti atom
yang stabil ditandai dengan warna hitam sedangkan warna lain menunjukkan
inti atom (nuklida) yang tidak stabil.
2.3 Reaksi Inti
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
Reaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses tumbukan dua inti atau dua
partikel inti yang menghasilkan inti atau partikel inti yang berbeda dari
asalnya. Pada dasarnya, tumbukan partikel dapat saja terjadi dengan
melibatkan tiga partikel atau lebih, tetapi karena sangat sulit menemui kasus
dimana tiga atau lebih partikel yang berada dalam satu tempat dan satu lokasi
yang sama, maka propabilitas proses tumbukan seperti itu sangat kecil dan
jarang terjadi.
Hal-hal yang berkaitan dengan Reaksi Inti, adalah sebagai berikut:
Mass Deffect merupakan penyusutan massa inti yang terjadi akibat adanya
perubahan massa inti menjadi energi ikat inti. Besarnya defek massa dapat
diketahui menggunakan persamaaan berikut:
βˆ†π‘š = (π‘§π‘šπ‘ + (𝐴 + 𝑍)π‘šπ‘› ) − π‘šπ‘–π‘›π‘‘π‘–
Dimana
βˆ†π‘š = π‘€π‘Žπ‘ π‘  𝐷𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑑 (π‘π‘’π‘›π‘¦π‘’π‘ π‘’π‘‘π‘Žπ‘› π‘šπ‘Žπ‘ π‘ π‘Ž)
π‘šπ‘ = π‘šπ‘Žπ‘ π‘ π‘Ž π‘π‘Ÿπ‘œπ‘‘π‘œπ‘›
π‘šπ‘› = π‘šπ‘Žπ‘ π‘ π‘Ž π‘›π‘’π‘’π‘‘π‘Ÿπ‘œπ‘›
π‘šπ‘–π‘›π‘‘π‘– = π‘šπ‘Žπ‘ π‘ π‘Ž 𝑖𝑛𝑑𝑖
Energi Ikat Inti merupakan energi yang menyebabkan inti proton dan neutron
dapat bergabung membentuk inti atom. Besarnya energi ikat atom dapat
diketahui dengan menggunakan persamaan berikut:
𝐸 = βˆ†π‘šπ‘ 2
Di βˆ†π‘š = π‘€π‘Žπ‘ π‘  𝐷𝑒𝑓𝑓𝑒𝑐𝑑 (π‘π‘’π‘›π‘¦π‘’π‘ π‘’π‘‘π‘Žπ‘› π‘šπ‘Žπ‘ π‘ π‘Ž)
𝐸 = π‘’π‘›π‘’π‘Ÿπ‘”π‘– π‘–π‘˜π‘Žπ‘‘ 𝑖𝑛𝑑𝑖
𝑐 = π‘˜π‘’π‘π‘’π‘π‘Žπ‘‘π‘Žπ‘› π‘π‘Žβ„Žπ‘Žπ‘¦π‘Ž
Dalam suatu reaksi nuklir berlaku hukum kekekalan energi, kekekalan muatan
partikel, kekekalan jumlah nukleon dan kekekalan momentum. Mengacu pada
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
persamaan reaksi nuklir di atas, kekekalan energi, muatan partikel, nukleon
dan momentum dapat dijelaskan dengan penjabaran persamaan berikut ini.
Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa energi sebelum dan sesudah
reaksi nuklir terjadi adalah kekal atau tetap.
Hukum Kekekalan Muatan Partikel menyatakan bahwa jumlah muatan
partikel dari partikel-partikel inti sebelum dan sesudah reaksi nukir
berlangsung adalah kekal atau tetap.
Kekekalan Nukleon menyatakan bahwa jumlah nukleon (sub partikel dalam
inti atom yang jumlahnya ditunjukkan dengan nomor massa) dari partikelpartikel inti sebelum dan sesudah reaksi sama. Nukleon atau sub partikel dalam
inti atom terdiri dari proton dan neutron.
Hukum Kekekalan Momentum bahwa jumlah vektor momentum dari
partikel-partikel inti sebelum dan sesudah reaksi nuklir berlangsung adalah
kekal atau tetap.
Reaksi inti atau reaksi nuklir sangat berbeda dengan reaksi kimia. Reaksi kimia
tidak mengubah struktur dan susunan inti atom, sedangkan reaksi nuklir
terkait dengan perubahan struktur inti atom.
Beragam reaksi nuklir telah berhasil diamati oleh para ilmuwan, tetapi secara
umum dapat digolongkan menjadi empat tipe saja yaitu, reaksi fisi, reaksi fusi,
peluruhan radioaktif dan transmutasi inti (atau transmutasi nuklir).
3. Radioaktivitas
setiap inti atom yang tidak stabil (radioisotop atau inti radioaktif) akan meluruh
atau berubah menjadi inti atom lain yang lebih stabil dengan memancarkan
radiasi. Laju peluruhan tersebut ternyata tidak sama antara satu inti atom
dengan inti atom yang lain.
Radioaktivitas atau aktivitas peluruhan radiasi didefinisikan sebagai jumlah
peluruhan per detik. Aktivitas radiasi ( 𝐴 ) suatu sumber atau zat radioaktif
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
ditentukan oleh jumlah inti radioaktif yang dikandungnya ( 𝑁 ) dan konstanta
peluruhan dari inti radioaktif tersebut (πœ†).
𝐴=
βˆ†π‘
= πœ†π‘
βˆ†π‘‘
Konstanta peluruhan (πœ†) bersifat unik yang berarti bahwa nilai πœ† dari suatu inti
radioaktif akan berbeda dengan inti radioaktif yang lain. Satuan πœ† adalah per
detik (π‘‘π‘’π‘‘π‘–π‘˜ – 1) sedangkan satuan aktivitas adalah π΅π‘’π‘π‘žπ‘’π‘’π‘Ÿπ‘’π‘™ (π΅π‘ž) atau Currie
(Ci) dengan nilai sebagai berikut.
1 π΅π‘ž = 1 π‘π‘’π‘™π‘’π‘Ÿπ‘’β„Žπ‘Žπ‘› π‘π‘’π‘Ÿ π‘‘π‘’π‘‘π‘–π‘˜
1 𝐢𝑖 = 3,7 π‘₯ 10^10 π‘π‘’π‘™π‘’π‘Ÿπ‘’β„Žπ‘Žπ‘› π‘π‘’π‘Ÿ π‘‘π‘’π‘‘π‘–π‘˜
Referensi :
Alatas, Zubaidah dkk. Buku Pintar Nuklir. Penerbit Batan.*
Jamal, Abdul Tamrin B.A. 2005. Pintar Fisika. Jawa Timur. Gita Media Press
Tim Inspirasi Guru. 2013. Password Rahasia Cerdas Membedak Kisi-Kisi UN
untuk Fisika SMA/MA 2014. Demak. Masmedia
*Untuk buku pintar Nuklir dapat di unduh pada bagian bawah post ini.
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Rangkuman Fisika Nuklir
Atom, Inti, dan Radioaktif
***
Terimakasih telah mengunduh dan membaca
Rangkuman Fisika Nuklir tentang tom, Inti, dan Radioaktif.
Saya menyadari bahwa rangkuman diatas belum sepenuhnya lengkap dan
sesuai dengan standar kompetensi yang di capai sebagai bahan belajar
mata kuliah yang mencakup tentang Atom, Inti ,dan Radioaktif oleh
karena itu sangat di sarankan untuk membaca dan memahami bukubuku text book yang berkaitan dengan materi.
Semoga Bermanfaat
***
Undergraduate Physics Student at Diponegoro University
More info : [email protected]
Download