INTI ATOM DAN
RADIOAKTIVITAS
TEORI
ATOM
Pengertian
Kata atom berasal dari bahasa Yunani “Atomos” yang
berarti tidak dapat dibagi-bagi. Semua material di dunia ini
memiliki bagian yang kecil-kecil, sehingga jika bagian tersebut
dibagi lagi, maka terdapatlah bagian paling kecil yang tidak
dapat dibagi lagi, hal itulah yang disebut dengan atom. Atom
adalah penyusun materi terkecil dari segala materi yang ada.
Teori Atom
1. John Dalton
Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu
hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum
susunan tetap (hukum prouts).
Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan
pendapatnya tentang atom sebagai berikut:
1.
Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi.
2.
Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan
berbeda untuk unsur yang berbeda.
3.
Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya
air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.
4.
Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom,
sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
2. JJ. Thomson
Menurut Thomson, atom terdiri
dari suatu bulatan bermuatan positif
dengan rapat muatan yang merata. Di
dalam muatan positif ini tersebar
elektron dengan muatan negatif yang
besarnya sama dengan muatan positif.
Secara garis besar teori atom thomson
adalah “Atom merupakan bola pejal
yang bermuatan positif dan didalamya
tersebar muatan negatif elektron.”
3. Rutherford
Rutherford mengemukan
sebuah model atom yang
dikenal dengan model atom
Ruthreford yaitu ” Atom
terdiri dari inti atom yang
sangat kecil dan bermuatan
positif, dikelilingi oleh
elektron yang bermuatan
negatif.”
4. Niels Bohr
Menurut model atom
bohr, elektron-elektron
mengelilingi inti pada lintasanlintasan tertentu yang disebut
kulit elektron atau tingkat energi.
Tingkat energi paling rendah
adalah kulit elektron yang
terletak paling dalam, semakin
keluar semakin besar nomor
kulitnya dan semakin tinggi
tingkat energinya.
5. Model Atom Modern
Berdasarkan pengertian dasar yang diperoleh dari model-model atom
klasik bahwa atom terdiri dari elektron, proton, dan neutron, maka dapat
dimungkinkan adanya model yang lebih rumit dan lengkap mengenai atom
yang hingga sekarang masih dikatakan misterius.
Salah seorang yang menjelaskan tentang model atom modern adalah
Erwin Schrodinger (1926). Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari
Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang
dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan
kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan,
yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak
tertentu dari inti atom.”
Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan
elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh
Erwin Schrodinger.
Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk
mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas
kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
x,y dan z = Posisi dalam tiga dimensi
y= Fungsi gelombang
m= massa
ђ= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
e= Energi total
V= Energi potensial
Model atom dengan orbital
lintasan elektron ini disebut model atom
modern atau model atom mekanika
kuantum yang berlaku sampai saat ini.
Awan elektron di sekitar inti
menunjukan tempat kebolehjadian
elektron.
Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital
dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk
sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Dengan
demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari
beberapa orbital.
STRUKTUR
INTI ATOM
STRUKTUR INTI ATOM
Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton dan
netron. Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut
juga nukleon.
Simbol nuklida
Ket :
A = nomor massa
Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di
kulit terluar
N = A - Z = jumlah netron di dalam inti atom
Proton bermuatan positif = 1,6 x 10-19 C dan netron
tidak bermuatan.
Isoton
Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa
berbeda.
Isoton
kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z
berbeda.
Isobar
kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.
Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleonnukleon pembentuknya
REAKSI INTI
Reaksi Inti adalah proses perubahan
yang terjadi dalam inti atom akibat
tumbukan dengan partikel lain atau
dengan sendirinya. Reaksi inti
ditemukan oleh Rutherford pada
tahun 1919.
Persamaan Reaksi Inti
Keterangan
Q : kalor (joule)
X : Inti sasaran
Y : Inti baru
a : Partikel penembak
b : Partikel yang dihasilkan bersama inti baru
Besarnya energi yang timbul dapat dicari dengan persamaan :
Q = {(mA + ma) – (mB + mb)} × 931 MeV
dengan :
(mA + ma) = jumlah massa inti atom sebelum reaksi
(mB + mb) = jumlah massa inti atom sesudah reaksi
Q = energi yang timbul selama reaksi terjadi
Jenis Reaksi Inti
Hukum-Hukum yang Mendasari
Terjadinya Reaksi Inti
oHukum kekekalan momentum, yaitu jumlah momentum
sebelum dan setelah tumbukan adalah sama.
oHukum kekekalan energi, yaitu jumlah energi sebelum
dan sesudah tumbukan adalah sama.
oHukum kekekalan nomor atom, yaitu jumlah nomor
atom sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama.
oHukum kekekalan nomor massa, yaitu jumlah nukleon
sebelum dan sesudah tumbukan harus sama
REAKSI INTI
1. Energi Reaksi
Energi reaksi merupakan energi yang diperlukan atau
dilepas dalam sebuah reaksi. Besarnya energi reaksi yaitu :
Dengan catatan :
- Jika E>0 maka terjadi reaksi eksoterm
- Jika E<0 maka terjadi reaksi endoterm
2. REAKSI FUSI
Reaksi Fusi adalah reaksi penggabungan dua inti atom yang
ringan menjadi inti atom yang lebih berat dan partikel elementer,
disertai pelepasan energi yang sangat besar.
Inti yang lebih berat di sini bukan berarti sesudah reaksi
massa inti menjadi lebih besar dibandingkan dengan massa sebelum
reaksi. Justru sebaliknya, massa sesudah reaksi lebih ringan
dibandingkan dengan massa sebelum reaksi sehingga dilepaskan
energi.
Pengertian lebih berat maksudnya adalah nomor massa inti
hasil reaksi lebih besar dibandingkan dengan nomor massa masingmasing inti reaktan (pereaksi).
Reaksi fusi disebut juga raksi termonuklir karena untuk
menggabungkan inti-inti ringan dibutuhkan suhu yang
sangat tingi yaitu sekitar 1. 108 derajat celcius. Suhu yang
tinggi menyebabkan inti bergerak dengan kelajuan yang
tinggi, sehingga gaya tolak Coulumb antara dua muatan
listrik antara proton-proton dalam inti atom dapat diatasi.
Aplikasi Reaksi Fusi
A. Reaksi fusi nuklir pada bintang (matahari)
Persamaan reaksi ada 3 tahap yaitu:
1. 11H + 11 H → 12H + 01e + + + 0,42 MeV
2. H + H → He + + 5,49 MeV
2
1
1
1
3
2
3. 23He + 23He → 24He + 11H + 12,86 MeV
Reaksi pertama dan kedua terjadi dua kali, kedua positron saling
menghilangkan dengan sebuah elektron dan menghasilkan radiasi
elektromagnet , reaksi di atas dapat ditulis:
4 H → He + 2e + 2 + 2 + 26,7 MeV
2
1
4
2
+
B. Reaksi fusi nuklir pada bom hidrogen
Bahan baku bom hidrogen adalah inti deuterium dan tritium yang
akan bergabung membentuk inti helium sambil membebaskan energi
yang sangat besar. Untuk menggabungkan inti-inti tersebut diperlukan
suhu yang sangat tinggi yang diperoleh dari ledakan atom biasa yang
dihasilkan dari reaksi fisi sebagai pemicu berlanggsungnya reaksi fusi
bom hidrogen yang akan menghasilkan ledakan bom yang lebih dahsyat.
Persamaan reaksi fusi untuk bom hidrogen dapat ditulis:
2
1
H + H → He + n + 17,6 MeV
3
1
4
2
1
0
3. REAKSI FISI
Reaksi fisi adalah reaksi yang terjadi pada inti berat yang
ditumbuk oleh sebuah partikel (umumnya neutron) kemudian
membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan.
Neutron lebih mudah diserap oleh inti karena neutron tidak
bermuatan, sehingga neutron tersebut tidak mengalami gaya
Coulomb yang bersifat menolak ketika neutron mendekati
permukaan inti.
Reaksi Inti Berdasarkan Model
Tetes Cairan
Netron lambat diserap oleh inti U-235
memberikan energi tambahan dalam inti. Energi
tambahan dalam inti menyebabkan inti berubah
bentuk
menjadi
memanjang.
Ketika
inti
memanjang gaya Coulomb lebih besar dari gaya
ikat inti, kemudian inti membelah menjadi dua
inti yang baru.
U + 1n → 236U * →142Ba + 92Kr + 21n
235
U →142Ba + 92Kr + 1n
235
m = m A − (mB + mC + mD )
A →B+C + D
Q = m A − (mB + mC + mD 931 MeV
Q = (massa reak tan − massa produk ) 931 MeV
Reaksi Berantai
Reaksi berantai ada 2 yaitu reaksi berantai tak terkendali
(contoh:bom atom) dan reaksi berantai terkendali (contoh:reaktor
atom)
clip_image021
a.Reaksi Berantai Tak Terkendali
Reaksi berantai tak terkendali
dapat menghasilkan energi yang
sangat besar. Untuk satu
pembelahan inti rata-rata energi
yang dibebaskan 208 MeV.
Reaksi berantai tak terkendali terjadi ketika neutron yang dihasilkan
(rata-rata 2,5 neutron) dari setiap pembelahan inti menumbuk inti lain
dan proses ini berlanggsung terus-menerus, energi yang terlepas akan
terjadi sangat cepat sehingga terjadi ledakan (seperti dalam bom atomik).
a. Reaksi Berantai Terkendali
Reaksi berantai terkendali dilakukan dengan cara membatasi
jumlah neutron yang membelah inti dalam lingkungan inti atau
mengkondisikan tiap pembelahan inti menyumbang hanya satu
neutron yang akan menyebabkan pembelahan satu inti lainnya.
Kelemahan fusi sebagai sumber energi
dibandingkan dengan fisi adalah dibutuhkan suhu
yang sangat tinggi, dana yang besar dan
pengetahuan yang sangat tinggi untuk mengolah
sumber energi dari reaksi fusi, sedangkan
kelebihannya energi yang dihasilkan lebih besar
dan bahan bakar untuk reaktor fusi yaitu
deuterium sangat berlimpah tersedia dalam air
laut.
RADIOAKTIVITAS
Pengertian
• Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar radioaktif secara
spontan disertai peluruhan (pembelahan) inti atom menjadi inti atom
yang stabil
• Gejala
radioaktivitas
pertama
kali
ditemukan
oleh
Antonie
Henri
Becquerel pada tahun 1896-1908 yang menyatakan senyawa uranium
yang memancarkan sinar tampak yang dapat menembus bahan yang tidak
tembus cahaya serta mempengaruhi emulsi fotografi.
• W.C. Rontgen menemukan sinar X (sinar rontgen)
• P. Curie dan M. Curie menemukan polonium dan radium
Jenis Jenis Sinar Radioaktif
Bila berkas sinar radioaktif dilewatkan melalui medan listrik dan medan magnet, ternyata
hanya 3 jenis sinar pancaran yang lazim disebut sinar ,sinar dan sinar
1. Radiasi Alfa (α)
Radiasi alfa terbentuk saat suatu unsur radioaktif memancarkan partikel alfa dan memebentuk unsur baru dalam proses yang
disebut peluruhan alfa. Sifat-sifat sinar :
1.
Sinar merupakan inti helium () yang bermuatan positif.
2.
Dapat menghitamkan film yang dilewatinya.
3.
Dapat membelok di dalam medan listrik dan medan magnet.
4.
Memilikidaya ionisasi paling kuat dibanding sinar radioaktif lainnya.
5.
Memilikidaya tembus paling lemah di antarasinar radioaktif lainnya.
6.
Berjangkauan beberapa cm di udara dan mm di dalam logam.
7.
Di udara lajunya ± 0,054 c sampai dengan 0,07 c.
Rumus persamaan reaksi atom yang
mengalami peluruhan radiasi alfa:
atau
Energi reaksi dirumuskan sebagai berikut:
2. Radiasi Beta ( )
Inti tidak stabil yang memiliki jumlah neutron lebih banyak daripada jumlah protonnya
akan memancarkan partikel beta. Pada peristiwa pemancaran beta, terbentuk sinar beta
yang dapat berupa elektron(bermuatan listrik negatif) atau berupa positron( bermuatan
listrik positif).
Sifat-sifat sinar beta:
•
Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi berasal dari inti atom bukan dari
kulit atom dan bermuatan 1,6 x 𝟏𝟎−𝟏𝟗 C
•
Dapat membelok dalam medan magnet dan medan listrik.
•
Daya tembusnya lebih kuat dari daya tembus sinar alfa, tetapi daya ionisasinya lebih
lemah dibanding sinar alfa.
•
Laju di udara ± 0,32 c samapai 0,9 c.
•
Jangkauan di udara dan logam lebih jauh dibanding sinar alfa.
Ada 3 macam peluruhan beta:
1. Peluruhan Beta Negatif ( − ) Radiasi (sinar) beta negatif disamakan dengan
pemancaran elektron dari suatu inti atom. Bentuk radiasi ini terjadi pada inti yang
kelebihan elektron dan pada umumnya disertai dengan radiasi gamma. Pada radiasi beta
negatif, nomor atom bertambah satu, sedangkan nomor massanya tetap.
2. Peluruhan Beta Positif ( ) Radiasi ini sama dengan pancaran positron (elektron positif)
dari inti atom. Radiasi beta positif akan selalu diikuti dengan peristiwa anihilasi atau
peristiwa penggabungan.
3. Penangkapan elektron
3. Radiasi Gamma ( )
Sinar gamma merupakan radiasi gelombang
elektromagnetik yang dapat dipancarkan oleh inti
atom tereksitasi. Inti yang memancarkan sinar gamma
memiliki nomor massa dan nomor atom tetap.
Sifat-sifat sinar gamma:
• .Sinar gamma tidak bermuatan listrik sehingga tidak
membelok dalam medan listrik maupun dalam
medan magnet
• Memiliki daya tembus paling kuat, tetapi daya
ionisasinya paling lemah di antara sinar radioaktif
yang lain.
• Sinar gamma merupakan radiasi gelombang
elektromagnetik sehingga lajunya sama dengan laju
cahaya.
• Sinar gamma yang mengenai bahandapat
mengakibatkan fotolistrik dan hamburan Compton.
Jenis Sinar Radioaktif
Alfa (α)
Beta ()
Gamma ()
Lambang
2𝐻𝑒 4 (α)
-1𝑒 0 ()
0 0
Muatan
+2
-1
0 (foton)
Dipengaruhi
(Dibelokan)
Dipengaruhi
(Dibelokan)
Tidak Dipengaruhi
(Lurus)
Massa (sma)
4
0
0
Daya Tembus
Kecil
Sedang
Besar
Daya Ionisasi
Besar
Sedang
Kecil
Reaksi Alamiah
Inti Helium
Elektron
Reaksi
Elektromagnetik
Pembiasan dalam
Medan Magnet
Kecil
Besar
Tidak Dibiaskan
Kemampuan Daya
Tembus
Kertas Tipis
Kulit Manusia
Alumunium (5 mm)
Timbal Tipis
Pengaruh Medan
Magnet & Medan
Listrik
Peluruhan Inti Radioaktif
Peluruhan inti radioaktif (disintegrasi) adalah peristiwa berubahnya inti atom
menjadi inti atom lain yang belngsung dengan sendirinya. Bila inti atom
mulamula 𝑁0 dan meluruh dalam waktu t, banyaknya inti yang belum meluruh
dinyatakan dengan persamaan :
N = 𝑁0 𝑒 −λ𝑡
Keterangan :
N = jumlah inti atom yang belum meluruh
𝑁0 = jumlah inti atom mula-mula
e
= bilangan asli = 2,718 λ =
λ
= konstanta peluruhan (𝑠 −1 )
t
= lamanya meluruh (s)
Waktu Paruh
Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan oleh inti radioaktif untuk
meluruh sehingga jumlah atomnya setengah dari jumlah atom mula-mula.
T=
0.693
λ
atau
Keterangan :
T
= waktu paruh (s)
N
= jumlah inti atom yang belum meluruh
𝑵𝟎 = jumlah inti atom mula-mula
λ
= konstanta peluruhan (𝒔−𝟏 )
t
= lamanya meluruh (s)
1 𝑡
N = 𝑁0 ( )𝑇
2
Intensitas Sinar Radiokatif
Jika sebekas sinar radioaktif dilewatkan pada sebuah keping logam
dengan ketebalan x, intensitasnya akan berkurang menjadi :
I = 𝐼0 𝑒 −μ𝑡
Keterangan :
I = Intensitas sinar radioaktif sebelum melewati keping (W/m2 )
𝐼0 = Intensitas sinar radioaktif setelah melewati keping (W/m2 )
x = tebal keping (m)
μ = koefisien pelemahan bahan (m-1 )
Intensitas Sinar Radiokatif
Jika intensitas radioaktif yang melewati bahan berkurang menjadi setengah
intensitas mula-mula, maka ketebalan bahan tersebut dinamakan ketebalan
lapisan harga paruh. Harga ini dapat ditentukan dengan persamaan :
𝑋𝐻𝑉𝐿 =
Keterangan :
𝑋𝐻𝑉𝐿 = ketebalan lapisan harga paruh (m)
0.693
μ
Aktivitas Radioaktif (R)
Aktivitas radioaktif menyatakan jumlah inti radioaktif yang meluruh tiap
satuan waktu. Aktivitas radioaktif dapat ditentukan dengan persamaan :
R=λN
atau
Keterangan :
R = aktivitas radioaktif
N = banyaknya inti zat radioaktif
𝑅0 = aktivitas radioaktif mula-mula
T = waktu paruh
1 𝑡
R = 𝑅0 ( )𝑇
2
Satuan aktivitas
radioaktif :
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
1 Rd = 106 𝐵𝑞
1 Ci = 3,7 x 104 𝑅𝑑
Deret Radioaktif
ALAT DETEKSI RADIOAKTIF
a.Pencacah Geiger-Muller Untuk mendeteksi radiasi alfa,beta, dan gamma.
b.Pencacah Kelipan (Scantillation Counter) Untuk mendeteksi sinar gamma.
c.Kamar Kabut Willson (Willson Cloud Chamber) Untuk melihat dan memotret
lintasan partikel alfa.
d. Kamar Gelembung Untuk penelitian partikel elementer biasanya berisi
hidrogen yang berinti proton.
e.Emulsi Nuklir atau Emulsi Film Untuk pemantauan radiasi. F
f.Kamar Latu (Spark Chamber) Untuk menentukan medan magnet, muatan, dan
momentum partikel dari lengkungan lintasan partikel.
