struktur inti dan keradioaktifan - Riza Gustia Syafri

Perpendaran ini bersumber dari radiasi katode
STRUKTUR INTI DAN
KERADIOAKTIFAN
menuju anode yang membentur gelas sehingga
gelas berpendar. Sinar itu disebut sinar katode
Partikel Dasar Penyusun Atom
Setelah
Dalton,
para
kimiawan
karena berasal dari katode. Selanjutnya, kita
menemukan bahwa atom terdiri dari proton,
ketahui bahwa sinar katode merupakan radiasi
netron dan electron. Selanjutnya, proton, netron
partikel yang bermuatan negatif (Parning;2003).
dan electron dinamakan partikel dasar atom.
Berdasarkan
hasil
percobaan
itu,
Untuk lebih memahami partikel dasar atom akan
Thompson mengungkapkan sifat – sifat sinar
dibahas tentang masing – masing partikel dasar
katode berikut :
tersebut dan cirinya berdasarkan hasil percobaan
para penemunya.
1. Dipancarkan oleh katode dalam sebuah
tabung hampa jika dilewatkan arus
listrik bertegangan tinggi.
2. Merambat dalam garis lurus menuju
a. Elektron
pada tahun 1897 Thompson menemukan
electron.
Thompson
melakukan
percobaan
anode.
3. Jika membentur gelas, maka gelas
dengan menggunakan tabung kaca dengan
berpendar
bertekanan udara sangat rendah. Pada kedua
adanya fluoroesensi ini, kita dapat
ujung tabung tersebut dipasang pelat logam yang
mengetahui adanya sinar katode karena
berfungsi sebagai electrode. Kedua electrode
sinar katode tidak terlihat oleh mata.
tersebut dihubungkan dengan sumber arus listrik
4. Dapat dibelokkan oleh medan listrik dan
bertegangan tinggi. Elektrode yang dihubungkan
medan magnet ke kutub positif . Oleh
dengan kutub positif disebut anode, sedangkan
karena itu, sinar katode bermuatan
electrode yang dihubungkan dengan kutub
negative.
negative disebut katode. Tabung seperti itu
disebut tabung sinar katode (Parning;2003).
(berfluoroesensi).
Dengan
5. Sinar ini tidak tergantung pada bahan
elektrodenya. Hal itu berarti, setiap
Percobaan itu dilakukan sebagai berikut,
electrode dapat memancarkan sinar
dengan menggunakan pompa vakum, tekanan
katode. Jadi setiap materi mengandung
udar dalam dalam tabung dapat diatur. Jika
partikel yang sepeeti sinar katode
tekanan udara dalam tabung dibuat cukup
(Parning;2003).
rendah, maka gas dalam tabung akan berpendar.
Dari kelima sifat – sifat sinar katode ini,
Selanjutnya, jika tekanan gas dalam tabung
dapat kita simpulkan bahwa sinar katode adalah
dibuat semakin kecil, maka akhirnya tabung
partikel dasar atom yang ada pada setiap
menjadi gelap. Akan tetapi, bagian tabung di
atom.Partikel itu selanjutnya kita sebut electron
depan katode berpendar dengan warna hijau.
(Parning;2003).
1
Selanjutnya, Thomson melakukan percobaan
katode (rabung Crookes). Anode (kutub positif)
untuk menentukan harga perbandingan muatan
dan katode (kutub negative) dari tabung tersebut
electron
dihubunkan
dengan
massanya.
Dari
hasil
dengan
sumber
arus
listrik
percobaannya diperoleh harga e/m dengan tepat,
bertegangan tinggi. Dari percobaan tersebut
yaitu sebesar 1,76 x 108 Coulomb/gram. Nilai –
diperoleh fakta – fakta sebagai berikut. Jika
nilai itu merupakan hasil pengukuran pengaruh
katode tidak diberi lubang, maka ruang di
medan magnet listrik dan magnet terhadap
belakang katode menjadi gelap. Akan tetapi, jika
pembelokan sinar katode serta pengukuran jari –
katode tidak diberi lubang dan diisi dengan gas
jari
hydrogen yang bertekanan rendah, maka gas di
kelengkungan
dari
pembelokan
itu
(Parning;2003).
belakang katode berpendar (berfluoroesensi).
Pada tahun 1909, Robert Milikan melakukan
percobaan
dengan
tetes
minyak
Hal itu disebabkan adanya radiasi sinar yang
untuk
berasal dari anode dan memijarkan gas tersebut.
menentukan muatan 1 elektron. Pada percobaan
Sinar itu disebut sinar anode atau sinar kanal
itu, setetes minyak dapat menangkap satu, dua,
(Parning;2003).
tiga atau lebih electron. Milikan menemukan
Sifat – sifat sinar anode adalah sebagai berikut :
muatan tetes minyak yang besarnya 1 x 1,6 x 1019
1. merupakan radiasi partikel yang disebut
C, 2 x 1,6 x 10-19C, 3 x 1,6 x 10-19 C, dan
dengan proton.
seterusnya. Dari sini Milikan memenyimpulkan
bahwa muatan 1 elektron adalah 1,6 x 10
-19
2. dalam medan listrik atau magnet, dapat
C
dibelokkan ke kutub negative. Berarti
diberi tanda -1 (Parning;2003).
Berdasarkan
percobaan
sinar anode ini bermuatan positif.
Thomson
dan
3. perbandingan muatan dan massanya
Milikan, massa electron dapat dihitung sebagai
(e/m) bergantung pada gas yang diisikan
berikut :
pada tabung. Perbandingan e/m terbesar
1. Dari percobaan Thomson q/m = e/m =
terjadi jika gas yang diisikannya adalah
1,76 x 108 Coulomb/gram
gas hydrogen (Parning ; 2003)
2. Dari percobaan Milikan e = 1,6 x 10-19
selanjutnya, melalui percobaan diperoleh
hasil bahwa massa 1 proton adalah 1,6726 x 10-
Coulomb
3. Oleh karena itu, massa electron = 9,11 x
10-28 gram (Parning ; 2003)
24
gram (1 sma) dan muatan 1 proton adalah
1,6022 x 10-19 coulomb dan diberi tanda muatan
+1 (Parning;2003).
B. Proton
Pada tahun 1886, Eugene Goldstein
menemukan
proton.
Goldstein
melakukan
percobaan dengan menggunakan tabung sinar
C. Netron
Dari
percobaan-percobaan
yang
dilakukan Rutherford pada tahun 1911, ternyata
2
massa inti atom unsur selalu lebih besar daripada
positif. Partikel penyusun atom yang ditemukan
massa proton dalam inti atom. Hal itu memberi
oleh Anderson ini disebut positron. Hasil
keyakinan bagi para ahli, bahwa selain proton
penelitian
dalam inti atom harus ada partikel lain. Partikel
setiap positron memiliki massa sebesar 0,000549
ini pasti tidak bermuatan, karena kita tahu
sma atau mendekati harga 0,00 sma dan untuk
bahwa menurut model atom Rutherford, inti
seterusnya positron disimbolkan sebagai
atom itu bermuatan positif (Parning;2003).
(Retug;2005).
selanjutnya
menunjukkan
bahwa
+e
o
Pada tahun 1930, W.Bothe dan H.Becker
menembaki inti atom berilium dengan partikel
E. Neutrino atau Antineutrino
alfa dan dihasilkan suatu radiasi partikel yang
Neutrino adalah suatu partikel penyusun
mempunyai daya tembus tinggi. Selanjutnya,
atom yang ikut radiasi menyertai radiasi partikel
pada tahun 1932 James Chadwick melakukan
positron, sedangkan yang menyertai radiasi
percobaan
partikel
yang
sama
dan
berdasarkan
electron
disebut
antineutrino.
percobaan tersebut dapat dibuktikan bahwa
Keberadaan partikel neutrino atau anti neutrino
radiasi tersebut merupakan partikel netral (tidak
telah diperkirakan sejak tahun 1930 oleh Pauli
bermuatan) yang massanya hampir sama dengan
dan diperkuat oleh Fermi pada tahun 1934, dan
massa proton. Selanjutnya, partikel ini disebut
baru tahun 1956 kebenaran dugaan adanya
neutron dan merupakan partikel penyusun inti
neutrino dan antineutrino dapat dibuktikan
atom (Parning :2003).
melalui serangkaian percobaan. Data hasil
Sifat – sifat sinar netron adalah sebagai berikut :
pecobaan menunjukkan bahwa partikel neutrino
1. merupakan radiasi partikel yang disebut
dengan netron
smaatau mendekati harga 0,00 sma, berspin 0,5
2. dalam medan listrik atau magnet tidak
dibelokkan
ke
kutub
positif
bermuatan
sinar
dan tidak bermuatan listrik (Retug;2005)
atau
negative. Berarti sinar netron tidak
3. massa
atau antineutrino bermassa kurang dari 2 x 10-7
F. Muon
Pada
neutron hampir
tahun
1935
Yukawa
sama
mempostulatkan bahwa di dalam sebuah atom
dengan massa sinar anode (proton) yaitu
terdapat partikel – partikel yang mempunyai
1,6728 x 10-24 gram atau 1 sma.
massa besarnya ada di antara massa electron dan
proton. Pada tahun 1937 Anderson menemukan
D. Positron
suatu partikel penyusun atom dalam bentuk sinar
Pada tahun 1932 Anderson menemukan
– sinar kosmik yang bermassa sekitar 207 kali
partikel penyusun atom yang memiliki massa
massa satu electron atau mendekati nilai sebesar
sebesar massa electron tetapi bermuatan listrik
0,1134 sma untuk selanjutnya disebut Muon.
3
Muon – muon itu ada yang bermuatan listrik
diasumsikan seperti bola yang sebagian besar
positif dan ada pula yang bermuatan listrik
volume ruangan bola tersebut relatif kosong dan
negatif (Retug;2005).
disinilah kemungkinan terbesar electron –
electron berada. Sebagian kecil dari ruangan
berbentuk bola yang berada di pusat bola
G. Pion
Pada tahun 1947 Powell menemukan
ditempati oleh hampir semua partikel – partikel
partikel penyusun atom yang dinamakan pion.
penyusun atom yang kemudian disebut inti atom
Pion adalah seperti Muon yaitu merupakan
(Retug;2005).
partikel –partikel yang berwujud sinar kosmik,
Inti atom terdiri dari proton dan neutron.
yang memiliki massa sekitar 273 kali massa satu
Banyaknya proton dalam inti atom disebut
electron atau mendekati nilai sebesar 0,1498 sma
nomor atom, dan menentukan berupa elemen
untuk pion yang bermuatan listrik dan 0,1449
apakah atom itu.Ukuran inti atom jauh lebih
sma untuk pion yang bermuatan listrik netral,
kecil dari ukuran atom itu sendiri, dan hampir
semua jenis pion tidak berspin.
sebagian besar tersusun dari proton dan neutron,
2.2 Struktur Atom dan Inti Atom
hampir sama sekali tidak ada sumbangan dari
Penggambaran struktur atau susunan
komponen atom dalam sebuah atom didasarkan
electron (Triatmojo :2006).
Jumlah
netron
dalam
inti
atom
pada model atom yang terakhir diyakini
menentukan isotop elemen tersebut. Jumlah
kebenarannya yakni model atom mekanika
proton dan netron dalam inti atom saling
gelombang.
ini
berhubungan; biasanya dalam jumlah yang
didasarkan pada pernyataan Planck dan Einstein
sama, dalam nukleus besar ada beberapa netron
bahwa sinar itu dapat bersifat materi dan
lebih. Kedua jumlah tersebut menentukan jenis
pendapat Louis de Broglie yang menyatakan
nukleus. Proton dan netron memiliki masa yang
bahwa setiap partikel yang bergerak selalu
hampir sama, dan jumlah dari kedua masa
bersifat sebagai gelombang yang memiliki
tersebut disebut nomor masa, dan beratnya
panjang gelombang sebesar L = h/mv, yang
hampir sama dengan masa atom ( tiap isotop
mana L sama dengan panjang gelombang, h =
memiliki masa yang unik ). Masa dari elektron
tetapan Planck, m = massa yang bergerak dan v
sangat kecil dan tidak menyumbang banyak
= kecepatan partikel itu (Retug:2005).
kepada masa atom (Triatmojo ; 2006).
Perumusan
model
atom
Model atom mekanika gelombang
merupakan model atom hasil penyempurnaan
dari model atom yang dikemukakan oleh Niels
Inti Atom Berdasarkan Eksperimen Rutherford
Setelah
melakukan
eksperimen,
Bohr. Dalam model atom mekanika gelombang
Rutherford menyimpulkan bahwa benda pejal itu
dijelaskan bahwa bangun suatu atom itu
merupakan inti atom. Hal ini berarti bahwa atom
4
terdiri dari inti atom dan ruang kosong. Di luar
diketahui proton dan netronlah yang merupakan
inti atom terdapat electron yang bermuatan
partikel
negative dan jumlahnya sama dengan muatan
jumlahnya sangat menentukan besar kecilnya
pada inti atom. Elektron beredar mengelilingi
massa nuklida. Jumlah proton dalam sebuah
inti atom pada jarak yang relatif jauh dari inti
nuklida selalu sama dengan jumlah elektron,
atom. Lintasan electron tersebut dinamakan kulit
akan tetapi jumlah netron dapat sama atau
atom. Jarak inti atom ke kulit electron disebut
sedikit lebih besar daripada jumlah protonnya.
jari – jari atom. Informasi saat ini berdasarkan
penelitian
besar
sehingga
Susunan nukleon dan nuklida dibagi
menjadi 4 yaitu, isotop adalah kelompok nuklida
menyatakan bahwa diameter suatu atom adalah
dengan Z (nomor atom) sama tetapi memiliki N
10
menggunakan
bermassa
sinar-X,
-10
dengan
yang
m atau 1/50.000 kali diameter atom
(jumlah neutron) yang berbeda. Contoh : 1H1
dengan 2H1. Isobar adalah kelompok nuklida
(Parning;2003)
denga A (nomor massa) sama tetapi memiliki
2.3 Penyusun dan Susunan nukleon dalam
nomor atom yang berbeda. Contoh : 12C6 dengan
Nuklida
12
Dalam suatu nuklida tersusun atas
nukleon-nukleon,
merupakan
dimana
nukleon
partikel-partikel
tersebut
penyusun
C 7. Isoton adalah kelompok nuklida dengan
N (jumlah netron) sama, tetapi memiliki jumlah
proton bebeda. Contoh : 31P15 dan 32S16. Isomer
inti
inti atau nuklir adalah kelompok nuklida
atom/nukleus, sedangkan nuklida itu sendiri
dengan Z (nomor atom), A (nomor massa), dan
adalah isotop atom. Nukleon mengandung dua
N (jumlah netron), tetapi berbeda dalam tingkat
jenis partikel dasar yaitu proton (bermuatan
energinya. (Parning, 2003)
positif) dan neutron (tidak bermuatan). (Retug,
2005).
Berdasarkan peta kestabilan dalam
proses pembentukannya di alam, nuklida dapat
Suatu inti atom yang mempunyai jumlah
nukleon tertentu disebut nuklida, yaitu atom
tanpa elektron pada kulit-kulitnya. Suatu nuklida
dikelompokkan menjadi lima kelompok yaitu
sebagai berikut :
1. Nuklida stabil adalah nuklida yang
dapat dinyatakan dengan lambang unsur yang
secara
dilengkapi nomor massa (jumlah nukleon),
perubahan A (nomor massa) maupun Z
sedangkan nomor atom boleh ditulis atau tidak
(nomor atom) atau tidak mengalami
karena dapat dilihat pada sistem periodik.
peluruhan.
40
Sebagai contoh nuklida sebagai berikut : 20Ca ,
80Hg
200
. Partikel penyusun nuklida kecuali
elektron-elektron berada di nukleus. Diantara
alamiah
2. Radionuklida
tidak
alam
mengalami
primer
adalah
nuklida yang terbentuk secara alamiah
dan bersifat radioaktif.
partikel-partikel penyusun nukleus yang sudah
5
Radionuklida alam sekunder adalah
Mb = Mtot – Mter
nuklida radioaktif yang secar alamiah
Eb ~ Mb
merupakan hasil peluruhan radionuklida
Hubungan antara massa dan energy dapat
3.
alam primer.
4. Radionuklida alam terinduksi adalah
nuklida radioaktif yang terbentuk secar
dinyatakan dengan persamaan : E = mc2, dimana
m (massa), c (kecepatan gerak cahaya)= 2,99 x
1010 cm/dt. 1 sma = 1,66 x 10
-19
-24
gram dan 1 eV
kontinu dari hasil interaksi sinar kosmik
= 1,6 x 10
dengan 14N di atmosfer.
persamaan tersebut diperoleh bahwa harga
Radionuklida buatan adalah nuklida yang
terbentuk sebagai hasil dari reaksi transmutasi
inti yang dilakukan di laboratorium.
(Simmamora, 2004).
joule. Maka dengan menggunakan
massa 1 sma equivalen dengan energi sebesar
931 MeV. Besarnya energi binding atau
pengikat untuk setiap nukleon dapat dihitung
dengan cara :
2.4 Energi Binding, Gaya dalam nuklida,
Stabilitas dan model inti
Dalam suatu inti atom terdapat banyak
nukeon yang memiliki sifat-sifat yang khas,
sehingga adanya perbedaan komposisi atau
penyusun suatu nuklida.
Energi Binding
Energi binding adalah energi ikat atom
yang dibutuhkan untuk membongkar sebuah
atom ke elektron bebas dan sebuah inti atom.
Massa total (Mtot) nukleon-nukleon yang
membentuk sebuah inti atom atau nukleus tidak
sama dengan besarnya massa terukur (Mter)
nukleon pembentuk inti dan massa terukur
(Mter) dari nucleus disebut massa lebih (MI)
atau massa binding (Mb) yang menggambarkan
bahwasemua massa sebanding dengan energy
binding semu (Ebs) antar nukleon penyusun
nuklida. Hubungan antara energy binding, massa
binding, massa binding, massa total, dan massa
terukur dinyatakan dengan persamaan sebagai
berikut :
Massa 2 netron = 2 x 1,00867 sma = 2,01734
sma
Massa 2 netron = 2 x 1,00782 sma = 2,01564
sma
Jumlah massa pembangun (Mtot) inti He = 4
nukleor = 4,03298 sma
Jumlah massa terukur (Mter) inti He = 4
nukleor = 4,03260 sma
Massa Binding (Mb) = Mtot – Mter =
0,03038 sma.
Selisih
massa
sebesar
0,03038
sma
equivalen dengan energi binding semu (Ebs)
sebesar 0,03038 sma x 931 MeV/sma = 28,2960
MeV. Untuk dapat mengikat setiap nukleon
diperlukan energi binding senu (Ebs) atau energi
pengikat rata-rata pernukleon sebesar = 28,2960
MeV/4
nukleon
Pengkajian
energi
=
7,07
binding
MeV/nukleon.
semu
(Ebs)
mengemukakan asumsi bahwa : seluruh ruang
nuklida berisi penuh dengan netron dan proton
sehingga volume nukleus equivalen dengan
nomor massanya yang disebut dengan energi
6
volume ;
Energi binding yang bekerja di
D = pengaruh pembentukan pasangan jumlah Z
permukaan sama besar dengan yang bekerja
dan N, bila genap-genap = 11/ (A1/2 ) ; ganjil-
dibawah permukaan atau bagian dalam dari
ganjil = -11/ (A1/2 ) ; dan genap- ganjil atau
suatu nukleus ; Tidak adanya pengaruh energi
ganjil-genap = 0
coloumb yang ditimbulkan oleh nukleon yang
bermuatan listrik, proton = elektron ; Telah
Koreksi untuk energi volume nukleus
terjadi distribusi nukleon yang bermuatan dan
terjadi bila ada perbedaan antara jumlah netron
tidak bermuatan listrik secar merata di seluruh
dan
bagian nuklida; Besar kecilnya energi binding
ketidaksimetrisan
atau pengikat dipengaruh oleh ganjil genapnya
nukleus menjadi berkurang. Perbedaan antara
bilangan yang menyatakan jumlah proton dan
jumlah
netron. Kajian lain juga ditemukan bahwa :
menurunkan pengaruh kerapatan massa nukleon
protonnya
netron
yang
menyebabkan
sehingga
dan
energi
proton
juga
volume
dapat
Keberadaan energi volume nukleus
di permukaan sebesar ((N-Z)A)2, lebih lanjut
Keberadaan energi permukaan nukleus
akan menambah energi binding nukleon secara
Pengaruh energi coloumb oleh nukleon bermuatan
keseluruhan dalam nukleus .Besarnya energi
Distribusi muatan dalam nuklida
binding juga dipengaruhi oleh pembentukan
Pasangan energi proton dan netron.
pasangan antara proton Z dan netron N.
Adapun persamaan energi binding yang
disempurnakan oleh W.D Myers dan W.J
Pasangan Z-N ganjil-ganjil akan mengurangi
energi binding.
Swiatechi yaitu sebagai berikut :
Energi binding dari semua nukleus dapat
Eb = C1A [ 1-k((N-Z)/A)2] – C2A2/3 [ 1k((N-Z)/A)2 ] – C3Z2A-1/3 + C4Z2A-1 + d
dinyatakan sebagai fungsi dari volume atau
nomor massa (A) dan jumlah muatan (Z) dalam
tinjauan tiga dimensi. Atas dasar keterangan
Dimana :
C1
=
koefisien
tersebut maka persamaan 1 dapat diubah
koreksi
terhadap
adanya
pengaruh energi volume = 15,677 MeV
C2
=
koefisien
koreksi
terhadap
Eb
adanya
pengaruh energi permukaan = 18,560 MeV
C3
=
koefisien
koreksi
terhadap
menjadi ke bentuk persamaan baru berikut :
=
(Z)(MH)
+
(A-Z)(MN)-
Mter....................................................................pe
rsamaan 3
adanya
Dengan MH adalah energi massa proton
pengaruh energi coulomb = 0,717 MeV
= 938,79 MeV, Mter = energi massa terukur. Bila
C4 = koefisien koreksi terhadap pengaruh
data
distribusi muatan = 1,211 MeV
dimasukkan ke dalam persamaan 3 akan
K = tetapan = 1,79 ; N = jumlah proton ; A=
membentuk persamaan baru sebagai berikut:
nomor massa
Eb = 939,57 MeV + 938,790 MeV – Mter
Energi
massa
proton
dan
neutron
7
Maka:
binding yang maksimum yang ada dalam suatu
Mter = 939,57 MeV + 938,790 MeV –
isobar.
Eb............................(Persamaan 4)
bahwa : nuklida yang nomor massanya (A) =
Persamaan di atas dapat diperoleh
157 mempunyai ZA = 62,69; dan bila (A) = 156
Eb= C1A1-k1-2Z/A2-C2A231-k1-2Z/A2-C3Z2A-
maka harga ZA = 64,33. Massa permukaan
13+ C4Z2A-1+d
sesuai
dengan
persamaan
sesuai
dengan
persamaan parabola tersebut sering digunakan
Sudah diketahui bahwa N = A – Z. Data ini
untuk mengetahui alur proses peluruhan partikel
digunakan untuk mengganti N yang ada dalam
beta yang dilakukan oleh nuklida dalam satu
persamaan (2) dimana hasilnya adalah sebagai
isobar.
berikut:
diperoleh nuklida yang bermassa minimum
Peluruhan
akan
berakhir
setelah
sebaliknya berenergi binding maksimum, yaitu
Persamaan (6) merupakan persamaan massa
sebuah nuklida yang paling stabil dalam satu
parabola, yang mana diketahui bahwa :
isobarnya.
-1/3
f1(A) = 0,717 A
+ 111,036 A – 132,89 A
-1
-4/3
;
f2(A) = 132,89 A-1/3 – 113,029 ;
1.
f3(A) = 951,958 A – 14,66 A2/3 ;
Gaya dalam Nuklida
Pada tahun 1935 Yukawa menyampaikan
dimana f1(A) ; f2(A) ; f3(A) merupakan koefisien
pendapatnya bahwa gaya-gaya pengikat nukleon
yang harganya tergantung pada A.
penyusun nuklida sebenarnya merupakan bentuk
Dari persamaan di atas diperoleh harga
radiasi partikel-partikel yang diserap oleh
untuk nomor massa atau volume massa (A) yang
nukleon-nukleon.
sama bagi isotop nuklida yang ada dalam satu
belum ditemukan tetapi mdiperkirakan memiliki
garis
parabola
massa sekitar 200x massa satu elektron, berspin
memberikan harga A minimum dan energi
0 atau 1. Kajian teori tentang radiasi partikel
binding yang maksimum.
sebagai gaya-gaya pengikat nukleon seterusnya
parabola.
Puncak
kurva
Untuk mendapatkan petunjuk tentang
jumlah muatan nuklda (Z) dari suatu nuklida
Partikel-partikel
yang
itu
disebut teori messon atau muon.
Berdasarkan
teori
mesonnya
Yukawa
yang bernomor massa (A) dapat diketahui
dilakukan pengkajian lebih lanjut baik secara
dengan menggunakan persamaan berikut.
laboratoris dan teoritis, padea tahun 1937
ZA
=
ditemukan muon-moun yang bermassa 207x
..............................................................................
masa satu elektron yang berupa sinar-sinar
........persamaan 8
kosmik. Pada tahun 1947 ditemukan partikel
yang mana ZA adalah nomor muatan suatu
yang massanya 270x massa satu elektron yang
nuklida dengan massa yang minimum dan energi
memiliki
ciri-ciri
sebagaimana
diterangkan
8
dalam teori mesonnya Yukawa dan partikel ini
proton dengan netron sebesar satu nukleon dan
lebih dikenal sebagai pion.
waktu paruhnya sebesar 1224”. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa perbedaan antara jumlah
2.
proton dan netron semakin besar maka stabilitas
Stabilitas Nuklida
Definisi
tentang
nuklida
yang
stabil
didasarkan pada besar kecilnya massa binding
nukleus sebuah nuklida semakin berkurang
sehingga mudah mengalami reaksi nuklir.
(Mb) yang setara dengan energi binding (Eb).
Besarnya energi binding real untuk sertiap
Model-Model Inti
nukleon penyusun nukleus dari suatu nuklida
Dalam membahas sifat-sifat nukleus
selalu konstan yaitu antara 6 Me V sampai 9 Me
terdapat tiga model inti yang dianggap sebagai
V. Nuklida yang energi binding real untuk setiap
dasar dalam membahas sifat-sifat nukleus
nukeonnya kurang dari 6 Me V bersifat tidak
tersebut. Model-model inti tersebut antara lain
stabil dan radioaktif. Harga energi binding
Model tetes cairan, Model kulit inti, Model
maksimum terdapat pada nnuklida besi isotop 56
kolektif inti. Ketiga model inti tersebut akan
atau
26Fe
56
dan nikel isotop 55 atau
28Ni
58
,
sehingga besi dan nikel merupakan nuklida yang
diuraikan sebagai berikut. (Retug, 2005)
Model Tetes Cairan
paling stabil. Berdasarkan energi binding yang
Model tetes cairan dikembangkan oleh
besar, maka nuklida ini yang memiliki tingkat
Niels Bohr, Wheeler, dan Frenkel. Model ini
kestabilan tinggi dan biasa terdapat dalam kerak
memperlakukan
bumi dan meteroid.
homogen dan setiap nukleon berinteraksi secara
Bila jumlah proton sama besar dengan
inti
sebagai
suatu
massa
kuat dengan tetangga terdekatnya (Bunbun
jumlah netronnya maka energi binding yang real
Bunjali, 2002).
akan menjadi besar. Hal ini terjadi karena tanpa
nucleus saling tarik-menarik sehingga jarak
adanya
dan
antar nucleon menjadi sangat rapat. Gaya
permukaan nukleus, yang keduanya merupakan
interaksi adalah gaya jarak pendek yang bersifat
komponen pembangun energi dinding. Contoh :
jenuh dan tidak tergantung pada muatan dan
9
6C
koreksi
10
11
; 6C ; 6C
pada
energi
volume
yang mempunyai waktu paruh
spin
nukleon,
Nukleon-nukleon
sehingga
energi
penyusun
interaksi
0,13” ; 19.2” ; 1224”. Semakin kecil waktu
antarnukleon merupakan fungsi kontinu dari
paruhnya
dalam
massa inti ( nomor massa A). Nukleon-nukleon
nuklida semakin kecil pula dan sebaliknya.
yang ada di permukaan nukleus mendapatkan
Untuk isotop C-10 memiliki perbedaan jumlah
gaya tarikan yang lebih kuat kearah dalam
massa proton dan netronnya sebesar dua nukleon
nucleus cenderung menjadi bulat seperti setetes
dan mempunyai waktu paruh 19,2”. Sedangkan
cairan. (Retug, 2005)
maka
kestabilan
nukleus
untuk isotop C-11 terdapat perbedaan jumlah
9
Model ini disebut model tetes cairan
(5). Jika tetes cairan atau inti ditembaki dengan
karena adanya sejumlah kesamaan kelakuan
partikel berenergi tinggi, partikel penembak
antara inti dan tetesan suatu cairan. Kesamaan
ditangkap dan terbentuk suatu inti gabungan
kelakuan tersebut adalah:
(inti majemuk). Kemudian tambahkan eneri
(1).Baik tetes cairan maupun inti, keduanya bersifat
partikel yang tertangkap akan secara cepat
homogen dan tidak dapat dimamfatkan. Tetes
didistriusika kepada semua partikel dalam
cairan tersusun oleh sejumlah atom atau molekul
tetesan atau nukleon-nukleon dalam inti. Proses
, sedangkan inti tersusun atas nukleon .
termalisasi energi ini dalam inti gabunga dapat
Implikasi dari hal ini adalah volume inti
berlangsung dalam waktu 10
sebanding dengan massa A. Maka jari-jari inti R
berantung pada kecepatan partikel penembak.
= r0 A
, dengan r0 suatu tetapan dengan orde
- 10
detik,
(6). Pelepasan kelebihan energi (dieksitasi) pada
tetesan atau inti majemuk dapat dilakukan
1,2 – 1,5 F.
(2). Kemiripan inti dengan tetesan larutan ideal
melalui proses berikut :
ditunjukkan dengan anggapan bahwa gaya
interaksi
antarnukleon
adalah
sama,
tidak
memperhatikan muatan maupun spin nukleon,
yakni f n-n
f n-p
Pada Tetesan

f p-p
Hal ini didukung oleh fakta bahwa energi
pengikat inti pada pasangan “ inti cermin”
adalah hampir sama, yaitu penggantian gaya p-p

oleh gaya n-n tidak memberikan pengaruh yang
berarti terhadap energi pengikat total
(3). Analog dengan suatu tetes cairan, inti atom akan
menunjukkan adanya gaya tegangan permukaan,
gaya yang sebanding dengan luas permukaan
inti, sehingga terdapat gaya sebanding dengan A

Pada Inti Majemuk
Pendinginan

Pendinginan
dengan
dengan
melepaskan
memancarkan
panas
radiasi

Penguapan
Pemancaran
sejumlah
satu atau lebih
partikel
partikel

Pemecahan
tetesan
Pembelahan
inti
menjadi
dua
tetesan
yang
menjadi
dua inti yang
lebih kecil
lebih kecil
.
(4) Gambaran umum untuk tetes cairan, yaitu dapat
Nukleon-nukleon yang berbeda jenis
terjadi penggabungan tetesan kecil menjadi
setelah membentuk nukleus
tetesan yang lebih besar atau sebaliknya,
kesatuan, dan tidak lagi sebagai nukleon yang
pemecahan tetesan besar menjadi tetesan yang
berdiri-sendiri. Bila nukleus menerima suatu
lebih kecil. Hal ini ada kemiripan dengan reaksi
aksi dari luar maka seluruh nukleon penyusun
fusi dan fissi pada reaksi inti.
nukleus memberikan aksi secara bersama-sama.
menjadi satu-
10
Dalam keadaan tereksitasi sifat dari
13
6C
dan 8O17. Contoh nuklida dengan dengan
nukleus menjadi tidak stabil. Untuk mencapai
nukleus
kestabilan kembali nukleus akan melakukan
merupakan
reaksi nuklir. Hasil dari reaksi nuklir dapat
merupakan bilangan genap adalah nuklida
berwujud energi panas, radiasi partikel dan
dan 9F19. Bila beberapa nuklida dengan nukleus
gelombang
Terpancarnya
yang memiliki jumlah proton dan netronnya
partikel-partikel dari nukleon dapat dianalogkan
merupakan bilangan genap, yang bila disusun
dengan teruapkannya melekul-molekul air dari
secara berurutan dari kecil
tetes cairan.
hasilnya
elektromagnet.
Model
tetes
cairan
yang
bilangan
jumlah
ganjil
dan
protonnya
netronnya
31
15P
ke yang besar
mirip dengan jumlah
maksimum
mampu
elektron yang dapat mengorbit di orbital
menjelaskan mekanismelogis dari reaksi inti
elektron utama terluar sesuai dengan konfigurasi
berenergi
gejala
elektron dalam uklida-nuklida yang stabil , yang
pembelahan dan penggabungan inti. Selain itu,
jika dituliskan secara berurutan hasilnya yaitu 2,
model
dasar
8 ,18, 32, 50, 72. Bilangan-bilangan ini sering
perhitungan energi pengikat inti dan massa atom
disebut dengan bilangan ajaib. Oleh karena telah
secara
diketahui
bahwa
Weizsacker yang dapat diaplikasikan dalam
mengorbit
nukleus sesuai dengan tingkatan
menghitung
rendah,
tetes
menjelaskan
cairan
inti
memberikan
empirik
tetapan
memperkirakan
yang
jari-jari
nuklida
isobarik peluruhan
juga
stabil
stabil
dikemukakan
elektron-elektron
dalam
nuklir
dan
energi masing-masing , maka susunan nukleon –
pada
deret
nukleon dalam nukleon mirip dengan susunan
elektron pada orbital nuklida.
.
Nukleon-nukleon pembentuk nukleus
Model Kulit Inti
Model kulit diangkat berdasarkan pada
suatu kenyataan bahwa nuklida yang memiliki
bergerak
mengorbit
pusat
nukleus
pada
orbitalnya masing-masing sesuai dengan tingkat
jumlah proton atau netron sesuai dengan
energinya. Energi yang dimiliki oleh nukleon
bilangan-bilangan
memiliki
yang ada dipermukaan nukleus lebih besar
stabilitas yang tinggi, ia sukar mengalami reaksi
dibandingkan dengan yang ada di pusat nukleus.
nuklir. Bilangan bulat yang dimaksud adalah 2,
Untuk mempertahankan posisinya nukleon yang
8, 20, 28, 50, 82, dan 126. Contoh nuklida yang
ada di permukaan nukleus harus mengeluarkan
yang memiliki nukleus stabil yang mengandung
energinya yang cukup besar. Bila ketersediaan
sejumlah proton dan netron yang masing-masing
energinya kurang maka nukleon-nukleon yang
sesuai dengan bilangan tersebut adalah 8O16 dan
ada
bulat
tertentu
di
permukaan
nukleus
akan
mudah
Contoh nuklida dengan nukleus yang stabil
meninggalkan posisinya. Bila hal ini terjadi
yang mengandung jumlah proton dan netronnya
maka susunan nukleon dalam nukleus akan
merupakan bilangan ganjil adalah nuklida dari
berubah, artinya menjadi reaksi nuklir.
32
16S .
11
Model Kolektif Inti
Model kolektif nukleus merupaan hasil
Hukum Pergeseran Radioaktif
penggabungan antara model tetes cairan dan
Hasil pengamatan Fajans dan Soddy
model kulit nukleus. Dalam model kolektif
yang dilakukan pada tahun 1913 terhadap
nukleus susunan nukleon-nukleon penyusun
peluruhan isotop-isotop nuklida radioaltif yang
nukleus berlapis-lapis, akan tetapi bila nukleus
memancarkan partikel alfa dan beta mendasari
menerima tambahan energi
dari luar maka
diangkatnya suatu hukum baru yang berkaitan
energi itu akan didistribusikan merata ke seluruh
dengan peristiwa yang dialami oleh nuklida-
nukleon
nuklida radioaktif, yang kemudian disebut
dampak
penyusun
dari
nukleus
penyerapan
tersebut.
Bila
energi
itu
Hukum
pergeseran
radioaktif.
Hukum
menyebabkan nukleus dari nuklida memberikan
pergeseran radioaktif ada dua yaitu yang
reaksi maka reaksi itu merupakan akumulasi dari
pertama bunyinya “Bila suatu isotop nuklida
reaksi yang diberikan oleh semua nukleon
radioaktif induk meluruhkan partikel alfa dan
penyusun nukleusnya. (Retug, 2005)
menghsilkan isotop nuklida radioaktif anak,
yang menyebabkan nomor massa (A) berkurang
empat dan nomor nuklidanya (Z) berkurang dua.
2.6 Keradioaktifan
Nuklida radioaktif memiliki sifat dapat
Bila dicantumkan dalam tabel periodik maka
meluruhkan sebagian dari massa nuklidanya
isotop nuklida radioaktif anak akan diletakkan
menjadi bentuk energi radiasi dan bentuk energi
pada posisi kedua di sebelah kiri isotop nuklida
lain. Energy radiasi hasil peluruhan nuklida
radioaktif induk”.
radioaktif antara lain berupa radiasi alfa, radiasi
Hukum pergeseran radioaktif kedua
beta, dan radiasi gamma. Tedapat dua nuklida
berbunyi “Bila suatu isotop nuklida radioaktif
radioaktif, yaitu nuklida radioaktif alami dan
induk memancarkan partikel beta, maka akan
nuklida radioaktif buatan. Nuklida radioaktif
menghasilkan isotop nuklida radioaktif anak
alami ada yang dapat digolongkan ke dalam
yang nomor massanya (A) sama dengan nomor
nuklida-nuklida
yang
massa isotop nuklida radioaktif induk, akan
mempunyai nomor nuklida (Z) > 83, dan nuklida
tetapi nomor nuklidanya (Z) menjadi bertambah
radioaktif ringan yang mempunyai nomor
satu. Bila dituliskan dalam tabel periodik maka
nuklida < 83. Nuklida-nuklida radioaktif berat
isotop nuklida rasioaktif anak akan diletakkan
berdasarkan kemampuannya meluruh secara
pada posisi kesatu di sebelah kanan isotop
berkelanjutan dapat diklasifikasikan ke dalam
nuklida radioaktif induk.
radioaktif
berat
tiga deret radioaktif, yaitu deret isotop nuklida
U-238, deret isotop nuklida U-235, dan deret
2.
Kinetika Peluruhan Nuklida Radioaktif
isotop nuklida Th-232.
12
Kinetika peluruhan nuklida radioaktif
Bila jumlah nuklida radioaktif semula
adalah kinetika reaksi order satu. Oleh karena itu
adalah No, dan nuklida radioaktif yang belum
digunakan persamaan dan hukum laju reaksi
mengalami peluruhan setelaah waktu t adalah N,
order satu. Salah satu cara untuk mengetahui
maka dari persamaan laju reaksi orde satu dapat
bahwa suatu isotop nuklida itu bersifat radioaktif
diturunkan rumus:
adalah dengan menetukan laju peluruhannya.
N/No = e-Lt
Pada tahun 1905, E. Von Schweidler
dan persamaan tersebut dapat dituliskan dalam
mengemukakan pendapatnya bahwa peluruhan
bentuk logaritme alam yaitu:
radioaktif
ln (N/No) = -L.t = 2,303 log (N/No)
dapat
dinyatakan
dengan
teori
kemungkinan, misal kemungkinan meluruhnya
atau
sebuah nuklida radioaktif hanya tergantung pada
L.t = 2,303 log (No/N)
selang waktu tertentu. Jika kemungkinan
terjadinya peluruhan dinyatakan dengan p,
dan waktu peluruhan t dapat dihitung dengan
maka:
persamaan:
P = L.dt
t = (2,303/L) log (No/N)
dimana L= tetapan peluruhan atau tetapan
dan hubungan waktu paruh (t1/2) dengan
perbandingan, dan dt = selang waktu.
konstanta laju peluruhan (L) dapat dinyatakan
Berdasarkan kemungkinan terjadinya peluruhan
dengan persamaan t1/2 = (2,303/L) log (2/1) atau
maka dapat dinyatakan pula kemungkinan
t1/2 = (2,303/L) log 2 = (0,693)/L
tidak
terjadi
peluruhan
dengan
suatu
Waktu
paruh
adalah
waktu
yang
persamaan:
diperlukan agar nuklida radioaktif meluruh
1 – p = 1 – L.dt
separohnya.
Kemungkinan suatu nuklida radioaktif
meluruh
selama
2x
selang
waktu
maka
Peluruhan Spontan
Vc = (Z1.Z2.e2)/(R1 + R2)
persamaannya dinyatakan sebagai (1 – L.dt)2.
Spontanitas peluruhan dapat diketahui dari
Untuk nx selang waktu maka persamaannya
waktu paruh peluruhan dan energenik dari dua
dinyatakan sebagai:
spesies nuklida sebelum peluruhan terjadi yang
( 1 – L.dt )n
berwujud potensial coulomb (Vc). Besarnya
potensial
( 1 – (L.ndt)/n )n = ( 1 – (L.t)/n )n = e-Lt
coulomb
dinyatakan
dengan
persamaan berikut:
Oleh karena n.dt = jumlah selang waktu =
jumlah
keseluruhan
persamaannya menjadi:
waktu
=
t,
maka
Vc = 0.96 (Z1.Z2)/(A11/3 + A21/3) MeV
yang mana diketahui bahwa R = Ro.A1/3 dan R =
A1/3 sehingga dimana:
13
e = besar muatan
Triatmojo. 2006. Inti Atom. Diakses dari
R = jari-jari nuklida
Ro
=
tetapan kebebasan
dari
A,
harganya antara 1,1 x 10-13 cm s.d 1,6 x 10-13 cm
http://triatmojo.wordpress.com/2006/10/02/intiatom/ tanggal 9 September 2009.
A = nomor atau volume massa
Z = nomor atom atau jumlah muatan
nuklida
Vc = 0,96 (Z2)/A1/3 MeV
Bila nuklida radioaktif induk secara spontan
meluruh menjadi dua spesies yang sama dalam
nomor atom dan nomor massanya,
DAFTAR PUSTAKA
Bunjali, bunbun. 2002. Kimia Inti. Bandung :
Penerbit ITB.
Parning. 2003. Kimia 1A. Jakarta : Penerbit
Yudistira
Retug, Nyoman dan Kartowasono, Ngadiran.
2005.
Radiokimia.
Pendidikan
Kimia
Singaraja
FMIPA
IKIP
:Jurusan
Negeri
Singaraja.
Simamora, Maruli, dkk.2004. Kimia Dasar II.
Singaraja : IKIP Negeri Singaraja
Operasi sebuah Reaktor Nuklir sangat
bergantung pada berbagai jenis dari interaksi
antara neutron dengan inti atom. Untuk
memahami karakteristik dari reaksi yang terjadi
pada Reaktor Nuklir. maka yang paling
mendasar kita akan bertanya apakah itu inti
atom, dan bagaimana strukturnya?
Sebuah atom terdiri dari nukleus yang
bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron
bermuatan negatif. Sehingga atom secara
keseluruhan bermuatan netral. Biasanya di
dalam pembangkitan sebuah energi atom dalam
reaktor, hanyalah energi yang berasal dari intilah
yang diperhitungkan sedangkan energi yang
berasal dari elektron diabaikan (Karena begitu
kecilnya).
Secara singkat kita harus memahami apa yang
disebut energi atom dan apakah perbedaannya
dengan energi kimia, Energi Kimia dan Energi
Atom, sama – sama berasal dari atom, namun
perbedaanya energi kimia yang dihasilkan dari
tiap – tiap pembakaran sebuah batu bara dan
minyak bumi – misalnya, akan menghasilkan
penyusunan kembali (rearrangement) atom yang
disebabkan
oleh
redistrisbusi
elektron.
Sedangkan di sisi lain, energi atom dihasilkan
dari redistribusi partikel dengan inti atom
(atomic
nuclei).
Karena
itulah
untuk
14
menghindari kerancuan sering digunakan istilah
“Energi Nuklir” daripada istilah energi atom.
Inti Atom dibangun oleh dua jenis partikel
utama yang masing – masing disebut dengan
proton dan neutron. Karena proton dan neutron
adalah unit penyusun dari sebuah inti, maka
seringkali istilah proton dan neutron secara
bersama – sama disebut dengan nukleon. Proton
dan neutron bisa dihasilkan dalam keadaan
bebas yakni di luar inti atom sehingga masing –
masing sifat dari partikel tersebut dapat
dipelajari
Proton yang bermuatan positif adalah identik
dengan inti atom hidrogen yakni sebuah atom
hidrogen tanpa elektron tunggalnya. Sehingga
massa sebuah proton adalah sama dengan massa
sebuah atom hidrogen dikurangi dengan massa
sebuah elektron.
Massa atom Hidrogen : 1.00813 amu
Massa Proton : 1.00758 amu
Sedangkan neutron yang merupakan partikel
dasar penting dalam hubungan dengan
pembangkitan energi nuklir adalah bermuatan
netral. Konsekuensinya netron tidak akan
mengalami penolakan, seperti halnya partikel
bermuatan (proton, elektron) ketika dari luar
mencapai nukleus yang bermuatan positif.
Massa neutron lebih besar daripada massa
proton yakni
Massa Neutron : 1.00897 amu
KIMIA INTI DAN RADIOKIMIA
Kimia inti adalah kajian mengenai perubahanperubahan dalam inti atom. Perubahan ini
disebutreaksi inti. Peluruhan radioaktif dan
transmutasi inti merupakan reaksi inti.
Radiokimia mempelajari penggunaan teknikteknik kimia dalam mengkaji zat radioaktif dan
pengaruh kimiawi dari radiasi zat radioaktif
tersebut.
Radioaktivitas adalah fenomena pemancaran
partikel dan atau radiasi elektromagnetik oleh
inti yang tidak stabil secara spontan .
Semua unsur yang memiliki nomor atom lebih
besar dari 83 adalah radioaktif.
Peluruhan radioaktif terjadi melalui pemancaran
partikel dasar secara spontan.
Contoh: polonium-210 meluruh spontan menjadi
timbal-206 dengan memancarkan sebuah
partikel α
Transmutasi inti dihasilkan dari pemboman inti
oleh neutron, proton, atau inti lain.
Contoh: konversi nitrogen-14 atmosfer menjadi
karbon-14 dan hidrogen
Nukleon : partikel-partikel penyusun inti, yaitu
proton dan neutron
Nuklida : suatu spesies nuklir tertentu, dengan
lambang:
Z = nomor atom
A = nomor massa = jumlah proton + neutron
N = neutron, biasanya tidak ditulis karena N =
A-Z
Isotop : kelompok nuklida dengan nomor atom
sama
Isobar : kelompok nuklida dengan nomor massa
sama
Isoton : kelompok nuklida dengan neutron sama
Partikel Dasar yang umumnya terlibat dalam
reaksi inti:
Nama
Lamba Nom Nom Massa
ng
or
or
(sma)
atom mass
a
Proton P atau
1
1
1,0072
H
8
Neutro N
0
1
1,0086
n
7
Elektro e
-1
0
0,0005
n
49
Negatr β
-1
0
0,0005
on
49
Positro β
+1
0
0,0005
n
49
Partike He atau 2
4
4,0015
l alpha α
0
Gelombang elektromagnet yang biasa terlibat
dalam reaksi inti adalah γ (gamma) dengan
massa 0 dan muatan 0.
15
Perbandingan antara reaksi kimia dan reaksi
inti
No
Reaksi kimia
Reaksi Inti
1
Atom
diubah Unsur
(atau
susunannya
isotop dari unsur
melalui
yang
sama)
pemutusan
dan dikonversi
dari
pembentukan
unsur yang satu
ikatan
ke lainnya
2
Hanya elektron Proton, neutron,
dalam
orbital elektron
dan
atom
atau partikel dasar lain
molekul
yang dapat saja terlibat
terlibat
dalam
pemutusan
dan
pembentukan
ikatan
3
Reaksi
diiringi Reaksi
diiringi
dengan
dengan
penyerapan atau penyerapan atau
pelepasan energi pelepasan energi
yang relatif kecil
yang sangat besar
4
Laju
reaksi Laju
reaksi
dipengaruhi oleh biasanya
tidak
suhu,
tekanan, dipengaruhi oleh
katalis
dan suhu, tekanan dan
konsentrasi
katalis
Aturan dalam penyetaraan reaksi inti;
1. Jumlah total proton ditambah neutron
dalam produk dan reaktan harus sama
(kekekalan nomor massa)
2. Jumlah total muatan inti dalam produk
dan reaktan harus sama (kekekalan
nomor atom)
KESTABILAN INTI
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:
1. Semua inti yang mempunyai proton 84
atau lebih tidak stabil
2. 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
3. Bilangan sakti (magic numbers)
Nuklida yang memiliki neutron dan proton
sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil
terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif.
Bilangan tersebut adalah:
Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126
Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82.
Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama
dengan banyaknya elektron untuk gas mulia
yang sangat stabil.
4. Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan
perbandingan neutron-proton.
PITA KESTABILAN
Grafik antara banyaknya neutron versus
banyaknya proton dalam berbagai isotop yang
disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti
yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung
untuk menyesuaikan perbandingan neutron
terhadap
proton,
agar
sama
dengan
perbandingan pada pita kestabilan. 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
ENERGI PENGIKAT INTI
Satu ukuran kuantitatif dari stabilitas inti
adalah energi ikatan inti (nuclear binding
energy, yaitu energi yang diperlukan untuk
memecah inti menjadi komponen-komponennya,
16
proton dan neutron. Kuantitas ini menyatakan
konversi massa menjadi energi yang terjadi
selama berlangsungnya reaksi inti eksotermik
yang menghasilkan pembentukan inti .
Konsep energi ikatan berkembang dari
kajian sifat-sifat inti yang menunjukkan bahwa
massa inti selalu lebih rendah dibandingkan
jumlah massa nukleon.
Contoh : isotop fluorine (F), intinya memiliki 9
proton, 9 elektron dan 10 neutron dengan massa
atom yang terukur sebesar 18, 9984 sma.
Analisis perhitungan teoritis massa atom F:
Massa atom = (9 x massa proton) +(9 x massa
elektron) + (10 x massa neutron)
= (9 x 1,00728 sma) + ( 9 x 0,000549 sma) + (10
x 1,00867)
= 19, 15708 sma
Harga massa atom F berdasarkan perhitungan
ternyata lebih besar dibandingkan dengan massa
atom terukur, dengan kelebihan massa sebesar
0,1578 sma.
Selisih antara massa atom dan jumlah massa dari
proton, elektron dan neutron disebut cacat
massa (mass defect).
Menurut teori relativitas, kehilangan massa
muncul sebagai energi (kalor) yang dilepas ke
lingkungan. Banyaknya energi yang dilepas
dapat ditentukan berdasarkan hubungan
kesetaraan massa-energi Einstein ( E = m c2).
ΔE = Δm c2
Dengan faktor konversi : 1 kg = 6,022 x 1026
sma
1 J = 1 kg m2/s2
Untuk atom F tersebut:
ΔE =( -0,1578 sma) (3x 108 m/s)2
= (-1,43 x 1016 sma m2/s2) x (1 kg/6,022 x 1026
sma) x (1 J/1 kg m2s2)
= -2,37 x 10-11 J
Ini merupakan banyaknya energi yang dilepas
bila satu inti fluorin-19 dibentuk dari 9 proton
dan 10 neutron. Energi yang diperlukan untuk
menguraikan inti menjadi proton dan neutron
yang terpisah adalah sebesar -2,37 x 10-11 J.
Untuk pembentukan 1 mol inti fluorin, energi
yang dilepaskan adalah:
ΔE = (-2,37 x 10-11 J) (6,022 x 1023/mol)
= -1,43 x 1013 J/mol
Dengan demikian, energi ikatan inti adalah 1,43
x 1013 J/mol untuk 1 mol inti fluorin-19, yang
merupakan kuantitas yang sangat besar bila
dibandingkan dengan entalpi reaksi kimia biasa
yang hanya sekitar 200 kJ.
RADIOAKTIVITAS ALAMI
Disintegrasi inti radioaktif sering merupakan
awal dari deret peluruhan radioaktif, yaitu
rangkaian
reaksi
inti
yang
akhirnya
menghasilkan pembentukan isotop stabil.
Misalnya adalah deret peluruhan uranium-238
hingga menghasilkan timbal-206 yang stabil.
Jenis-jenis peluruhan radioaktif meliputi;
peluruhan(pemancaran)
alfa,
peluruhan
negatron, peluruhan positron, penangkapan
elektron, peluruhan gamma, pemancaran
neutron, pemancaran neutron terlambat dan
pembelahan spontan.
Pembelahan spontan hanya terjadi pada nuklidanuklida yang sangat besar dan membelah secara
spontan menjadi dua nuklida yang massanya
berbeda, misal Cf-254 membelah spontan
menjadi Mo-108 dan Ba-142 dengan
memancarkan 4 neutron.
Kinetika Peluruhan Radioaktif
Semua peluruhan radioaktif mengikuti kinetika
orde pertama, sehingga laju peluruhan radioaktif
pada setiap waktu t adalah:
Laju peluruhan pada waktu t = λN
λ = konstanta laju orde pertama
N = banyaknya inti radioaktif pada waktu t
ln Nt/N0 = - λt
dengan waktu paruh : t1/2 = 0,693/λ
TRANSMUTASI INTI
Pada tahun 1919, Rutherford berhasil
menembak gas nitrogen dengan partikel alfa dan
menghasilkan hidrogen dan oksigen. Reaksi ini
merupakan transmutasi buatan pertama, yaitu
perubahan satu unsur menjadi unsur lain. Coba
tuliskan reaksinya!
Pada tahun 1934, Irene Joliot-Curie, berhasil
membuat atom fosfor yang bersifat radioaktif
dengan menembakkan aluminium dengan sinar
alfa yang berasal dari polonium.
Beberapa contoh reaksi inti:
1) Penembakan atom litium-7 dengan proton
menghasilkan 2 atom helium-4
2) Penembakan nitrogen-14 dengan neutron
menghasilkan karbon-14 dan hidrogen
3) Penembakan aluminium-27 dengan proton
menghasilkan magnesium-24 dan helium-4
Coba Anda tulis persamaan reaksinya!
17
Keaktifan (A)
Keaktifan suatu cuplikan radioaktif dinyatakan
sebagai jumlah disintegrasi(peluruhan) per
satuan waktu. Keaktifan tidak lain adalah laju
peluruhan dan berbanding lurus dengan jumlah
atom yang ada.
A=λN
Satuan keaktifan adalah Curie (Ci) yang
didefinisikan sebagai keaktifan dari 3,7 x 1010
disintegrasi per detik.
Satuan SI untuk keaktifan adalah becquerel
dengan lambang Bq
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
Keaktifan jenis adalah jumlah disintegrasi per
satuan waktu per gram bahan radioaktif.
Dosis Radiasi
Untuk menyatakan jumlah atau dosis radiasi
yang diserap oleh zat-zat ditetapkan satuan
untuk dosis. Di Amerika, satuan dosis yang
umum adalah rad dengan lambang rd.
Satu rad setara dengan penyerapan 10-5 J per
gram jaringan.
Satuan SI untuk dosis adalah gray dengan
lambang Gy. Satu gray setara dengan energi
sebanyak 1 joule yang diserap oleh setiap kg zat.
Radiasi neutron lebih berbahaya dari radiasi beta
dengan energi dan intensitas yang sama. Untuk
membedakan pengaruh radiasi digunakan satuan
rem (radiation equivalen of man).
Satu rad sinar alfa lebih merusak daripada satu
rad sinar beta. Oleh karena itu rad biasanya
dikalikan dengan faktor yang mengukur
kerusakan biologi relatif yang disebabkan oleh
radiasi. Faktor ini disebut RBE (Relative
Biologycal Effetiveness of Radiation). Hasil kali
rad dan RBE menghasilkan dosis efektif yang
disebut rem (Rontgen Equivalent for Man).
Satu rem suatu macam radiasi akan
menghasilkan pengaruh biologi yang sama.
Contoh:
Dosis 0 – 20 rem pengaruh kliniknya tidak
terdeteksi , dosis 20-50 sedikit pengaruh
pengurangan sementara butir darah putih, dosis
100-200 terdapat pengaruh banyak pengurangan
butir darah putih dan pada dosis lebih dari 500
rem dapat menyebabkan kematian.
FISI INTI
Fisi inti (nuclear fission) /reaksi fisi adalah
proses di mana suatu inti berat (nomor massa
>200) membelah diri membentuk inti-inti yang
lebih kecil dengan massa menengah dan satu
atau lebih neutron. Karena inti berat kurang
stabil dibandingkan produknya, proses ini
melepaskan banyak energi.
Reaksi fisi uranium-235:
Sebagai contoh adalah energi yang dihasilkan
pada pembelahan 235 gram uranium-235 adalah
ekivalen dengan energi yang dihasilkan pada
pembakaran 500 ton batubara.
Selain besarnya jumlah energi yang besar, ciri
penting dari fisi uranium-235 adalah adanya
kenyataan bahwa lebih banyak neutron yang
dihasilkan dibandingkan dengan yang semula
ditangkap
dalam prosesnya.
Sifat
ini
memungkinkan berlangsungnya reaksi rantai
inti, yaitu serangkaian reaksi fisi yang dapat
berlangsung sendiri tanpa bantuan. Neutron
yang dihasilkan selama tahap awal dari fisi dapat
mengakibatkan terjadinya fisi dalam inti
uranium-235
lain,
yang
selanjutnya
menghasilkan neutron lebih banyak dan
seterusnya. Dalam waktu kurang dari satu detik,
reaksi
dapat
menjadi
tak
terkendali,
membebaskan banyak sekali kalor ke
lingkungan. Agar reaksi rantai terjadi, harus ada
cukup uranium-235 dalam sampel untuk
menangkap neutron, sehingga dikenal istilah
massa kritis, yaitu massa minimum material
terfisikan
yang
diperlukan
untuk
membangkitkan reaksi rantai inti yang dapat
berlangsung sendiri.
APLIKASI FISI INTI
Bom Atom
Penerapan pertamakali fisi inti ialah dalam
pengembangan bom atom. Faktor krusial dalam
rancangan bom ini adalah penentuan massa
kritis untuk bom itu. Satu bom atom yang kecil
setara dengan 20.000 ton TNT. Massa kritis
suatu bom atom biasanya dibentuk dengan
menggunakan bahan peledak konvensional
seperti TNT tersebut, untuk memaksa bagianbagian terfisikan menjadi bersatu. Bahan yang
pertama diledakkan adalah TNT, sehingga
ledakan akan mendorong bagian-bagian yang
terfisikan untuk bersama-sama membentuk
18
jumlah yang lebih besar dibandingkan massa
kritis.
Uranium-235 adalah bahan terfisikan dalam bom
yang dijatuhkan di Hiroshima dan plutonium239 digunakan dalam bom yang meledak di
Nagasaki.
Reaktor Nuklir
Suatu penerapan damai tetapi kontroversial dari
fisi
inti
adalah
pembangkitan
listrik
menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi
rantai terbatas yang dilakukan dalam suatu
reaktor nuklir. Ada 3 jenis reaktor nuklir yang
dikenal, yaitu:
a. Reaktor air ringan. Menggunakan air
ringan (H2O) sebagai moderator (zat
yang dapat mengurangi energi kinetik
neutron).
b. Reaktor air berat. Menggunakan D2O
sebagai moderator.
c. Reaktor Pembiak (Breeder Reactor).
Menggunakan bahan bakar uranium,
tetapi tidak seperti reaktor nuklir
konvensional, reaktor ini menghasilkan
bahan terfisikan lebih banyak daripada
yang digunakan.
FUSI INTI
Fusi inti (nuclear fusion) atau reaksi fusi adalah
proses penggabungan inti kecil menjadi inti
yang lebih besar. Reaksi ini relatif terbebas dari
masalah pembuangan limbah.
Dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk
produksi energi adalah perilaku yang
diperlihatkan jika dua inti ringan bergabung atau
berfusi membentuk inti yang lebih besar dan
lebih stabil, banyak energi yang akan dilepas
selama prosesnya.
Fusi inti yang terus-menerus terjadi di matahari
yang terutama tersusun atas hidrogen dan
helium.
Reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat
tinggi sehingga reaksi ini sering dinamakan
reaksi termonuklir. Suhu di bagian dalam
matahari mencapai 15 jutaoC!!!!!!
Aplikasi Fusi Inti yang telah dikembangkan
adalah bom hidrogen.
Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun
radioaktif memiliki sifat kimia yang sama.
Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut
(untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang
menyangkut
senyawa
atau
sekelompok
senyawa) dan sebagai sumber radiasi /sumber
sinar.
Berikut
beberapa
contoh
penggunaan
radioisotop dalam berbagai bidang:
1. Bidang kimia
Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari
mekanisme berbagai reaksi kimia seperti
esterifikasi dan fotosintesis.
Penetapan struktur senyawa kimia seperti ion
tiosulfat.
Analisis pengenceran isotop dan analisis
pengaktifan
neutron
(dalam
bidang
perminyakan, pengendalian polusi, obat-obatan,
geologi, elektronika, kriminologi, oseanografi
dan arkeologi).
2. Bidang kedokteran
Isotop natrium-24 digunakan untuk mengikuti
peredaran darah dalam tubuh manusia ,
mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid
dengan isotop I-131, menentukan tempat tumor
otak dengan radioisotop fosfor, Fe-59 untuk
mengukur laju pembentukan sel darah merah.
Kobalt-60 digunakan untuk pengobatan kanker,
teknetium-99 untuk alat diagnostik gambaran
jantung, hati dan paru-paru pasien.
3. Bidang pertanian
Radiasi gamma dapat digunakan untuk
memperoleh bibit unggul dan radiisotop fosfor
untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh
tanaman.
4. Bidang Industri
Untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam
dalam tanah atau beton, menentukan keausan
atau keroposan yang terjadi pada bagian
pengelasan antar logam,
5. Penentuan umur batuan atau fosil
sumber:
http://antunikimia.blogspot.com/2009/05/redoks
-dan-elektrokimia.html
PENGGUNAAN RADIOISOTOP
Radioisotop adalah isotop suatu unsur yang
radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif.
19