Unsur radioaktif Contoh peluruhan Contoh isotop REAKSI

9/21/2012
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia - FMIPA
Universitas Gadjah Mada (UGM)
KINETIKA KIMIA
Kinetika Reaksi Inti
Unsur radioaktif
Unsur radioaktif (isotop) :
Unsur yang secara alamiah menjalani transformasi
secara spontan dari satu atom ke atom yang lain
dengan melepaskan radiasi radioaktif dan
melibatkan perubahan partikel sub atomik
Tipe peluruhan radioaktif
Drs. Iqmal Tahir, M.Si.
Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281
[email protected]
Tel : 087 838 565 047; Fax : 0274-565188
Email :
atau
[email protected]
Website :
http://iqmal.staff.ugm.ac.id
http://iqmaltahir.wordpress.com
Contoh peluruhan
Peluruhan uranium
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Contoh isotop
Isotop alam dan isotop sintetik
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
REAKSI PELURUHAN RADIOAKTIF
Penyelesaian persamaan kinetika
Jumlah nuklida radioaktif yang meluruh selalu berkurang dengan perubahan
waktu, oleh karena itu dN selalu negatif :
Kasus peluruhan uranium :
Reaksi peluruhan berantai
N=N 0 .e − λ .t
Dengan N0 adalah jumlah nuklida radioaktif pada t = 0.
Penulisan diringkas :
Aktivitas (A) dari suatu sampel radioaktif didefinisikan sebagai jumlah
disintegrasi yang terjadi per detik :
Ditinjau dari produk :
238U Æ produk
Kinetika reaksi order satu :
A≡−
dN
−
= λ .N
dt
dN
dt
sehingga
A = λ .N
Dengan λ = konstanta peluruhan
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
1
9/21/2012
Waktu paro (t1/2)
Definisi :
Waktu yang diperlukan agar jumlah atom-atom radioaktif di dalam sampel
menjadi setengahnya.
t1 =
2
Waktu paro peluruhan
Peluruhan 10 g isotop Strontium-90
Peluruhan 1 mg isotop Molibdad-99
ln2 0,693
=
λ
λ
Secara praktis, waktu paro adalah ukuran radioaktivitas dari suatu sampel.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Hubungan antara N dan waktu paro :
A A.t 1 2 A.t 1 2
N= =
=
λ
ln2 0,693
Satuan Radioaktif
SATUAN RADIOAKTIF
Latihan :
Hitung berat W dalam gram untuk 1,00 mCi dari isotop 14C dengan
waktu paro 5730 tahun ?
Jawab :
Curie (Ci) :
Definisi asal :
Satuan radioaktif y
yang
g berdasarkan laju
j disintegrasi
g
1g
gram radium.
Definisi baru :
Jumlah setiap nuklida radioaktif yang mengalami disintegrasi
selama 1 detik (dis.s-1) sejumlah 3,700 x 10 10.
Becquerel (SI Unit) :
Definisi :
1 pelepasan radioaktif per detik.
1 Bq = 1 dis.s-1
0,693
= 3,83 ×10−12 s −1
5730 × 365 × 24 × 60 × 60
dN
W
−
= λ N = λ × 6,022 ×1023 = 1,65W ×1011 s −1
dt
14
dengan :
dN
−
= 3,700 ×107 dis.s −1 (1mCi )
dt
Jadi
λ=
W=
3,700 ×107
= 0, 224 ×10−3 g
1,65 × 1011
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Soal latihan :
Tritium (3H) meluruh lewat pancaran beta menjadi 3He dengan t1/2 = 12,26 tahun.
Sampel senyawa bertritium memiliki aktivitas awal 0,833 Bq. Hitunglah jumlah inti
tritium N dalam sampel awal, tetapan peluruhan dan aktivitas setelah 2,5 tahun.
Jawab:
Pengubahan waktu paruh dalam detik :
Soal latihan :
1.
Nuklida 19O yang dibuat lewat radiasi neutron pada 19O
memiliki waktu paruh 29 detik.
a. berapa atom 19O dalam sampel yang baru dibuat jika laju
peluruhannya 2,5 x 104 detik-1 ?
b. Setelah 2,00 menit, berapa atom 19O tersisa ?
2.
Nuklida 35S meluruh lewat pemancaran beta dengan waktu paruh
87,1 hari.
a. berapa gram 35S ada dalam sampel yang memiliki laju
peluruhan dari nuklida tersebut 3,70 x 102 detik-1 ?
b. Sesudah 365 hari, berapa gram 35S tersisa ?
t 1 =(12,26tahun)(60x60x24x365detik/tahun)=3,866x108 detik
2
Jumlah inti yang semula ada ialah :
N
N=
A.t 1
ln2
2
=
-1
((9,833det
,
)(
)(3,866
,
x108 det))
= 44,65
65 x108 iinti
ti 3 H
0,693
Tetapan peluruhan λ dihitung dari waktu paruh :
λ=
ln2
0,693
= 1,793 x10−9 detik -1
=
t1
3,866 x108 det
2
Untuk mencari aktivitas sesudah 2,50 tahun, ubahlah waktu ini ke detik (7,884 x
107 detik) sehingga
A=A 0 .e- λ t =(0,833 Bq).eksp[-(1,793 x10−9 detik -1 )(7,884 x107 detik)]
= 0,723 Bq
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
2
9/21/2012
Soal latihan :
Sebuah contoh perkakas kayu menunjukkan aktivitas spesifik 14C
sebesar 0,195 Bq.g-1. Perkirakan umur perkakas tersebut !
Penyelesaian :
Soal latihan :
1.
Aktivitas spesifik 14C dalam biosfer ialah 0,255 Bq.g-1. Berapa umur
serpihan kertas dari makam mesir jika laju peluruhan beta adalah 0,153
Bq.g-1? Waktu paruh 14C ialah 5.730 tahun.
Tetapan peluruhan untuk 14C adalah :
λ=
ln2
0,693
=
= 1, 21x10 −4 tahun -1
t1
5.730tahun
2
Aktivitas spesifik awal ialah 0,255 Bq.g-1 dan aktivitas terukur sekarang (setelah t
t h )0
tahun)
0,195
195 B
Bq.g-11 jadi
j di :
A=A 0 .e-λ t
2. Aktivitas spesifik suatu benda yang ditemukan di Gua Lascaux di
Perancis adalah 0,0375 Bq.g-1. Hitunglah umur benda tersebut ?
0,195 Bq.g -1 =(0,255 Bq.g -1 ).eksp[-(1, 21x10 −4 tahun -1 ) t ]
⎛ 0,195 ⎞
-1
−4
ln ⎜
⎟ = -(1, 21x10 tahun ) t
⎝ 0,255 ⎠
t = 2200 tahun
Perkakas kayu berasal dari pohon yang ditebang pada sekitar 2.200 tahun lalu.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
Aplikasi : radiodating
Radiodating berdasarkan siklus isotop karbon-14 yang
pertama kali dirumuskan pada tahun 1948 oleh Willard
F. Libby (University of Chicago)
Libby penerima the Nobel Prize bidang Kimia 1960:
“Untuk metoda penggunaan karbon-14 guna
penentuan umur pada bidang arkeologi, geologi,
geofisik, dan ilmu lainnya.“
Cek website :
http://www.c14dating.com/
•
•
Karbon-14 digunakan karena waktu paronya yang konstan dengan
melibatkan reaksi peluruhan emisi beta :
14 C→ 14 N + 0 e
6
7
-1
Waktu paro nya adalah 5730 tahun dan diasumsikan jika rasio 12C
terhadap 14C adalah selalu konstan. Metoda ini cocok untuk usia obyek
yang lebih dari 50,000 tahun.
LABORATORIUM KIMIA FISIKA
Jurusan Kimia – FMIPA, UGM
3