Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

41
By: Agung Nugroho Catur Saputro,S.Pd.,M.Sc Lecture Presentation

Transcript of Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Page 1: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

By:

Agung Nugroho Catur Saputro,S.Pd.,M.Sc

Lecture Presentation

Page 2: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

RADIOAKTIVITAS ALAM &

PELURUHAN RADIOAKTIF

2

Page 3: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

TUJUAN PERKULIAHANTUJUAN PERKULIAHANSetelah mempelajari bab ini mahasiswa Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan dapat : diharapkan dapat : Menjelaskan sejarah penemuan Menjelaskan sejarah penemuan radioaktivitas alam.radioaktivitas alam.Menyebutkan sinar radiasi dan sifat-Menyebutkan sinar radiasi dan sifat-sifatnya.sifatnya.Menjelaskan Teori peluruhan radioaktif.Menjelaskan Teori peluruhan radioaktif.Menjelaskan empat deret radioaktif.Menjelaskan empat deret radioaktif.Menjelaskan peluruhan beruntun.Menjelaskan peluruhan beruntun.Menjelaskan proses peluruhan alfa.Menjelaskan proses peluruhan alfa.Menjelaskan proses peluruhan beta.Menjelaskan proses peluruhan beta.Menjelaskan terjadinya peluruhan positron.Menjelaskan terjadinya peluruhan positron.Menjelaskan terjadinya penangkapan Menjelaskan terjadinya penangkapan elektron.elektron.Menjelaskan terjadinya transisi gamma.Menjelaskan terjadinya transisi gamma.Menjelaskan terjadinya konversi internal.Menjelaskan terjadinya konversi internal.

Page 4: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Apa yang dimaksud

Radioaktivitas?

Page 5: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Perkembangan pengetahuan inti modern dimulai dengan penemuan Henry Becquerel (1896) mengenai radiasi oleh garam Uranium.

Percobaan selanjutnya menunjukkan bahwa radiasi yang dipancarkan sanggup menetralkan benda bermuatan.

Dengan mengukur daya ionisasi radiasi yang dipancarkan, Rutherford kemudian menunjukkan bahwa radiasi tersebut terdiri atas dua macam, yaitu ;

Page 6: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

1. Radiasi dengan daya tembus kecil dinamai radiasi alfa.

2. Radiasi dengan daya tembus besar dinamai radiasi beta.

M.Curie selanjutnya menunjukkan bahwa aktivitas berbanding lurus dengan kadar uranium yang ada dalam setiap garam uranium, yang menunjukkan bahwa radioaktivitas merupakan peristiwa atom.

Page 7: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Pada tahun 1898, P. Curie dan M. Curie menemukan dua unsur radioaktif, yaitu polonium dan radium. Sejak penemuan tersebut, maka banyak lagi unsur radioaktif yang ditemukan yang ternyata mengisi banyak tempat lowong dalam sistem periodik unsur.

Percobaan efek radiasi dalam medan magnet dan elektrik menunjukkan bahwa selain dua radiasi terdahulu, masih terdapat satu lagi radiasi lain yang tidak bermuatan dan dinamai radiasi gamma.

Page 8: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif
Page 9: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Berdasarkan sifat pembelokkan radiasi tersebut, Rutherford menemukan bahwa radiasi beta sifatnya sama dengan sinar katoda yang dihasilkan pada tabung katoda.

Dari pembelokkan ini dihitungnya harga e/m dan ditemukannya harga yang sama dengan elektron.

Percobaan selanjutnya membuktikan dengan pasti bahwa radiasi beta ialah aliran elektron dengan kecepatan tinggi.

Page 10: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Demikian pula dibuktikan bahwa radiasi alfa tidak lain adalah inti helium yang kedua elektron lintasannya telah terlepas, dan radiasi gamma ialah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek.

Page 11: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif
Page 12: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Dalam pengukuran radioaktivitas senyawa torium oleh Rutherford, diperoleh hasil-hasil yang aneh. Dengan bertambahnya waktu, radioaktivitas mula-mula naik lalu turun, kemudian naik lagi. Hal ini rupanya disebabkan karena ada gas radioaktif yang berdifusi keluar. Gas yang radioaktif ini disebut emanasi.

Rutherford dan Soddy membuktikan bahwa emanasi ini bersifat gas inert dengan berat molekul tinggi. Dorn membuktikan bahwa garam radium juga mengeluarkan emanasi yang disebut radon.

TEORI PELURUHAN UNSUR RADIOAKTIF

Page 13: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Debierne dan Giesel menemukan emanasi aktinium yang disebut aktinon.

Ketiga emanasi yang telah ditemukan itu masing-masing terdapat dalam ketiga deret radioaktif yang ditemukan di alam, yaitu deret uranium, deret aktinium, dan deret torium.

Ternyata bahwa ketiga emanasi itu merupakan isotop-isotop radon (222Rn86), aktinom (219Rn86) dan toron (220Rn86).

Page 14: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Adanya emanasi radioaktif dari torium, radium dan aktinium merupakan suatu kejadian yang sangat menguntungkan bagi pengembangan pengetahuan mengenai sifat radioaktivitas yang sebenarnya.

Dua akibat penting yang timbul dari penyelidikan dini tentang emanasi-emanasi ini adalah :1. Kenyataan bahwa aktivitas zat-zat radioaktif tidak berlangsung abadi, tetapi berkurang dalam intensitas dengan skala waktu khas bagi zat tertentu.2. Pengetahuan bahwa proses-proses radioaktif itu disertai dengan perubahan dalam sifat-sifat kimia dari atom-atom aktif.

Page 15: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Pada tahun 1903 Rutherford dan Soddy mengemukakan hipotesis tentang sifat radioaktivitas, yaitu :1. Unsur-unsur radioaktif mengalami transformasi spontan dari atom yang satu ke atom yang lain.2. Perubahan itu disertai oleh pemancaran radiasi.3. Proses radioaktif ialah perubahan di dalam atom.

Page 16: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Peluruhan beruntun terjadi bila radionuklida A meluruh menjadi radionuklida B yang selanjutnya meluruh menjadi nuklida C.

A B C

Kecepatan peluruhan radionuklida A, radionuklida induk, diberikan oleh persamaan :

Peluruhan Beruntun

Page 17: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Karena radionuklida B, radionuklida anak, terbentuk oleh peluruhan induknya A, maka kecepatan peluruhan A sama dengan kecepatan pembentukan B. Jadi :

Page 18: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Tetapi sementara terbentuk dari peluruhan induknya, radionuklida anak B juga meluruh dengan kecepatan :

Perubahan jumlah radionuklida B ialah:

Persamaan ini dapat diselesaikan menjadi :

Page 19: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

DERET RADIOAKTIF ALAM

Semua unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar daripada 83 yang terdapat di alam bersifat radioaktif.

Jika deret unsur berat dalam peta inti diteliti maka akan ditemukan empat buah deret peluruhan. Tiga dari empat deret tersebut, yaitu deret uranium, deret aktinium, dan deret torium. ditemukan di alam, sedang yang keempat , yaitu deret neptunium tidak ditemukan lagi, oleh karena waktu paro anggota deret ini yang paling panjang ternyata masih lebih pendek daripada umur alam semesta.

Page 20: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Bilangan massa dari anggota-anggota deret-deret tersebut berumus kelipatan dari empat. Hal itu disebabkan karena pemancaran partikel alfa dari suatu inti dengan bilangan massa A menimbulkan inti lain dengan bilangan massa (A-4). Pemancaran partikel beta tidak membawa perubahan dalam bilangan massa.

Unsur-unsur radioaktif setelah meluruh berkali-kali dengan memancarkan sinar alfa atapun beta akhirnya terbentuk isotop Pb yang stabil.

Page 21: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Sifat Khas Deret Radioaktivitas Alam

Nama Deret

Jenis Inti Akhir (stabil)

Anggota dengan umur paro paling panjang

Inti Umur paro (tahun)

Torium 4n Pb-208 Th-232 1,39 x 1010

Neptunium

4n + 1 Bi-209 Np-237 2,20 x 106

Uranium 4n + 2 Pb-206 U-238 4,5 x 109

aktinium 4n + 3 Pb-207 U-235 8,5 x 108

Page 22: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

22

Proses Peluruhan Deret Torium

Page 23: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

23

Proses Peluruhan Deret Neptunium

Page 24: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

24

Proses Peluruhan Deret Uranium

Page 25: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

25

Proses Peluruhan Deret Aktinium

Page 26: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

26

Radioaktivitas buatan

Hingga tahun 1934 radioaktivitas hanyalah dikenal dari unsur-unsur radioaktif yang terdapat di alam, tetapi pada permulaan tahun 1934 Irine Curie dan suaminya F. Joliot mengumumkan bahwa boron dan aluminium dapat dibuat radioaktif dengan jalan menembakinya dengan partikel alfa yang berasal dari polonium.

Hasil penembakan ini memancarkan positron.

Page 27: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Penemuan Curie-Joliot ini merupakan permulaan dari penemuan isotop radioaktif buatan yang ternyata banyak kegunaannya.

Selain partikel alfa, ternyata banyak partikel lain yang dapat digunakan sebagai partikel penembak yaitu proton, netron, detron dan lain-lain.

Page 28: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Kapan suatu unsur bersifat

radioaktif?

Page 29: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Kemungknan suatu unsur bersifat radioaktif (tidak stabil) jika :

a. Terlalu banyak jumlah neutron dan proton.

b. Terlalu banyak jumlah neutron terhadap proton.

c. Terlalu banyak jumlah proton terhadap neutron.

Page 30: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Ketiga kemungkinan tersebut yang menyebakan terjadinya perubahan suatu inti menjadi inti lain melalui peluruhan alfa, peluruhan beta, fisi spontan, pemancaran positron, penangkapan elektron, transisi gamma, dan konversi dalam.

Page 31: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Nuklida-nuklida yang memiliki terlalu banyak proton dan neutron berarti mempunyai terlalu banyak massa.

Dalam hal ini ada kecenderungan nuklida-nuklida tsb untuk melepaskan massa dalam bentuk partikel alfa. Dikatakan nuklida-nuklida tsb mengalami peluruhan alfa.

Peristiwa peluruhan alfa terutama terjadi pada nuklida-nuklida berat dengan Z > 79.

Page 32: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Inti yang memancarkan partikel alfa (2He4), bilangan massa-nya akan berkurang 4 (empat), sedangkan nomor atom-nya turun 2 (dua).

Peluruhan alfa dituliskan sbb:

ZXA Z-2XZ-4 + 2He4

Contoh : 92U238 90Th234 + 2He4

Page 33: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Setelah setahun penemuan fisi nuklir dengan penembakan neutron oleh Hahn dan Strassman, K.A. Petrzhak dan G.N. Flerov melaporkan bahwa 238U mengalami fisi secara spontan, walaupun dengan waktu paruh sangat panjang sekitar 1016 tahun dibandingkan waktu paruh peluruhan alfa.

Page 34: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Semenjak itu dalam taun 1940 telah diukur kecepatan fisi spontan dari sejumlah nuklida, semuanya Z > 90, dan karena itu ditetapkanlah bahwa fisi spontan merupakan suatu cara lain dari peluruhan radioaktif.

Waktu paruh dari fisi spontan yang diamati berkisar antara nanodetik hingga kira-kira 2 x 1017 tahun.

Page 35: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Bila suatu nuklida mempunyai terlalu banyak neutron terhadap jumlah proton, maka neutron diubah menjadi proton, partikel beta, dan netrino.n p + β +

Dalam proses ini nomor atom Z bertambah dengan satu, dan prosesnya disebut peluruhan beta (β).

Contoh : 1H3 2He3 + β +

Page 36: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Bila nuklida mempunyai terlalu banyak jumlah proton terhadap jumlah neutron, maka dapat terjadi salah satu dari dua alternatif berikut :

Pemancaran positron, dimana proton berubah menjadi neutron, positron dan netrino.p n + β+ +

Contoh : 6C11 5B11 + β+ +

Page 37: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Penangkapan elektron (electron capture), di mana inti menangkap salah satu elektron yang terletak pada kulit dalam, yaitu kulit K atau L, dan netrino dipancarkan.p + e n +

Contoh : 95Am244 94Am244 +

Kedua macam proses tersebut menghasilkan turunan inti yang mempunyai nomor atom berkurang satu dan nomor massa tetap.

Page 38: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Dalam peluruhan-peluruhan unsur radioaktif, biasanya nuklida turunan yang terjadi dalam keadaan tereksitasi.

Pengembalian suatu keadaan tereksitasi ke keadaan tak tereksitasi atau keadaan tereksitasi yang lebih rendah, tanpa mengubah Z ataupun A dilakukan dengan pemancaran radiasi elektromagnetik.

Page 39: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Radiasi tersebut dinamakan radiasi gamma.

Pada umumnya pemancaran radiasi gamma mengikuti sebagian besar peluruhan radioaktif.

Selain dengan transisi gamma, pengawa-deeksitasi dapat pula terjadi melalui proses yang disebut konversi dalam.

Page 40: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

Proses ini dapat dianggap sebagai suatu proses fotolistrik dalam atom, seperti dalam pemancaran elektron Auger.

Elektron yang dipancarkan energinya sama dengan perbedaan energi sinar gamma dengan energi pengikat elektron dalam atom.

Page 41: Lesson 3_Radioaktivitas Alam & Peluruhan Radioaktif

The End