MAKALAH RADIOAKTIVITAS

7/21/2019 MAKALAH RADIOAKTIVITAS

1/17

KIMIA INTI DAN RADIOKIMIA

Stabilitas Nuklir dan Peluruhan Radioaktif

Oleh :

Arif Novan 12030234001/KA12

Fitria Dewi N. 12030234226/KA12

Wijo Kongko K. Y. S. 12030234018/KB12

Ruwanti Dewi C. N. 12030234216/KB12

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN KIMIA

2014


2/17

KIMIA NUKLIR

A.Stabilitas Nuklir dan Peluruhan Radioaktif

Radioaktivitas adalah proses peluruhan inti atom, yang menghasilkan radiasi

energi tinggi. Tiga jenis radiasi nuklir yang umum diantaranya radiasi alfa (),

beta (), dan gamma (). Partikel alfa adalah inti helium ( ), partikel beta

adalah elektron-elektron nuklir, dan radiasi gamma adalah radiasi elektromagnetik

energi tinggi dengan panjang gelombang yang sangat pendek dan frekuensi tinggi

(~ 10-13

m; ~ 1021

s-1

).

Nuklida merujuk pada inti atom dengan jumlah proton dan neutron tertentu,

kedua partikel tersebut disebut sebagai nukleon. Nuklida diidentifikasi oleh nomoratom (Z) dan nomor massa (A): A

ZX. Inti yang tidak stabil disebut nuklida

radioaktif.

Bahan radioaktif pertama kali ditemukan oleh Antoine-Henri Becquerel pada

tahun 1896 ketika ia menemukan bahwa mineral yang mengandung uranium yang

dibungkus dengan kertas dan disimpan bersama-sama dalam gelap dengan

beberapa kertas fotografi menyebabkan isi tersebut terkena cahaya. Dia juga

menemukan bahwa radiasi dari zat radioaktif menyebabkan ionisasi molekul

udara. Kemudian, zat radioaktif ditemukan oleh Marie Curie. Dia juga menetapkan

bahwa intensitas radiasi berbanding lurus dengan konsentrasi zat, namun tidak

untuk sifat senyawa alam di mana unsur terbentuk. Curie juga menunjukkan

bahwa peluruhan radioaktif tidak berpengaruh terhadap suhu, tekanan, atau

kondisi fisik dan kimia lainnya.

a.Persamaan untuk Reaksi Nukli r

Peluruhan radioaktif selalu menghasilkan perubahan nomor atom dan

seringkali pada nomor massa atom. Misalnya,

238

92U

90

234 Th + 42

Dalam reaksi nuklir jumlah nukleon (neutron dan proton) adalah kekal - nomor

massa dan nomor atom harus sama pada kedua sisi persamaan.


3/17

238

92 U 90

234 Th + 42

Nomor massa : 238234 + 4

Nomor atom : 92 90 + 2

b.Stabil itas Nuk li r dan Bentuk Peluruhan

Dalam inti, proton dan neutron terikat bersama oleh energi ikat nukliryang

sangat kuat, yang hanya efektif selama jarak yang sangat pendek (dalam ~ 10-15

m). Kedua partikel nuklir tersebut juga muncul dalam serangkaian kulit energi

yang terkuantisasi, disamakan pada kulit elektronik dalam atom. Bilangan ajaib

tertentu ada untuk kedua proton dan neutron, seperti pada elektron. Artinya, inti

yang memiliki nomor proton dan neutron tertentu sangat stabil. Mereka

diasumsikan menjadi jumlah angka kulit nuklir yang terisi. Bilangan ajaib

tersebut disamakan, tetapi tidak harus sama dengan jumlah elektron pada kulit

elektronik yang memberikan gas mulia stabilitas khusus.

1)Bilangan ajaib untuk elektron: 2, 10, 18, 36, 54, dan 86;

2)Bilangan ajaib untuk proton: 2, 8, 20, 28, 40, 50, dan 82;

3)

Bilangan ajaib untuk neutron: 2, 8, 20, 40, 50, 82, dan 126.Bukti untuk mendukung model kulit nuklir dan bilangan ajaib adalah:

a. Banyak peluruhan radioisotop oleh radiasi alfa. Partikel alfa memiliki 2

bilangan ajaib untuk proton dan neutron, yang memberinya kestabilan

khusus.

b. Hasil akhir pada peluruhan radioaktif alami menunjukkan keberadaan

bilangan ajaib. Misalnya, hasil akhir peluruhan U-238 adalah Pb-206, yang

memiliki bilangan ajaib 82 untuk proton. Peluruhan beruntun radioisotop

berat lainnya menghasilkan Pb-207 atau Pb-208, yang terakhir juga memiliki

bilangan ajaib 126 untuk neutron.

c. Pemasangan tampaknya terjadi antara proton dan neutron, seperti yang

terjadi pada elektron. Pasangan seperti proton dan neutron sepertinya terkait


4/17

dengan stabilitas nuklir. Misalnya, persentase alami isotop stabil yang

muncul secara alami dengan jumlah proton dan neutron yang genap lebih

tinggi dibandingkan dengan jumlah proton dan atau neutron yang ganjil.

Tabel 1Jumlah Isotop Stabil dengan Nomor Genap dan Ganjil Proton dan Neutron

Jumlah

Proton

Jumlah

Neutron

Jumlah

nuklida stabil

Persentase

kemunculan

di alam

Contoh

Genap Genap 168 60.2%12

6C,

16

8O

Genap Ganjil 57 20.4%13

6C, 47

22Ti

Ganjil Genap 50 17.9%19

9F, Na

Ganjil Ganjil 4 1.4%2

1H,

6

3Li

c.Pita Kestabilan dan Jenis Peluruhan Radioakti f

Ketika sejumlah neutron pada berbagai isotop diplotkan terhadap sejumlah

proton, pita yang dihasilkan disebut pita kestabilan. Pita ini sesuai dengan

perbandingan n/p untuk isotop-isotop stabil. Pita kestabilan menunjukkan

bahwa unsur-unsur ringan dengan nomor atom Z = 1 sampai 20, perbandingan

n/p untuk isotop stabil adalah 1. Untuk unsur dengan Z > 20, perbandingan n/p

meningkat secara bertahap dan mencapai 1.52 pada Pb dan Bi. Disarankan

bahwa sebagai inti yang memiliki lebih banyak proton, lebih banyak neutron

diperlukan untuk menstabilkan inti.

Karena jumlah proton terlalu besar (Z > 83) tolakan proton-proton menjadi

terlalu besar sehingga inti yang stabil tidak dapat dipertahankan. Bahkan, tidak

ada nuklida stabil untuk unsur dengan nomor atom yang lebih besar dari 83.

Semua unsur dengan Z = 83 atau kurang memiliki setidaknya satu isotop stabil,

kecuali untuk technetium (Tc, Z = 43) dan promethium (Pm, Z = 61).


5/17

Gambar 1Kurva

Isotop dengan perbandingan n/p yang berada di luar pita kestabilan

bersifat radioaktif. Mereka meluruh sedemikian rupa sehingga produk nuklida

akan memiliki perbandingan n/p yang kecil dalam pita kestabilan. Kriteria

berikut ini berguna untuk memprediksi jenis peluruhan radioaktif:

1) Nuklida dengan perbandingan n/p lebih besar dari perbandingan stabil"

cenderung meluruh dengan memancarkan radiasi beta. Emisi ini mengubah

neutron menjadi proton, yang membawa rasio n/p ke pita kestabilan.

Misal :

2) Nuklida dengan perbandingan n/p lebih rendah dari pita kestabilan meluruh

melalui emisi positron atau penangkapan elektron. Nomor atom nuklida

yang lebih rendah (Z < 20) cenderung meluruh melalui emisi positron.


6/17

Misal:

Isotop dengan nomor atom > 30 cenderung melakuka penangkapan

elektron, karena elektron kulit terdalam (pada n = 1) sangat dekat dengan

inti dan mudah diserap oleh kedua. Sebagai contoh,

[Catatan: proton menjadi neutron ketika positron hilang,

atau ketika elektron ditangkap .

3) Nuklida berat diluar bismuth (Bi) memiliki terlalu banyak proton dan tidak

stabil. Mereka umumnya meluruh melalui emisi-, yang menurunkan baik

jumlah proton dan neutron.

Misal :

d.Jenis peluruhan Radiasi

1)Peluruhan Alpha

Kebanyakan isotop berat dengan Z > 83 meluruh melalui emisi partikel alfa.

Inti-inti radioaktif secara spontan menjadi inti turunan yang kadang-kadang

memancarkan partikel . Pada umumnya diikuti pula dengan peluruhan

radiasi gamma. Radiasi alpha mempunyai spektrum energi yang diskrit.

Radioisotop yang memancarkan radiasi alpha maka nomor massa akanberkurang 4 dan nomor atomnya berkurang 2, sehingga radiasi alpha

disamakan dengan pembentukan inti Helium yang bermuatan +2 ( ).


7/17

Contoh:

Berdasarkan hukum kekekalan jumlah muatan dan nucleon maka peluruhan

partikel memenuhi hubungan yang dapat dinyatakan sebagaiberikut:

X adalah unsur induk dan Y adalah unsur turunan. Contoh peluruhan

terjadi pada peluruhan Plutonium:

Energi yang dilepaskan pada saat peluruhan, disebut energi disintegrasi atau

energi peluruhan yaitu:

Q = (mx-mY-m)c2

Pada gambar dibawah ini merupakan gambar spektrum energi peluruhan

alpha yang berbentuk diskrit.


8/17

Gambar 2Kurva (Sumber:

2)Peluruhan beta

Peluruhan beta () adalah suatu proses peluruhan radioaktif dengan muatan

inti berubah tetapi jumlah nukleonnya tetap. Radiasi beta minus disamakan

dengan pemancaran elektron dari suatu inti atom. Bentuk peluruhan ini

terjadi pada inti yang kelebihan neutron dan pada umumnya disertai juga

dengan radiasi gamma. Radiasi beta (baik yang positif maupun yang negatif)

mempunyai spektrum energi yang sinambung (continous) serta diikuti oleh

antineutrino yang membawa kelebihan energi yang dimiliki oleh zarah beta.

Seperti halnya pada radiasi Alpha, makin tinggi energi yang dimiliki maka

makin pendek umurnya. Pada radiasi Beta minus, nomor atomnya akan

bertambah satu, sedang nomor massanya tetap. Reaksi secara umum dapat

ditulis sebagai:


9/17


10/17

Pada gambar berikut merupakan gambar spektrum energi peluruhan beta

yang berbentuk spektrum kontinu.

Gambar 4Kurva (Sumber: )

3) Emisi Gamma ()

adalah radiasi elektromagnetik energi tinggi yang menyertai banyak peluruhan

radioaktif. Proses nuklir sering mengakibatkan inti tereksitasi dan ketika inti

ini rileks ke keadaan yang lebih stabil, energi dalam bentuk radiasi-

dipancarkan. Beberapa radiasi- dari frekuensi yang berbeda dapat

dipancarkan sebagai inti tereksitasi rileks ke keadaan dasar. Sebagai contoh,

Emisi dari sinar- tidak mengubah nomor atom atau nomor massa nuklida

tersebut. Suatu inti unsur radioaktif yang mengalami peluruhan, baikpeluruhan maupun peluruhan atau mengalami tumbukan dengan netron

biasanya berada pada keadaan tereksitasi. Pada saat kembali ke keadaan

dasarnya inti tersebut akan melepas energi dalam bentuk radiasi gamma.


11/17

Radiasi gamma mempunyai energi yang diskrit. Gambar 2.9. menunjukkan

salah satu contoh energi gamma dari atom cesium 137 (137

Cs).

Gambar 5Spektrum energi peluruhan gamma atom cesium-137 (Rapach, 2010)

Radiasi gamma mempunyai energi yang diskrit. Energi sinar gamma ()

akan berkurang atau terserap oleh suatu material yang dilewatinya. Karena

ada penyerapan energi olah bahan maka intensitas dari sinar gamma akan

berkurang setelah melewati material tersebut.

I = Io.e-x

I : intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material

Io : intensitas mula-mula

x : tebal material

: koefisien atenuasi linier atau koefisien pembanding yang besarnya

tergantung sifat material penyerap dan energi sinar gamma.


12/17

4) Emisi Positron

Positron adalah partikel nuklir bermuatan positif dengan massa yang sama

dengan yang ada pada partikel beta dan disimbolkan . Sebagai contoh,

isotop boron-9, karbon-11, dan nitrogen-13 semuanya meluruh melalui emisi

positron:

Gambar 6Kurva (Sumber: )

Ketika positron meninggalkan inti, diserap oleh elektron dan reaksi

tersebut menghasilkan radiasi gamma1

0

1

0 . Proses ini disebut

annihilation; positron terkadang disebut sebagai sebuah antimateri terhadap

elektron. Tabrakan antara materi dan antimateri menghasilkan energi radiasi

sebagai dua partikel yang saling menghancurkan.

Bentuk peluruhan ini terjadi pada inti yang kelebihan proton. Pancaran

positron dapat terjadi apabila perbedaan energi antara inti semula dengan inti

hasil paling tidak sebesar 1,02 MeV. Menurut Pauli, radiasi beta plus sama


13/17

dengan perubahan proton menjadi neutron sehingga nomor atomnya akan

berkurang satu. Reaksi secara umum dapat ditulis sebagai berikut:

vadalah neutrino yaitu partikel sejenis dengan antineutrino dengan spin yang

berlawanan. Contoh peluruhan beta plus adalah sebagai berikut:

Energi disintegrasi atau energi peluruhannya yaitu:

Q = (mxmY+ 2me)c2

Pada radiasi Beta plus akan selalu diikuti dengan peristiwa Annihilasi,

karena begitu terbentuk zarah beta plus maka akan langsung bergabung

dengan elektron dan menghasilkan radiasi Gamma:

5) Penangkapan Elektron

Dalam prosesElectron Capture (EC), sebuah elektron dari kulit terdalam (n

= 1) diserap oleh inti, dimana ia bergabung dengan proton untuk membentuk

neutron. Sebuah nuklida baru dengan nomor atom yang lebih rendah

terbentuk

1

1p +

1

0 e 10n;

79

195 Au +1

0 e 78

195 Pt


14/17

Tabel 2Jenis peluruhan radioaktif

e.

Rangakain peluruhan

Isotop berat seperti radium, thorium, uranium, dll, menjalani serangkaian

peluruhan sampai isotop stabil terbentuk. Sebagai contoh, uranium-238

mengalami serangkaian peluruhan dan hingga timbal-206 terbentuk.

Dapatkah Anda mengidentifikasi partikel radioaktif apa yang dihasilkan pada

setiap langkah peluruhan?

238

92U

90

234 Th 91

234 Pa 92

234 U 90

230 Th 88

226 Ra 86

222 Rn 84

218

Po 82214

Pb 83214

Bi 84214

Po 82210

Pb 83210

Bi 84210

Po 82206

Pb


15/17

Gambar 7Reaksi keseluruhan peluruhan radioaktif dari u-238 menjadi Pb-206

(Sumber: )

Terjadi reaksi fisi pada 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


16/17

terkendali, membebaskan banyak sekali kalor ke lingkungan. Agar reaksi rantai

terjadi, harus ada cukup uranium-235 dalam sampel untuk menangkap neutron,

sehingga dikenal istilahmassa kritis, yaitu massa minimum material terfisikan

yang diperlukan untuk membangkitkan reaksi rantai inti yang dapat

berlangsung sendiri.


17/17

DAFTAR PUSTAKA

MAKALAH RADIOAKTIVITAS

Documents

Transcript of MAKALAH RADIOAKTIVITAS