MODUL 11

KIMIA INTI

A. PENDAHULUAN

Dalam bab struktur atom telah dibahas dengan jelas bahwa atom tersusun atas elektron yang

terletak pada orbital - orbital tertentu yang memiliki tingkat energi tertentu. Elektron cenderung

akan selalu pada orbitalnya karena adanya gaya tarik dari inti atom.

Penemuan inti atom pertama kali dieksplorasi oleh Rutherford bersama mahasiswanya

yaitu Marsden dan Geiger pada tahun 1906, dimana mereka melakukan eksperimen dengan

menembak suatu lempeng emas dengan sinar α seperti gambar berikut

Gambar. Eksperimen hamburan sinar α pada lempeng emas

Hasilnya adalah sebagian besar sinar α diteruskan dan sebagian kecil sinar α ternyata

dipantulkan yang menunjukkan bahwa dalam inti atom terdapat partikel yang bermuatan positif

sehingga tolak menolak dengan sinar alpha yang bermuatan positif.

Fakta bahwa sebagaian besar sinar α diteruskan menunjukkan bahwa elektron terletak cukup

jauh dari inti atom dan atom merupakan area yang berongga sehingga peluang sinar α untuk

menumbuk inti atom cukup kecil, juga mengggambarkan bahwa inti atom sangat kecil bila

dibandingkan dengan ukuran keseluruhan suatu atom yang digambarkan sebagai bola pejal emas.

Kesimpulan dari eksperimen ini adalah :

Atom tersusun dari inti atom yang bersifat positif dan disebut sebagai partikel inti atom

yang belakangan ditemukan terdiri atas proton yang bermuatan positif dan neutron yang

tidak bermuatan

Atom bersifat netral sehingga jumlah proton dalam inti atom dan jumlah electron di

sekelilling inti harus sama, dengan muatan satu proton sama dengan muatan satu elktron

namun berlainan tanda

Atom merupakan suatu area berongga yang mirip tata surya dimana elektron

meengelilingi inti dalam lintasan tertentu dan sebagian besar atom adalah ruang hampa

Bila digambarkan model atom yang diusulkan Rutherford adalah sebagai berikut.

Gambar. Model atom Rutherford yang menggambarkan posisi dan muatan inti atom yang

bermuatan positif

Konsep tentang inti atom yang hanya terdiri atas proton saja bertahan selama beberapa waktu

hingga pada akhirnya ada keraguan bahwa seharusnya inti atom tidak hanya mengandung proton

saja mengingat massa inti tidak cukup hanya berasal dari kontribusi proton semata. Dalam hal ini

seharusnya ada komponen lain yang terdapat dalam inti atom selain proton. Hingga pada

akhirnya dikenalkan konsep adanya partikel lain dalam inti atom sebagaimana yang

dikemukakan Rutherford. Partikel tersebut harus netral namun memiliki massa sehingga pada

tahun 1932, J.Chadwick mengusulkan konsep tentang neutron yang massanya sama dengan

proton (walaupun faktanya lebih besar 0,1%) dan tidak bermuatan sehingga inti atom terdiri dari

proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan.

Gambar. Ilustrasi inti atom C (karbon) yang terdiri dari proton dan neutron menurut

Chadwick

Pada akhirnya disimpulkan bahwa inti suatu atom terdiri dari proton dan neutron

dengan notasi sebagai berikut.

dimana, A menggambarkan nomor massa yaitu jumlah dari proton dan electron

Z merupakan nomor atom yang menunjukkan jumlah proton dalam inti

n yaitu neutron yang merupakan selisih antara A-Z yang bersifat netral sedangkan

proton bermuatan positif yaitu 1,6 x 10 -19

C.

Nuklida merupakan inti atom dengan jumlah proton dan neutron tertentu. Partikel penyusun

nuklida disebut nukleon.

Muatan proton tersebut ternyata sama dengan muatan electron sebagaimana diukur oleh JJ.

Thomson namun massanya adalah 1840 x massa elektron.

Selanjutnya banyak peneliti dan ilmuwan yang bereksperimen hingga ditemukan partikel-

partikel elementer dan partikel lainnya yang berkaitan dengan inti atom.

Berikut adalah partikel-partikel yang berkaitan dengan inti atom

Secara umum sifat-sifat kimia unsur tertentu tergantung pada nomor atom Z dan tidak tergantung

pada nomor massa A. Oleh karena itu, ada beberapa inti yang mempunyai nomor atom Z sama

tetapi mempunyai nomor massa berbeda yang disebut isotop.

Istilah isotop dkemukakan pertama kali oleh Thomson dimana dia menemukan tedapat

beberapa unsur yang sama namun massanya berbeda yang disebabkan karena adanya perbedaan

jumlah neutron dalam intinya. Ini pula yang menyebabkan beberapa isotop ada yang tidak stabil ;

isotop ini disebut isotop radioaktif atau radioisotop. Atom-atom dari beberapa inti ini

mempunyai sifat kimia yang sama, tetapi mempunyai perbedaan massa dan sifat-sifat yang

tergantung pada massa.

Contoh isotop ;

Isotop Neon (Ne) :

• 10Ne20

terdiri dari 10 proton, 10 elektrondan 10 neutron

10Ne21

terdiri dari 10 proton, 10 elektron dan 11 neutron

• 10Ne22

terdiri dari 10 proton, 10 elektron dan 12 neutron

Penggolongan Nuklida

Isotop kelompok nuklida dengan Z sama

Contoh: 82Pb204

, 82Pb206

, 82Pb207

,82Pb208

Isobar kelompok nuklida dengan A sama

Contoh: 6C14

, 7N14

, 8O14

Isoton kelompok nuklida dengan N sama

Contoh: 1H3, 2He

4

Isomer inti nuklida dengan A dan Z sama tetapi berbeda dalam tingkat energinya

Contoh: Co60m

, Co60

B. STABILITAS INTI

I. Gaya Inti

Menurut teori proton-proton, inti terdiri atas proton-proton dan neutron- neutron. Karena

proton bermuatan listrik positif, maka gaya tolak elektrostatik antara proton-proton cenderung

memisahkan nukleon-nukleon itu. Oleh karena itu, agar stabilitas inti terjadi harus ada gaya tarik

yang kuat antarnukleon yang disebut gaya inti atau gaya antarnukleon. Gaya-gaya ini

diklasifikasikan sebagai interaksi kuat, yang telah dipelajari oleh fisikawan Jepang Hideki

Yukawa dalam periode waktu yang cukup lama. Dalam tahun 1935 beliau mengemukakan

karakteristik gaya-gaya inti dan mempostulatkan adanya partikel yang sekarang disebut pion

Beberapa sifat gaya inti atau gaya antara nukleon-nukleon antara lain:

1. Pada jarak pendek gaya inti lebih kuat daripada gaya Coulomb; gaya inti dapat

mengatasi gaya tolak Coulomb antara proton-proton dalam inti.

2. Pada jarak jauh, yang berorde ukuran atom, gaya inti sangat lemah; interaksi antara

inti dalam molekul dapat diketahui hanya berdasarkan gaya Coulomb.

3. Beberapa partikel bebas dari gaya inti; sebagai contoh, dari struktur atom tidak ada

bukti bahwa elektron-elektron mengalami gaya inti.

Eksperimen yang secara khusus digunakan untuk menyelidiki sifat-sifat gaya inti,

diperoleh sifat-sifat lain yang menakjubkan:

1. Gaya antara nukleon-nukleon tidak tergantung pada muatan apakah nukleon-

nukleon itu proton atau neutron.

2. Gaya antara nukleon-nukleon tergantung pada spin nukleon, apakah spin itu sejajar

atau berlawanan.

3. Gaya antara nukleon-nukleon mempunyai komponen tak-sentral atau tensor.

Bagian gaya ini tidak kekal momentum sudut orbitnya; dalam pengaruh gaya

sentral momentum sudut orbitnya kekal.

II. Energi Ikat

Jika z proton dan N neutron tergabung membentuk inti stabil sejumlah massa (∆m) akan

hilang dalam bentuk energy ang terlepas ( biasanya dalam bentuk sinar γ). Massa (∆m) disebut

sebagai defek massa yang besarnya sama dengan massa Z proton ditambah massan N neutron

dikurangi dengan massa inti yang terbentuk

Energi Pengikat Inti:

Ukuran kestabilan yang diperoleh ketika proton dan neutron saling berikatan membentuk inti

atom.

Energi ikat (B) dari suatu inti adalah perbedaan energy massa antara inti

N dan unsure penyusunnya yaitu proton (Z) dan neutron (N) dimana,

B = Zmp + Nmn – [m – Zme]c

2

Jadi energy ikat sama dengan jumlah massa unsure penyusun dikurangi massa inti yang

terbentuk

Jika B>0 berarti inti dalam keadaan stabil dalam hal ini perlu energi dari luar untuk

memisahkan menjadi komponen penyusunnya. Bila B <0 berarti inti dalam keadaan tidak

stabil dan inti akan meluruh dengan sendirinya (spontan)

Jika Z proton dan N neutron tergabung membentuk inti stabil, sejumlah massa (∆ m) akan

hilang dalam bentuk energi yang terlepas (biasanya dalam bentuk energi sinar α ). Massa ∆m

ini disebut defek massa, yang besarnya sama dengan massa Z proton ditambah massa N

neutron dikurangi dengan massa inti yang terbentuk

Persamaan yang menunjukkan hubungan antara massa dan energi adalah:

E = mc2

Hubungan ini dapat digunakan untuk menentukan banyaknya energi yang dihasilkan oleh

adanya pengurangan massa atom. Versi lain: ∆E = ∆mc2.

Dengan AE = energi pengikat inti;

∆m = perbedaan massa inti atom dengan nukleon yang terpisah.

Karena 1 sma = 931 MeV, maka Energi Pengikat Inti =

∆m(sma)x931MeV/sma

Kita dapat menghitung energi pengikat inti semua isotop stabil dan akan terbentuk grafik di

bawah ini.

Gambar . Grafik hubungan antara energi ikat inti dan nomor massa suatu atom

Dengan semakin bertambahnya nukleon, akan mencapai energi maksimum (pada A = 56, besi).

Massa nukleon yang lebih besar bersifat kurang stabil. Dalam hal ini makin besar energy ikat inti

maka atom akan makin stabil atau dengan kata lain makin besar suatu atom maka energy ikat

intinya akan makin kecil sehingga kestabilannya berkurang.

C. RADIOAKTIFITAS

Pengertian umum dari radioaktifitas adalah suatu proses dimana inti atom yang tidak stabil

mengalami kehilangan energy ( berupa massa dalam diam) dengan memancarkan radiasi berupa

partikel alfa, partikel beta dan sinar gamma untuk mencapai kestabilan.

Secara umum kestabilan inti dapat diterangkan dengan dua pendekatan yaitu aspek kinetika dan

aspek energetika.

Stabilitas secara energetika ditinjau dari nukleosintesis yaitu berhubungan dengan energy

komponen penyusunnya (proton dan neutron), yaitu energy ikat inti.Sedangkan stabilitas secara

kinetika yaitu kestabilan inti dengan kecenderungan atom untuk meluruh menjadi unsur lain,

yang sering disebut sebagai peluruhan radioaktif. Inti atom yang tidak stabil akan melakukan

aktivitas radiasi (melakukan peluruhan) sampai mencapai keadaan stabil

Kestabilan inti berhubungan dengan radioaktivitas; 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:

Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil

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

Bilangan sakti (magic numbers); Nuklida yang memiliki neutron dan proton

sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil terhadap reaksi inti dan peluruhan

radioaktif

Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126

Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82

Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron-proton.

Gejala radioaktifitas petama kali diteliti oleh Henri Becquerel (1852-1908) yang dapat

dirangkum dalam ikhtisar berikut :

Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C. Röntgen sekitar tahun 1985

Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh sinar matahari

Membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan kain hitam

Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium uranil sulfat), material yang bersifat

fosforensis

Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium dengan sinar matahari dan

meletakkannya dekat pelat film dan mengharapkan terjadinya sinar-X

cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film yang tertutup kain hitam

dan garam uranium dalam laci meja di laboratoriummnya

Ia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah dicuci karena pada pelat film

tersebut terdapat suatu jejak cahaya berupa garis lurus

Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini Becquerel menyimpulkan bahwa jejak

cahaya pada pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium memancarkan radiasi

(dan sifatnya berbeda dengan sinar –X) yang dapat menembus kain pembungkusnya dan

mempengaruhi pelat film

Penelitian Piere- Curie

Pada waktu yang hamper bersamaan pasangan Curie melakukan penelitian tentang senyawa

radioaktif selain Uranium. Pierre dan Marie kemudian fokus untuk meneliti unsur baru

radioaktif; sehingga ditemukan unsure radioaktif lain, yaitu :

Berdasar penemuan H.B. Pierre (Perancis, 1859-1906) dan Marie Curie (Polandia-

Perancis, 1867-1934) melakukan penelitian kuantitatif radioaktivitas macam-macam

garam uranium

Dua bahan tambang uranium yaitu pitch blend (uranium oksida) dan shell corit (tembaga

dan uranil) menunjukkan radioaktivitas yang besar dan tidak dapat dijelaskan dengan

jumlah uranium yang ada di dalamnya

Polonium (Po)>> sifat sublimasi

Radium (Ra)>> pemisahan kristal berdasarkan perbedaan kelarutan dalam air,

campuran air dan alkohol, kelarutan garam dalam larutan asam klorida

Thorium (Th)

Aktinium (Ac)

Telah diterangkan diawal modul bahwa stabilitas inti atom dipengaruhi oleh energy pengikat inti

dan efek gaya yang mempengaruhinya dalam hal ini adalah gaya inti seperti penjelasan berikut.

Gaya yang bekerja pada inti atom:

1. Gaya elektrostatis; secara elektrostatis proton-proton dalam inti atom akan saling tolak

dengan gaya coulomb (gaya elektrostatis), yang akan semakin besar jika jarak dua buah

proton makin dekat

fakta> proton-proton bersatu dalam inti atom pada jarak yang sangat dekat, dimana

secara elektrostatis proton-proton tidak mungkin bersatu

2. Gaya gravitasi; besarnya sangat kecil karena massa partikelnya sangat kecil (bukan faktor

dominan dalam mengikat partikel inti)

3. Gaya Inti

Ilmuwan mengajukan adanya gaya inti

Di dalam inti atom terdapat 3 gaya yang penting; gaya elektrostatis, gaya gravitasi dan

gaya inti

Inti Atom = keadaan stabil vs keadaan tidak stabil

Keadaan tersebut ditentukan oleh komposisi penyusun Inti

Keadaan Stabil; ∑ Proton (Z) sedikit/sama banyak dengan ∑ Neutron ; Gaya Inti lebih >

daripada Gaya Elektrostatis

Keadaan Tidak Stabil; ∑ Proton > ∑ Neutron ; Gaya Inti < daripada Gaya Elektrostatis

MENGAPA hal ini bisa terjadi???

Karena Gaya Elektrostatis memiliki jangkauan yang lebih luas daripada Gaya Inti, sehingga

dapat menjangkau partikel proton yang berdekatan atau berseberangan sekalipun

jadi apa yang terjadi ?

Inti atom seperti inilah yang akan melakukan aktivitas radiasi secara spontan sampai tercapai

keadaan stabil. Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N) akan

menghasilkan zat radioaktif.

Ketentuan umum unsur radioaktif adalah sebagai berikut :

1. isotop stabil terletak pada pita kestabilan, sedangkan yang diatas maupun dibawah pita

kestabilan isotop tidak stabil

2. unsur dengan nomor atom kurang dari 83 bersifat stabil ( kecuali teknisium dan

prometium)

3. unsur dengan nomor atom lebih dari 83 pasti bersifat tidak stabil disebut juga dengan

radioaktif

Kestabilan Inti Atom

Sifat radioaktif suatu unsur dapat diprediksi dengan melihat nilai N/Z unsure tersebut. Apabila

nila N/Z tidak sama dengan 1 maka unsure tersebut akan bersifat radioaktif. Contoh Isotop C12

dan C 14

, nilai N/Z masing-masing isotop tersebut adalah 1 dan 1,17 dalam hal ini C 14

akan

bersifat radioaktif.

Pita kestabilan : Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam

berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Kebanyakan

unsur radioaktif terletak di luar pita ini.

1) Di atas pita kestabilan : Untuk mencapai kestabilan maka inti harus memancarkan

(emisi) neutron atau memancarkan partikel beta

2) Di atas pita kestabilan dengan Z > 83, terjadi kelebihan neutron dan proton. Untuk

mencapai kestabilan maka inti memancarkan partikel alfa

3) Di bawah pita kestabilan : Untuk mencapai kestabilan maka inti memancarkan positron

atau menangkap elektron

Gambar . Pita kestabilan unsur berdasarkan nilai N/Z

Isotop tertentu bersifat tidak stabil sehingga inti atom unsure mudah terpecah dengan mengalami

peluruhan inti . Seringkali produk hasil peluruhan inti berifat tidak stabil sehingga akan

mengalami peluruhan inti lanjutan hingga dihasilkan isotop yang lebih stabil. Contohnya U-238

yang awalnya akan menghasilkan isotop Th-234 yang akan meluruh kembali menjadi isotop Pa

234 yang juga tidak stabil. Untuk kasus U-238 akan mengalami peluruhan sebanyak 14 kali

hingga dhasilkan isotop Pb

Latihan soal

1. Perkirakan masing-masing nuklida berikut ini, stabil atau radioaktif, dan jelaskan

alasannya: (a) ; (b)

.

A. PELURUHAN RADIOAKTIF

I. Jenis peluruhan

Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang elektromagnetik) secara

spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil dilakukan oleh inti agar terbentuk inti-inti yang

stabil . Inti yang memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang terjadi

disebut inti anak.

Berikut adalah jenis peluruhan yangmmungkin terjadi pada unsure radioaktif.

a. Peluruhan Alpha (α) Pertikel alpha terdiri atas dua buah proton dan dua buah netron yang

terikat menjadi suatu atom dengan inti yang sangat stabil, dengan notasi atom 42 He atau

42α

Notasi peluruhan partikel α adalah sebagai berikut,

contoh

86Rn222

84Po218

+ 2α4

b. Peluruhan Beta adalah merupakan radiasi partikel beta (elektron atau positron) dengan

kemampuan ionisasi lebih rendah dari partikel a. Radiasi beta dapat berupa pemancaran

sebuah elektron disebut peluruhan beta minus (ß- ), dan pemancaran positron disebut

sebagai peluruhan beta plus (ß+ ).

Notasi peluruhan partikel β adalah sebagai berikut

Contoh peluruhan partikel β

53I131

54Xe131

+ -1e0

Bila diperhatikan nomor massa tidak berubah yaitu tetap 131 namun nomor atomnya naik dari

53 menjadi 54

c. Peluruhan Gamma ( γ ) merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi

sangat tinggi sehingga memiliki daya tembus yang sangat kuat. Sinar gamma dihasilkan

oleh transisi energi inti atom dari suatu keadaan eksitasi ke keadaan dasar. Saat transisi

berlangsung terjadi radiasi energi tinggi (sekitar 4,4 MeV) dalam bentuk gelombang

elektromagnetik.

Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam

peluruhan sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru.

Contoh 27Co60 27Co

60 +

d. Peluruhan spontan

Peluruhan dengan pembelahan spontan hanya terjadi pada nuklida sangat besar.

Nuklida yang sangat besar membelah diri menjadi 2 nuklida yang massanya hampir sama

disertai pelepasan beberapa netron.

Contoh:

98Cr254

42Mp108

+ 56Ba142

+ 4 0n1

e. Pemancaran neutron

Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida yang memiliki kelebihan netron relatif terhadap

inti yang stabil.

Contoh:

36Kr87

36Kr86

+ 0n1

Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan proses pembentukannya di alam

Secara umum nuklida bersifat stabil namun karena fenomena alam dan factor kebutuhan

beberapa nuklida menglami proses peluruhan baik spontan maupun buatan.

Nuklida stabil secara alamiah tidak mengalami perubahan A maupun Z, misal: 1H1,

6C12

, 7N14

Radionuklida alam primer radionuklida yang terbentuk secara alamiah dan bersifat

radioaktif. Disebut primer karena waktu paruh panjang sehingga masih bisa ditemukan

sampai sekarang. Contoh: 92U238

dengan waktu paruh=4,5x109 th

Radionuklida alam sekunder radioaktif dan dapat ditemukan di alam. Waktu paruh

pendek, tidak dapat ditemukan di alam, tetapi dapat dibentuk secara kontinu oleh

radionuklida alam primer, misal 90Th234

dengan waktu paruh 24 hari.

Radionuklida alam terinduksi Misal 6C14

yang dibentuk karena interaksi sinar

kosmik dan nuklida 7N14

di atmosfir.

Radionuklida buatan merupakan radionuklida yang terbentuk tidak secara alamiah,

tetapi hasil sintesis.

II. Aturan Ganjil dan genap

Cara lain yang dapat digunakan untuk memprediksi apakah suatu unsure/isotop bersifat radioakti

atau tidak adalah dengan menggunakan aturan ganjil genap.

• Dari jumlah nuklida stabil di alam, jika dikelompokkan berdasarkan jumlah proton (Z)

dan jumlah netron (N) penyusunnya maka akan diperoleh data sbb:

• Data diatas menunjukkan urutan kestabilan relatif adalah Z genap, N genap > Z genap, N

ganjil> Z ganjil, N ganjil > Z ganjil, N ganjil.

• Inti yang stabil menghendaki jumlah proton dan netron genap

Contoh soal

1. Mengapa stabil, sedangkan

tidak stabil?

2. Gunakan data nuklida dan massa atom dari tabel periodic untuk memperkirakan moda

peluruhan dari (a) ; (b)

.

B. KINETIKA REAKSI INTI DAN WAKTU PARUH

I. Kinetika reaksi

Berbeda dengan reaksi kimia secara umum, reaksi pada inti mengikuti ketentuan sebagai berikut

, yaitu :

Kebolehjadian suatu nuklida untuk meluruh tidak tergantung lingkungan (suhu, tekanan,

keasaman, dll), tetapi bergantung pada jenis dan jumlah nuklida.

• Kecepatan peluruhan berbanding lurus dengan jumlah radionuklida, yang dinyatakan

dengan:

-dN/dt N;

dengan , N=jumlah radionuklida dan

t=waktu

• Perbandingan dapat diubah menjadi persamaan dengan memasukkan tetapan

perbandingan .

-dN/dt N

-dN/dt = N laju perluruhan=keaktifan(A)

A = -dN/dt A = N

dN/N = - dt (diintegralkan)

Nt=N0.e- t

• Jika N0 dan diketahui maka dapat dihitung radionuklida N pada tiap waktu t.

• Daftar tetapan peluruhan tidak ada, yang ada daftar waktu paruh nuklida sudah dikenal.

II. Waktu Paruh

Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan suatu unsure radioaktif untuk meluruh sebanyak

50% dari semula, waktu paruh ini khas untuk setiap unsure radioaktif. Contoh waktu paruh

beberapa unsure seperti pada tabel berikut.

Tabel. Waktu paruh beberapa unsure radioaktif

Jika t = t½, maka N = ½ N0

ln ½ N0/N0 = - t½

t½ = ln 2

t½ = 0,693 t½ = 0,693/

contoh soal :

• Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah peluruhan (disintegrasi) per satuan waktu.

• Satuan keaktifan suatu zat radioaktif adalah Curie (Ci), semula didasarkan pada laju

disintegrasi 1 gram radium, tetapi sekarang didefinisikan sebagai 3,7 x 1010

disintegrasi

S-1

.

• Satuan keaktifan dalam SI adalah becquerel (Bq) yang didefiniskan sebagai 1 disintegrasi

S-1

.

1 Bq = 1 disintegrasi/S

• Keaktifan jenis adalah keaktifan per gram cuplikan zat radioaktif.

• Satu rad adalah jumlah energi radiasi yang diserap 100 erg per gram bahan.

• Dalam SI satuan dosis adalah Gray (Gy) yang didefinisikan sebagai 1 JKg-1

.

1 Gy = 100 rad.

Contoh soal

Arsen-76 meluruh dengan memancarkan partikel β–. Jika 3,4x 10

–8mol

76As mengemisikan 1,53x

1011

partikel β–per detik, hitung aktivitas spesifiknya dalam (a) Ci/g; (b)Bq/g.

III. Penentuan Umur Material

Secara umum terdapat dua cara yang dapat digunakan untuk mengetahui usia suatu bahan atau

material yaitu :

1. Geokronologi: menggunakan isotop yang memiliki waktu paruh panjang untuk

menentukan umur mineral.

2. Penanggalan Karbon: menggunakan bentuk radioaktif karbon yaitu karbon-14 yang

dihasilkan di bagian atas permukaan atmosfer oleh sinar kosmik pada laju yang hampir

konstan, untuk mengetahui umur material yang pernah hidup di masa lampau. Karbon-14

akan segera bereaksi dengan oksigen di udara menghasilkan isotop karbondioksida.

Usia suatu fosil dapat ditentukan berdasarkan aktivitas isotop C-14 yang terkandung dalam fosil

( sebagai Nt ) dibandingkan dengan aktivitas C-14 yang terkandung dalam jasad masih hidup (

sebagai No )

Contoh soal

Suatu isotop setelah disimpan selama 60 hari ternyata masih tersisa = 12,5 %. Tentukanlah

waktu paruh isotop tersebut

jawab

t/t1/2 maka t ½ = 60/3 = 20 hari

Latihan soal

Natrium-24 (t½=15 jam) biasa digunakan untuk mempelajari sirkulasi darah. Jika pasien diinjeksi

dengan larutan 24

NaCl pelarut air, yang mempunyai kereaktifan 2,5 x 109 dis/detik, berapa

aktivitinya terdapat dalam badan pasien dan cairan ekskresi setelah 4,0 hari?

Waktu paruh penting untuk diketahui karena dapat digunakan untuk memprediksi apakah suatu

bahan radioaktif telah sampai pada batas yang aman atau tidak. Dlam hal ini suatu sampel yang

mengandung senyawa radioaktif dinyatakan aman apabila aktivitas radioaktivitasnya telah turun

sampai pada ambang batas pengamatan (telah meluruh lebih dari 10 kali).

Misalnya senyawa radioaktif I131

yang memiliki waktu paruh (t1/2) selam 8 hari artinya kadar

senyawa tersebut akan hilang dari dalam tubuh setelah menglami 10 kali waktu paruhnya yaitu

selama 80 hari.

C. REAKSI INTI

Reaksi Inti adalah proses perubahan yang terjadi dalam inti atom akibat tumbukan dengan

partikel lain atau berlangsung dengan sendirinya. Berbeda dengan reaksi kimia konvensional

yang melibatkan penyusunan unsur pembentuknya hingga membentuk ikatan kimia baru dalam

reaksi inti akan terbentuk unsure baru.

Berikut perbedaan utama antara reaksi kimia dengan reaksi inti

Reaksi kimia Reaksi inti

Melibatkan penyusunan ulang atom

pembentuk senyawa

Terbentuk unsure /elemen baru

Melibatkan elektron Bisa meibatkan electron,proton maupun

neutron

Reaksi melibatkan energy yang relative besar Melibatkan reaksi dengan energy masiv

Dipengaruhi factor suhu, tekanan,

konsentrasi maupun katalis

Tidak dipengaruhi factor luar seperti

suhu, tekanan, konsentrasi ataupun

katalis

Misalkan pada percobaan reaksi inti dalam sebuah laboratorium ditembakan seberkas partikel a

berenergi tinggi pada inti sasaran X. Setelah reaksi inti terjadi, terbentuk inti baru Y dan sebuah

partikel b.

Reaksi yang melibakan inti tetap mengikuti kaidah berikut yaitu :

Energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi

Energi reaktan = energi produk + energi reaksi

Energi reaksi = energi reaktan – energi produk

I. Reaksi Fisi

Neutron 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

Gambar. Ilustrasi reaksi fisi pada Uranium

Reaksi Fisi : reaksi pembelahan inti menghasilkan netron

QbYXa

Setiap reaksi pembelahan inti selalu dihasilkan energi sekitar 200 Mev.

Netron yang dihasilkan dapat digunakan untuk menembak inti lain sehingga terjadi

pembelahan inti secara berantai.

Energi yang dihasilkan pada pembelahan 235 gram 235

U ekivalen dengan energi yang

dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara.

Gambar. Contoh reaksi fisi

II. Reaksi Fusi

Reksi fusi adalah reaksi inti yang menghasilkan inti baru yang massanya lebih besar. Reaksi

ini memerlukan panas yang sangat besar

Reaksi penggabungan dua atau beberapa inti ringan menjadi satu inti yang lebih berat.

Reaksi fusi menghasilkan energi yang sangat besar.

Reaksi hanya mungkin terjadi pada suhu sangat tinggi, sekitar 100 juta derajat.

Pada suhu tersebut tidak terdapat atom melainkan plasma dari inti dan elektron.

Energi yang dihasilkan pada reaksi fusi sangat besar.

Energi yang dihasilkan cukup untuk menyebabkan terjadinya reaksi fusi berantai yang

dapat menimbulkan ledakan termonuklir.

Energi fusi dari 1 kg hidrogen setara dengan energi pembakaran 20 ribu ton batubara.

Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi:

Energi yang dihasilkan lebih tinggi

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.

Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi adalah nuklida-nuklida stabil

Gambar . Reaksi fusi pada matahari

Ketika beberapa atom bermassa kecil digabung, akan diperoleh sejumlah energi. Di dalam

Matahari terjadi penggabungan atom- atom hidrogen menjadi helium.

MeVHHeHeHe 86,12.3 1

1

4

2

3

2

3

2

MeVHeHH 49,5.2 3

2

1

1

2

1

MeVeHHH 42,0.1 1

0

2

1

1

1

1

1

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

Dalam reaktor dapat dibuat reaksi fusi antara dua isotop hidrogen, dengan dihasilkan energi.

Energi ini bisa digunakan sebagai bahan bakar masa depan, murah karena bahan dasarnya bisa

diperoleh dari lautan yang bisa dianggap tak usah dibeli.

III. Pemanfaatan Radioisotop

Secara garis besar , radioisotope digunakan untuk dua keperluan yaitu

1. sebagai senyawa perunut yaitu untuk keperluan identifikasi

glukosa berlabel oksigen berabel

Gambar Penggunaan radioisotop sebagai perunut

Gambar Pemindaian otak dengan bahan berlabel 123

I

2. Sebagai senyawa sumber radiasi

Dalam hal ini senyawa radioaktif digunakan untuk berbagai keperluan seperti halnya sinar

gamma untuk pengobatan kanker