KERADIOAKTIFAN

BAHAN AJAR KIMIA KELAS XII IPAMA DARUL ULUM MUHAMMADIYAH GALUR

TAHUN PELAJARAN 2013/2014

SUKIR,SPD,MPKIM,MSC

RUANG LINGKUP MATERIPengertian zat radioaktifPenemuan sinar radioaktifSifat sinar radioaktifPersamaan reaksi intiHubungan kuantitatif peluruhan

radioaktifKegunaan unsur radioaktifBahaya sinar radioaktif

PENGERTIAN RADIOAKTIFRadioaktif : berhubungan dengan

pemancaran partikel dari sebuah inti atom.

Inti Radioaktif : Unsur inti atom yg mempunyai sifat memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma.

Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat radioaktif.

Penemuan Gejala Keradioaktifan

Henri Becquerel (1852-1908)Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C. Röntgen sekitar tahun 1885 Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh

sinar matahariH becquerel membungkus suatu pelat fotografi

(pelat film) dengan kain hitam.Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium

uranil sulfat), material yang bersifat fosforensisRencananya 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 yang memancarkan radiasi (dan sifatnya berbeda dengan sinar –X) yang dapat menembus kain pembungkusnya dan mempengaruhi pelat film.

Penemuan Zat Radioaktif lain; Polonium (Po) dan Radium (Ra)

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

Pierre dan Marie kemudian fokus untuk meneliti unsur baru radioaktif;

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)

Taken from: http://www.wired.com/thisdayintech/tag/marie-curie/

Konsep Radioaktivitas1. Inti Atom>>

Proton (Rutherford 1919)Neutron (James Chadwick, 1932)

Aktivitas radiasi/radioaktivitas merupakan aktivitas proton dan neutron

Jika ∑ Proton = ∑ Neutron maka Inti Stabil ∑ Proton > ∑ Neutron maka Inti tidak

stabil Inti atom yang tidak stabil akan melakukan

aktivitas radiasi (melakukan peluruhan) sampai mencapai keadaan stabil

Bagaimana Radioaktif TerjadiKonsep>>> 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

So that>>>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.

Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel

yang saling berdekatan saja

Gambar :Gaya elektroststis terjadi pada partikel yang berdekatan

dan berjauhan

Suatu zat (unsur) akan menjadi radioaktif jika memimiliki inti atom yang tidak stabil. Suatu inti

atom berada dalam keadaan tidak stabil jika jumlah proton jauh lebih besar dari jumlah

netron. Pada keadaan inilah gaya elektrostatis jauh lebih besar dari gaya inti sehingga ikatan

atom-atom menjadi lemah dan inti berada dalam keadaan tidak stabil.

Tipe Radiasi yang Dipancarkan

Unsur radioaktif alam dan buatan menunjukkan aktivitas radiasi yang sama yaitu radiasi partikel-α, partikel-ß, dan partikel-γ

Taken from: http://www.vae.lt/en/pages/about_radioactive_waste

Sifat-Sifat partikel-α, partikel-ß, dan partikel-γ

a) Sinar alfa ( α )

Sinar alfa merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4, bermuatan +2 dan bermassa 4 sma. Partikel alfa adalah partikel terberat yang dihasilkan oleh zat radioaktif. Karena memiliki massa yang besar, daya tembus sinar alfa paling lemah diantara diantara sinar-sinar radioaktif. Notasi 4

2α atau 42He.

b) Sinar beta (ß)

Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Sinar beta merupakan berkas elektron yang berasal dari inti atom. Sinar beta paling energetik dapat menempuh sampai 300 cm dalam uadara kering dan dapat menembus kulit. Karena sangat kecil, partikel beta dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi 0

-1e atau 0-1ß

c) Sinar gamma (γ )

Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetek berenergi tinggi, tidak bermuatan dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan dengan notasi 0

0 γ . Sinar gamma mempunyai daya tembus.

Nuklida dan Penggolongannya

Nuklida Sebuah nuklida adalah satu jenis tertentu nukleus atom, atau lebih umum sebuah aglomerasi proton dan neutron

Contoh: 6C12, 7N14, 6O18

Rumus umum: dengan,◦ Z = nomor atom = ∑ proton dalam nuklida X◦ A = nomor massa = ∑ proton + ∑ Neutron dalam nuklida

X ◦ N = ∑ neutron dalam inti = A-Z

Berdasarkan kesamaan dalam nilai A, Z, dan N, nuklida-nuklida digolongkan menjadi 4 tipe.

ANZX

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, 2He4

Isomer inti nuklida dengan A dan Z sama tetapi berbeda dalam tingkat energinya◦ Contoh: Co60m, Co60

5 Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan proses pembentukannya di alam

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 radiaktif 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.

Kestabilan dan Peluruhan Inti AtomKestabilan Inti Atom

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, Z < 20 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 < 20 Untuk mencapai kestabilan : Inti memancarkan positron atau menangkap elektron

Stabil jika harga N/Z = 1Jika N>Z berada di atas pita,Jika N<Z berada di bawah pita

Contoh

<

Peluruhan Radioaktif

Contoh :

Peluruhan Radioaktif

Peluruhan Radioaktif

0-1e

Contoh :

<

>

atas

Contoh :

Reaksi FisiReaksi Fisi : reaksi pembelahan inti

menghasilkan netronSetiap 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 235U ekivalen dengan energi yang dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara.

Awan cendawan pengeboman Nagasaki, Jepang, 1945, menjulang sampai 18 km di atas hiposentrum.

Reaksi Fisi

Reaksi berantai

Reaksi FusiReaksi 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.

Bentuk bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan

Nagasaki

Reaksi FusiEnergi 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◦ Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi

adalah nuklida-nuklida stabil.

Laju peluruhan dan waktu paruh

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 (orde satu), yang dinyatakan dengan:-dN/dt N; dengan N=jumlah radionuklida, t=waktu

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

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

Jika t = t½, maka N = ½ N0

ln ½ N0/N0 = - t½

t½ = ln 2

t½ = 0,693 t½ = 0,693/

Waktu paruh dari Au-198 adalah 3 hari, tentukan tetapan peluruhnya?

Jawab ; λ = = 0,231

Contoh soal:Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-

mula di simpan beratnya adalah 40 gram, maka setelah disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak ....gr

Jawab:Nt/N0 = (1/2)T/t1/2

Nt/40 = (1/2)15/5

Nt = 1/8 x 40

Nt = 5 gram

Jadi berkurang sebanyak 35 gram

Contoh soalSuatu radioisotop X meluruh

sebanyak 87,5% setelah disimpan selama 30 hari. Waktu paro radioisotop X adalah?

Jawab;Nt = 100-87,5 = 12,5%12,5/100 = (½) 30/x

1/8 = (1/2) 30/x

t1/2= 10 hari

LATIHAN

1. Sebanyak 75% dari unsur radioaktif meluruh dalam 10 hari, berapa waktu paruh unsur tersebut?

2. Waktu paruh unsur Na-24 adalah 15 jam, jika suatu sampel tersebut disimpan selama 45 jam, berapa persen Na-24 yang masih tersisa?

3. Setarakan reaksi inti berikut :

4Be + α → 0n + .... X

13Al + 1p → α + .... Y

9

27

1

1

Aplikasi Reaksi Inti dan KeradioaktifanRadioaktif Sebagai Perunut

• Bidang kedokteran ; diagnosa• Bidang industri ; pelumas/oli • Hidrologi ; kecepatan arus,kebocoran

pipa• Biologis ; mekanisme fotosintesis

• Radioisotop sebagai sumber Radiasi• Bidang Kedokteran ; sterilisasi, terapi

tumor/kanker• Pertanian ; teknik jantan mandul,

pemuliaan tanaman, penyimpanan makanan

• Bidang industri ; pemeriksaan tanpa merusak, mengontrol ketebalan bahan, pengawetan makanan

Aplikasi Radioisotop

No

Radioisotop Bidang Kegunaan

1 I-131Kedokteran

Pemeriksaan fungsi ginjal dan

kelenjar gondok/tiroid

2 I-131 Industri Kebocoran pipa

3 Co- 60Kedokteran Radioterapi  kanker/ tumor

4 Co-60 Industri Uji keretaan beton

5 Co-60Pertanian,biologi Mengawetkan makanan

6 C-14 Arkeologi

Menentukan umur benda purbakala , fosil

7 C-14 Biologi

Mempelajari mekanisme reaksi

fotosintesis

8 Xe-133 Industri Kebocoran pipa

9 Xe-133Kedokteran Mendeteksi penyakit paru-paru

10 Ar-41 Industri Kebocoran pipa

11 Na-24 Hidrologi Mengukur debit air

12 Na-24Kedokteran

Mendeteksi  gangguan aliran darah

13 P-32 Pertanian Uji efisiensi pemupukan

14 P-32Kedokteran

Mendeteksi penyakit mata,tumor dan hati

15 Cs-137 Industri Kalibrasi alat-alat industri

16 Cs-137Pertanian,biologi Mengawetkan makanan

17 Cr-51Kedokteran Mempelajari sirkulasi darah

18 Cr-51Industri ,Hidrologi

Mempelajari aliran sedimentasi, dan laju pengendapan

19 Zn-65 Industri

Uji homogenitas campuran pada proses industri

20 Te-99Kedokteran

perunut diantaranya : tiroid, hati, tulang, sel darah ,jantung

21 Tl- 201Kedokteran Mendeteksi kerusakan jantung

22 Fe-59Kedokteran

Mempelajari pembentukan sel darah merah

23 Sr-85Kedokteran Mendeteksi Jantung

24 Se-75Kedokteran Mendeteksi penyakit pankreas

25 O-18 KimiaMempelajari mekanisme reaksi pengESTERan

LATIHAN SOAL