Web viewSTRUKTUR INTI DAN KERADIOAKTIFAN. Partikel Dasar Penyusun Atom. Setelah Dalton, para...

STRUKTUR INTI DAN KERADIOAKTIFAN

Partikel Dasar Penyusun Atom

Setelah Dalton, para kimiawan

menemukan bahwa atom terdiri dari proton,

netron dan electron. Selanjutnya, proton, netron

dan electron dinamakan partikel dasar atom.

Untuk lebih memahami partikel dasar atom akan

dibahas tentang masing – masing partikel dasar

tersebut dan cirinya berdasarkan hasil percobaan

para penemunya.

a. Elektron

pada tahun 1897 Thompson menemukan

electron. Thompson melakukan percobaan

dengan menggunakan tabung kaca dengan

bertekanan udara sangat rendah. Pada kedua

ujung tabung tersebut dipasang pelat logam yang

berfungsi sebagai electrode. Kedua electrode

tersebut dihubungkan dengan sumber arus listrik

bertegangan tinggi. Elektrode yang dihubungkan

dengan kutub positif disebut anode, sedangkan

electrode yang dihubungkan dengan kutub

negative disebut katode. Tabung seperti itu

disebut tabung sinar katode (Parning;2003).

Percobaan itu dilakukan sebagai berikut,

dengan menggunakan pompa vakum, tekanan

udar dalam dalam tabung dapat diatur. Jika

tekanan udara dalam tabung dibuat cukup

rendah, maka gas dalam tabung akan berpendar.

Selanjutnya, jika tekanan gas dalam tabung

dibuat semakin kecil, maka akhirnya tabung

menjadi gelap. Akan tetapi, bagian tabung di

depan katode berpendar dengan warna hijau.

Perpendaran ini bersumber dari radiasi katode

menuju anode yang membentur gelas sehingga

gelas berpendar. Sinar itu disebut sinar katode

karena berasal dari katode. Selanjutnya, kita

ketahui bahwa sinar katode merupakan radiasi

partikel yang bermuatan negatif (Parning;2003).

Berdasarkan hasil percobaan itu,

Thompson mengungkapkan sifat – sifat sinar

katode berikut :

1. Dipancarkan oleh katode dalam sebuah

tabung hampa jika dilewatkan arus

listrik bertegangan tinggi.

2. Merambat dalam garis lurus menuju

anode.

3. Jika membentur gelas, maka gelas

berpendar (berfluoroesensi). Dengan

adanya fluoroesensi ini, kita dapat

mengetahui adanya sinar katode karena

sinar katode tidak terlihat oleh mata.

4. Dapat dibelokkan oleh medan listrik dan

medan magnet ke kutub positif . Oleh

karena itu, sinar katode bermuatan

negative.

5. Sinar ini tidak tergantung pada bahan

elektrodenya. Hal itu berarti, setiap

electrode dapat memancarkan sinar

katode. Jadi setiap materi mengandung

partikel yang sepeeti sinar katode

(Parning;2003).

Dari kelima sifat – sifat sinar katode ini,

dapat kita simpulkan bahwa sinar katode adalah

partikel dasar atom yang ada pada setiap

atom.Partikel itu selanjutnya kita sebut electron

(Parning;2003).

1

Selanjutnya, Thomson melakukan percobaan

untuk menentukan harga perbandingan muatan

electron dengan massanya. Dari hasil

percobaannya diperoleh harga e/m dengan tepat,

yaitu sebesar 1,76 x 108 Coulomb/gram. Nilai –

nilai itu merupakan hasil pengukuran pengaruh

medan magnet listrik dan magnet terhadap

pembelokan sinar katode serta pengukuran jari –

jari kelengkungan dari pembelokan itu

(Parning;2003).

Pada tahun 1909, Robert Milikan melakukan

percobaan dengan tetes minyak untuk

menentukan muatan 1 elektron. Pada percobaan

itu, setetes minyak dapat menangkap satu, dua,

tiga atau lebih electron. Milikan menemukan

muatan tetes minyak yang besarnya 1 x 1,6 x 10-

19 C, 2 x 1,6 x 10-19C, 3 x 1,6 x 10-19 C, dan

seterusnya. Dari sini Milikan memenyimpulkan

bahwa muatan 1 elektron adalah 1,6 x 10-19 C

diberi tanda -1 (Parning;2003).

Berdasarkan percobaan Thomson dan

Milikan, massa electron dapat dihitung sebagai

berikut :

1. Dari percobaan Thomson q/m = e/m =

1,76 x 108 Coulomb/gram

2. Dari percobaan Milikan e = 1,6 x 10-19

Coulomb

3. Oleh karena itu, massa electron = 9,11 x

10-28 gram (Parning ; 2003)

B. Proton

Pada tahun 1886, Eugene Goldstein

menemukan proton. Goldstein melakukan

percobaan dengan menggunakan tabung sinar

katode (rabung Crookes). Anode (kutub positif)

dan katode (kutub negative) dari tabung tersebut

dihubunkan dengan sumber arus listrik

bertegangan tinggi. Dari percobaan tersebut

diperoleh fakta – fakta sebagai berikut. Jika

katode tidak diberi lubang, maka ruang di

belakang katode menjadi gelap. Akan tetapi, jika

katode tidak diberi lubang dan diisi dengan gas

hydrogen yang bertekanan rendah, maka gas di

belakang katode berpendar (berfluoroesensi).

Hal itu disebabkan adanya radiasi sinar yang

berasal dari anode dan memijarkan gas tersebut.

Sinar itu disebut sinar anode atau sinar kanal

(Parning;2003).

Sifat – sifat sinar anode adalah sebagai berikut :

1. merupakan radiasi partikel yang disebut

dengan proton.

2. dalam medan listrik atau magnet, dapat

dibelokkan ke kutub negative. Berarti

sinar anode ini bermuatan positif.

3. perbandingan muatan dan massanya

(e/m) bergantung pada gas yang diisikan

pada tabung. Perbandingan e/m terbesar

terjadi jika gas yang diisikannya adalah

gas hydrogen (Parning ; 2003)

selanjutnya, melalui percobaan diperoleh

hasil bahwa massa 1 proton adalah 1,6726 x 10 -

24 gram (1 sma) dan muatan 1 proton adalah

1,6022 x 10-19 coulomb dan diberi tanda muatan

+1 (Parning;2003).

C. Netron

Dari percobaan-percobaan yang

dilakukan Rutherford pada tahun 1911, ternyata

2

massa inti atom unsur selalu lebih besar

daripada massa proton dalam inti atom. Hal itu

memberi keyakinan bagi para ahli, bahwa selain

proton dalam inti atom harus ada partikel lain.

Partikel ini pasti tidak bermuatan, karena kita

tahu bahwa menurut model atom Rutherford,

inti atom itu bermuatan positif (Parning;2003).

Pada tahun 1930, W.Bothe dan H.Becker

menembaki inti atom berilium dengan partikel

alfa dan dihasilkan suatu radiasi partikel yang

mempunyai daya tembus tinggi. Selanjutnya,

pada tahun 1932 James Chadwick melakukan

percobaan yang sama dan berdasarkan

percobaan tersebut dapat dibuktikan bahwa

radiasi tersebut merupakan partikel netral (tidak

bermuatan) yang massanya hampir sama dengan

massa proton. Selanjutnya, partikel ini disebut

neutron dan merupakan partikel penyusun inti

atom (Parning :2003).

Sifat – sifat sinar netron adalah sebagai berikut :

1. merupakan radiasi partikel yang disebut

dengan netron

2. dalam medan listrik atau magnet tidak

dibelokkan ke kutub positif atau

negative. Berarti sinar netron tidak

bermuatan

3. massa sinar neutron hampir sama

dengan massa sinar anode (proton) yaitu

1,6728 x 10-24 gram atau 1 sma.

D. Positron

Pada tahun 1932 Anderson menemukan

partikel penyusun atom yang memiliki massa

sebesar massa electron tetapi bermuatan listrik

positif. Partikel penyusun atom yang ditemukan

oleh Anderson ini disebut positron. Hasil

penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa

setiap positron memiliki massa sebesar 0,000549

sma atau mendekati harga 0,00 sma dan untuk

seterusnya positron disimbolkan sebagai +eo

(Retug;2005).

E. Neutrino atau Antineutrino

Neutrino adalah suatu partikel penyusun

atom yang ikut radiasi menyertai radiasi partikel

positron, sedangkan yang menyertai radiasi

partikel electron disebut antineutrino.

Keberadaan partikel neutrino atau anti neutrino

telah diperkirakan sejak tahun 1930 oleh Pauli

dan diperkuat oleh Fermi pada tahun 1934, dan

baru tahun 1956 kebenaran dugaan adanya

neutrino dan antineutrino dapat dibuktikan

melalui serangkaian percobaan. Data hasil

pecobaan menunjukkan bahwa partikel neutrino

atau antineutrino bermassa kurang dari 2 x 10-7

smaatau mendekati harga 0,00 sma, berspin 0,5

dan tidak bermuatan listrik (Retug;2005)

F. Muon

Pada tahun 1935 Yukawa

mempostulatkan bahwa di dalam sebuah atom

terdapat partikel – partikel yang mempunyai

massa besarnya ada di antara massa electron dan

proton. Pada tahun 1937 Anderson menemukan

suatu partikel penyusun atom dalam bentuk sinar

– sinar kosmik yang bermassa sekitar 207 kali

massa satu electron atau mendekati nilai sebesar

0,1134 sma untuk selanjutnya disebut Muon.

3

Muon – muon itu ada yang bermuatan listrik

positif dan ada pula yang bermuatan listrik

negatif (Retug;2005).

G. Pion

Pada tahun 1947 Powell menemukan

partikel penyusun atom yang dinamakan pion.

Pion adalah seperti Muon yaitu merupakan

partikel –partikel yang berwujud sinar kosmik,

yang memiliki massa sekitar 273 kali massa satu

electron atau mendekati nilai sebesar 0,1498 sma

untuk pion yang bermuatan listrik dan 0,1449

sma untuk pion yang bermuatan listrik netral,

semua jenis pion tidak berspin.

2.2 Struktur Atom dan Inti Atom

Penggambaran struktur atau susunan

komponen atom dalam sebuah atom didasarkan

pada model atom yang terakhir diyakini

kebenarannya yakni model atom mekanika

gelombang. Perumusan model atom ini

didasarkan pada pernyataan Planck dan Einstein

bahwa sinar itu dapat bersifat materi dan

pendapat Louis de Broglie yang menyatakan

bahwa setiap partikel yang bergerak selalu

bersifat sebagai gelombang yang memiliki

panjang gelombang sebesar L = h/mv, yang

mana L sama dengan panjang gelombang, h =

tetapan Planck, m = massa yang bergerak dan v

= kecepatan partikel itu (Retug:2005).

Model atom mekanika gelombang

merupakan model atom hasil penyempurnaan

dari model atom yang dikemukakan oleh Niels

Bohr. Dalam model atom mekanika gelombang

dijelaskan bahwa bangun suatu atom itu

diasumsikan seperti bola yang sebagian besar

volume ruangan bola tersebut relatif kosong dan

disinilah kemungkinan terbesar electron –

electron berada. Sebagian kecil dari ruangan

berbentuk bola yang berada di pusat bola

ditempati oleh hampir semua partikel – partikel

penyusun atom yang kemudian disebut inti atom

(Retug;2005).

Inti atom terdiri dari proton dan neutron.

Banyaknya proton dalam inti atom disebut

nomor atom, dan menentukan berupa elemen

apakah atom itu.Ukuran inti atom jauh lebih

kecil dari ukuran atom itu sendiri, dan hampir

sebagian besar tersusun dari proton dan neutron,

hampir sama sekali tidak ada sumbangan dari

electron (Triatmojo :2006).

Jumlah netron dalam inti atom

menentukan isotop elemen tersebut. Jumlah

proton dan netron dalam inti atom saling

berhubungan; biasanya dalam jumlah yang

sama, dalam nukleus besar ada beberapa netron

lebih. Kedua jumlah tersebut menentukan jenis

nukleus. Proton dan netron memiliki masa yang

hampir sama, dan jumlah dari kedua masa

tersebut disebut nomor masa, dan beratnya

hampir sama dengan masa atom ( tiap isotop

memiliki masa yang unik ). Masa dari elektron

sangat kecil dan tidak menyumbang banyak

kepada masa atom (Triatmojo ; 2006).

Inti Atom Berdasarkan Eksperimen Rutherford

Setelah melakukan eksperimen,

Rutherford menyimpulkan bahwa benda pejal itu

merupakan inti atom. Hal ini berarti bahwa atom

4

terdiri dari inti atom dan ruang kosong. Di luar

inti atom terdapat electron yang bermuatan

negative dan jumlahnya sama dengan muatan

pada inti atom. Elektron beredar mengelilingi

inti atom pada jarak yang relatif jauh dari inti

atom. Lintasan electron tersebut dinamakan kulit

atom. Jarak inti atom ke kulit electron disebut

jari – jari atom. Informasi saat ini berdasarkan

penelitian dengan menggunakan sinar-X,

menyatakan bahwa diameter suatu atom adalah

10-10 m atau 1/50.000 kali diameter atom

(Parning;2003)

2.3 Penyusun dan Susunan nukleon dalam

Nuklida

Dalam suatu nuklida tersusun atas

nukleon-nukleon, dimana nukleon tersebut

merupakan partikel-partikel penyusun inti

atom/nukleus, sedangkan nuklida itu sendiri

adalah isotop atom. Nukleon mengandung dua

jenis partikel dasar yaitu proton (bermuatan

positif) dan neutron (tidak bermuatan). (Retug,

2005).

Suatu inti atom yang mempunyai jumlah

nukleon tertentu disebut nuklida, yaitu atom

tanpa elektron pada kulit-kulitnya. Suatu nuklida

dapat dinyatakan dengan lambang unsur yang

dilengkapi nomor massa (jumlah nukleon),

sedangkan nomor atom boleh ditulis atau tidak

karena dapat dilihat pada sistem periodik.

Sebagai contoh nuklida sebagai berikut : 20Ca40,

80Hg200 . Partikel penyusun nuklida kecuali

elektron-elektron berada di nukleus. Diantara

partikel-partikel penyusun nukleus yang sudah

diketahui proton dan netronlah yang merupakan

partikel yang bermassa besar sehingga

jumlahnya sangat menentukan besar kecilnya

massa nuklida. Jumlah proton dalam sebuah

nuklida selalu sama dengan jumlah elektron,

akan tetapi jumlah netron dapat sama atau

sedikit lebih besar daripada jumlah protonnya.

Susunan nukleon dan nuklida dibagi

menjadi 4 yaitu, isotop adalah kelompok

nuklida dengan Z (nomor atom) sama tetapi

memiliki N (jumlah neutron) yang berbeda.

Contoh : 1H1 dengan 2H1. Isobar adalah

kelompok nuklida denga A (nomor massa) sama

tetapi memiliki nomor atom yang berbeda.

Contoh : 12C6 dengan 12 C 7. Isoton adalah

kelompok nuklida dengan N (jumlah netron)

sama, tetapi memiliki jumlah proton bebeda.

Contoh : 31P15 dan 32S16. Isomer inti atau nuklir

adalah kelompok nuklida dengan Z (nomor

atom), A (nomor massa), dan N (jumlah netron),

tetapi berbeda dalam tingkat energinya.

(Parning, 2003)

Berdasarkan peta kestabilan dalam

proses pembentukannya di alam, nuklida dapat

dikelompokkan menjadi lima kelompok yaitu

sebagai berikut :

1. Nuklida stabil adalah nuklida yang

secara alamiah tidak mengalami

perubahan A (nomor massa) maupun Z

(nomor atom) atau tidak mengalami

peluruhan.

2. Radionuklida alam primer adalah

nuklida yang terbentuk secara alamiah

dan bersifat radioaktif.

5

3. Radionuklida alam sekunder adalah

nuklida radioaktif yang secar alamiah

merupakan hasil peluruhan radionuklida

alam primer.

4. Radionuklida alam terinduksi adalah

nuklida radioaktif yang terbentuk secar

kontinu dari hasil interaksi sinar kosmik

dengan 14N di atmosfer.

Radionuklida buatan adalah nuklida yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi transmutasi inti yang dilakukan di laboratorium. (Simmamora, 2004).

2.4 Energi Binding, Gaya dalam nuklida,

Stabilitas dan model inti

Dalam suatu inti atom terdapat banyak

nukeon yang memiliki sifat-sifat yang khas,

sehingga adanya perbedaan komposisi atau

penyusun suatu nuklida.

Energi Binding

Energi binding adalah energi ikat atom

yang dibutuhkan untuk membongkar sebuah

atom ke elektron bebas dan sebuah inti atom.

Massa total (Mtot) nukleon-nukleon yang

membentuk sebuah inti atom atau nukleus tidak

sama dengan besarnya massa terukur (Mter)

nukleon pembentuk inti dan massa terukur

(Mter) dari nucleus disebut massa lebih (MI)

atau massa binding (Mb) yang menggambarkan

bahwasemua massa sebanding dengan energy

binding semu (Ebs) antar nukleon penyusun

nuklida. Hubungan antara energy binding, massa

binding, massa binding, massa total, dan massa

terukur dinyatakan dengan persamaan sebagai

berikut :

Mb = Mtot – Mter

Eb ~ Mb

Hubungan antara massa dan energy dapat

dinyatakan dengan persamaan : E = mc2, dimana

m (massa), c (kecepatan gerak cahaya)= 2,99 x

1010 cm/dt. 1 sma = 1,66 x 10 -24 gram dan 1 eV =

1,6 x 10-19 joule. Maka dengan menggunakan

persamaan tersebut diperoleh bahwa harga

massa 1 sma equivalen dengan energi sebesar

931 MeV. Besarnya energi binding atau

pengikat untuk setiap nukleon dapat dihitung

dengan cara :

Massa 2 netron = 2 x 1,00867 sma = 2,01734

sma

Massa 2 netron = 2 x 1,00782 sma = 2,01564

sma

Jumlah massa pembangun (Mtot) inti He = 4

nukleor = 4,03298 sma

Jumlah massa terukur (Mter) inti He = 4

nukleor = 4,03260 sma

Massa Binding (Mb) = Mtot – Mter =

0,03038 sma.

Selisih massa sebesar 0,03038 sma

equivalen dengan energi binding semu (Ebs)

sebesar 0,03038 sma x 931 MeV/sma = 28,2960

MeV. Untuk dapat mengikat setiap nukleon

diperlukan energi binding senu (Ebs) atau energi

pengikat rata-rata pernukleon sebesar = 28,2960

MeV/4 nukleon = 7,07 MeV/nukleon.

Pengkajian energi binding semu (Ebs)

mengemukakan asumsi bahwa : seluruh ruang

nuklida berisi penuh dengan netron dan proton

sehingga volume nukleus equivalen dengan

nomor massanya yang disebut dengan energi

6

volume ; Energi binding yang bekerja di

permukaan sama besar dengan yang bekerja

dibawah permukaan atau bagian dalam dari

suatu nukleus ; Tidak adanya pengaruh energi

coloumb yang ditimbulkan oleh nukleon yang

bermuatan listrik, proton = elektron ; Telah

terjadi distribusi nukleon yang bermuatan dan

tidak bermuatan listrik secar merata di seluruh

bagian nuklida; Besar kecilnya energi binding

atau pengikat dipengaruh oleh ganjil genapnya

bilangan yang menyatakan jumlah proton dan

netron. Kajian lain juga ditemukan bahwa :

Keberadaan energi volume nukleus

Keberadaan energi permukaan nukleus

Pengaruh energi coloumb oleh nukleon bermuatan

Distribusi muatan dalam nuklida

Pasangan energi proton dan netron.

Adapun persamaan energi binding yang

disempurnakan oleh W.D Myers dan W.J

Swiatechi yaitu sebagai berikut :

Eb = C1A [ 1-k((N-Z)/A)2] – C2A2/3 [ 1-

k((N-Z)/A)2 ] – C3Z2A-1/3 + C4Z2A-1 + d

Dimana :

C1 = koefisien koreksi terhadap adanya pengaruh

energi volume = 15,677 MeV


energi permukaan = 18,560 MeV


energi coulomb = 0,717 MeV

C4 = koefisien koreksi terhadap pengaruh

distribusi muatan = 1,211 MeV

K = tetapan = 1,79 ; N = jumlah proton ; A=

nomor massa

D = pengaruh pembentukan pasangan jumlah Z

dan N, bila genap-genap = 11/ (A1/2 ) ; ganjil-

ganjil = -11/ (A1/2 ) ; dan genap- ganjil atau

ganjil-genap = 0

Koreksi untuk energi volume nukleus

terjadi bila ada perbedaan antara jumlah netron

dan protonnya yang menyebabkan

ketidaksimetrisan sehingga energi volume

nukleus menjadi berkurang. Perbedaan antara

jumlah netron dan proton juga dapat

menurunkan pengaruh kerapatan massa nukleon

di permukaan sebesar ((N-Z)A)2, lebih lanjut

akan menambah energi binding nukleon secara

keseluruhan dalam nukleus .Besarnya energi

binding juga dipengaruhi oleh pembentukan

pasangan antara proton Z dan netron N.

Pasangan Z-N ganjil-ganjil akan mengurangi

energi binding.

Energi binding dari semua nukleus dapat

dinyatakan sebagai fungsi dari volume atau

nomor massa (A) dan jumlah muatan (Z) dalam

tinjauan tiga dimensi. Atas dasar keterangan

tersebut maka persamaan 1 dapat diubah

menjadi ke bentuk persamaan baru berikut :

Eb = (Z)(MH) + (A-Z)(MN)-

M

ter....................................................................pers

amaan 3

Dengan MH adalah energi massa proton

= 938,79 MeV, Mter = energi massa terukur. Bila

data Energi massa proton dan neutron

dimasukkan ke dalam persamaan 3 akan

membentuk persamaan baru sebagai berikut:

7

Eb = 939,57 MeV + 938,790 MeV – Mter

Maka:

Mter = 939,57 MeV + 938,790 MeV –

Eb............................(Persamaan 4)

Eb= C1A1-k1-2Z/A2-C2A231-k1-2Z/A2-C3Z2A-

13+ C4Z2A-1+d

Sudah diketahui bahwa N = A – Z. Data ini

digunakan untuk mengganti N yang ada dalam

persamaan (2) dimana hasilnya adalah sebagai

berikut:

Persamaan (6) merupakan persamaan massa

parabola, yang mana diketahui bahwa :

f1(A) = 0,717 A-1/3 + 111,036 A-1 – 132,89 A-4/3;

f2(A) = 132,89 A-1/3 – 113,029 ;

f3(A) = 951,958 A – 14,66 A2/3 ;

dimana f1(A) ; f2(A) ; f3(A) merupakan koefisien yang

harganya tergantung pada A.

Dari persamaan di atas diperoleh harga

untuk nomor massa atau volume massa (A) yang

sama bagi isotop nuklida yang ada dalam satu

garis parabola. Puncak kurva parabola

memberikan harga A minimum dan energi

binding yang maksimum.

Untuk mendapatkan petunjuk tentang

jumlah muatan nuklda (Z) dari suatu nuklida

yang bernomor massa (A) dapat diketahui

dengan menggunakan persamaan berikut.

ZA

= ...........................................................................

...........persamaan 8

yang mana ZA adalah nomor muatan suatu

nuklida dengan massa yang minimum dan energi

binding yang maksimum yang ada dalam suatu

isobar. Persamaan di atas dapat diperoleh

bahwa : nuklida yang nomor massanya (A) =

157 mempunyai ZA = 62,69; dan bila (A) = 156

maka harga ZA = 64,33. Massa permukaan

sesuai dengan persamaan sesuai dengan

persamaan parabola tersebut sering digunakan

untuk mengetahui alur proses peluruhan partikel

beta yang dilakukan oleh nuklida dalam satu

isobar. Peluruhan akan berakhir setelah

diperoleh nuklida yang bermassa minimum

sebaliknya berenergi binding maksimum, yaitu

sebuah nuklida yang paling stabil dalam satu

isobarnya.

1. Gaya dalam Nuklida

Pada tahun 1935 Yukawa menyampaikan

pendapatnya bahwa gaya-gaya pengikat nukleon

penyusun nuklida sebenarnya merupakan bentuk

radiasi partikel-partikel yang diserap oleh

nukleon-nukleon. Partikel-partikel yang itu

belum ditemukan tetapi mdiperkirakan memiliki

massa sekitar 200x massa satu elektron, berspin

0 atau 1. Kajian teori tentang radiasi partikel

sebagai gaya-gaya pengikat nukleon seterusnya

disebut teori messon atau muon.

Berdasarkan teori mesonnya Yukawa

dilakukan pengkajian lebih lanjut baik secara

laboratoris dan teoritis, padea tahun 1937

ditemukan muon-moun yang bermassa 207x

masa satu elektron yang berupa sinar-sinar

kosmik. Pada tahun 1947 ditemukan partikel

8

yang massanya 270x massa satu elektron yang

memiliki ciri-ciri sebagaimana diterangkan

dalam teori mesonnya Yukawa dan partikel ini

lebih dikenal sebagai pion.

2. Stabilitas Nuklida

Definisi tentang nuklida yang stabil

didasarkan pada besar kecilnya massa binding

(Mb) yang setara dengan energi binding (Eb).

Besarnya energi binding real untuk sertiap

nukleon penyusun nukleus dari suatu nuklida

selalu konstan yaitu antara 6 Me V sampai 9 Me

V. Nuklida yang energi binding real untuk setiap

nukeonnya kurang dari 6 Me V bersifat tidak

stabil dan radioaktif. Harga energi binding

maksimum terdapat pada nnuklida besi isotop 56

atau 26Fe56 dan nikel isotop 55 atau 28Ni58,

sehingga besi dan nikel merupakan nuklida yang

paling stabil. Berdasarkan energi binding yang

besar, maka nuklida ini yang memiliki tingkat

kestabilan tinggi dan biasa terdapat dalam kerak

bumi dan meteroid.

Bila jumlah proton sama besar dengan

jumlah netronnya maka energi binding yang real

akan menjadi besar. Hal ini terjadi karena tanpa

adanya koreksi pada energi volume dan

permukaan nukleus, yang keduanya merupakan

komponen pembangun energi dinding. Contoh :

6C9; 6C10; 6C11 yang mempunyai waktu paruh

0,13” ; 19.2” ; 1224”. Semakin kecil waktu

paruhnya maka kestabilan nukleus dalam

nuklida semakin kecil pula dan sebaliknya.

Untuk isotop C-10 memiliki perbedaan jumlah

massa proton dan netronnya sebesar dua nukleon

dan mempunyai waktu paruh 19,2”. Sedangkan

untuk isotop C-11 terdapat perbedaan jumlah

proton dengan netron sebesar satu nukleon dan

waktu paruhnya sebesar 1224”. Sehingga dapat

disimpulkan bahwa perbedaan antara jumlah

proton dan netron semakin besar maka stabilitas

nukleus sebuah nuklida semakin berkurang

sehingga mudah mengalami reaksi nuklir.

Model-Model Inti

Dalam membahas sifat-sifat nukleus

terdapat tiga model inti yang dianggap sebagai

dasar dalam membahas sifat-sifat nukleus

tersebut. Model-model inti tersebut antara lain

Model tetes cairan, Model kulit inti, Model

kolektif inti. Ketiga model inti tersebut akan

diuraikan sebagai berikut. (Retug, 2005)

Model Tetes Cairan

Model tetes cairan dikembangkan oleh

Niels Bohr, Wheeler, dan Frenkel. Model ini

memperlakukan inti sebagai suatu massa

homogen dan setiap nukleon berinteraksi secara

kuat dengan tetangga terdekatnya (Bunbun

Bunjali, 2002). Nukleon-nukleon penyusun

nucleus saling tarik-menarik sehingga jarak

antar nucleon menjadi sangat rapat. Gaya

interaksi adalah gaya jarak pendek yang bersifat

jenuh dan tidak tergantung pada muatan dan

spin nukleon, sehingga energi interaksi

antarnukleon merupakan fungsi kontinu dari

massa inti ( nomor massa A). Nukleon-nukleon

yang ada di permukaan nukleus mendapatkan

gaya tarikan yang lebih kuat kearah dalam

9

nucleus cenderung menjadi bulat seperti setetes

cairan. (Retug, 2005)

Model ini disebut model tetes cairan

karena adanya sejumlah kesamaan kelakuan

antara inti dan tetesan suatu cairan. Kesamaan

kelakuan tersebut adalah:

(1).Baik tetes cairan maupun inti, keduanya bersifat

homogen dan tidak dapat dimamfatkan. Tetes

cairan tersusun oleh sejumlah atom atau molekul

, sedangkan inti tersusun atas nukleon .

Implikasi dari hal ini adalah volume inti

sebanding dengan massa A. Maka jari-jari inti R

= r0 A , dengan r0 suatu tetapan dengan

orde 1,2 – 1,5 F.

(2). Kemiripan inti dengan tetesan larutan ideal

ditunjukkan dengan anggapan bahwa gaya

interaksi antarnukleon adalah sama, tidak

memperhatikan muatan maupun spin nukleon,

yakni f n-n f n-p f p-p

Hal ini didukung oleh fakta bahwa energi

pengikat inti pada pasangan “ inti cermin”

adalah hampir sama, yaitu penggantian gaya p-p

oleh gaya n-n tidak memberikan pengaruh yang

berarti terhadap energi pengikat total

(3). Analog dengan suatu tetes cairan, inti atom akan

menunjukkan adanya gaya tegangan permukaan,

gaya yang sebanding dengan luas permukaan

inti, sehingga terdapat gaya sebanding dengan A

.

(4) Gambaran umum untuk tetes cairan, yaitu dapat

terjadi penggabungan tetesan kecil menjadi

tetesan yang lebih besar atau sebaliknya,

pemecahan tetesan besar menjadi tetesan yang

lebih kecil. Hal ini ada kemiripan dengan reaksi

fusi dan fissi pada reaksi inti.

(5). Jika tetes cairan atau inti ditembaki dengan

partikel berenergi tinggi, partikel penembak

ditangkap dan terbentuk suatu inti gabungan

(inti majemuk). Kemudian tambahkan eneri

partikel yang tertangkap akan secara cepat

didistriusika kepada semua partikel dalam

tetesan atau nukleon-nukleon dalam inti. Proses

termalisasi energi ini dalam inti gabunga dapat

berlangsung dalam waktu 10 - 10

detik, berantung pada kecepatan partikel

penembak.

(6). Pelepasan kelebihan energi (dieksitasi) pada

tetesan atau inti majemuk dapat dilakukan

melalui proses berikut :

Pada Tetesan Pada Inti Majemuk

Pendinginan

dengan

melepaskan

panas

Penguapan

sejumlah

partikel

Pemecahan

tetesan

menjadi dua

tetesan yang

lebih kecil

Pendinginan

dengan

memancarkan

radiasi

Pemancaran

satu atau lebih

partikel

Pembelahan

inti menjadi

dua inti yang

lebih kecil

Nukleon-nukleon yang berbeda jenis

setelah membentuk nukleus menjadi satu-

kesatuan, dan tidak lagi sebagai nukleon yang

10

berdiri-sendiri. Bila nukleus menerima suatu

aksi dari luar maka seluruh nukleon penyusun

nukleus memberikan aksi secara bersama-sama.

Dalam keadaan tereksitasi sifat dari

nukleus menjadi tidak stabil. Untuk mencapai

kestabilan kembali nukleus akan melakukan

reaksi nuklir. Hasil dari reaksi nuklir dapat

berwujud energi panas, radiasi partikel dan

gelombang elektromagnet. Terpancarnya

partikel-partikel dari nukleon dapat dianalogkan

dengan teruapkannya melekul-molekul air dari

tetes cairan.

Model tetes cairan juga mampu

menjelaskan mekanismelogis dari reaksi inti

berenergi rendah, menjelaskan gejala

pembelahan dan penggabungan inti. Selain itu,

model tetes cairan memberikan dasar

perhitungan energi pengikat inti dan massa atom

secara inti empirik yang dikemukakan

Weizsacker yang dapat diaplikasikan dalam

menghitung tetapan jari-jari nuklir dan

memperkirakan nuklida stabil pada deret

isobarik peluruhan .

Model Kulit Inti

Model kulit diangkat berdasarkan pada

suatu kenyataan bahwa nuklida yang memiliki

jumlah proton atau netron sesuai dengan

bilangan-bilangan bulat tertentu memiliki

stabilitas yang tinggi, ia sukar mengalami reaksi

nuklir. Bilangan bulat yang dimaksud adalah 2,

8, 20, 28, 50, 82, dan 126. Contoh nuklida yang

yang memiliki nukleus stabil yang mengandung

sejumlah proton dan netron yang masing-masing

sesuai dengan bilangan tersebut adalah 8O16 dan

16S32. Contoh nuklida dengan nukleus yang stabil

yang mengandung jumlah proton dan netronnya

merupakan bilangan ganjil adalah nuklida dari

6C13 dan 8O17. Contoh nuklida dengan dengan

nukleus stabil yang jumlah protonnya

merupakan bilangan ganjil dan netronnya

merupakan bilangan genap adalah nuklida 15P31

dan 9F19. Bila beberapa nuklida dengan nukleus

yang memiliki jumlah proton dan netronnya

merupakan bilangan genap, yang bila disusun

secara berurutan dari kecil ke yang besar

hasilnya mirip dengan jumlah maksimum

elektron yang dapat mengorbit di orbital

elektron utama terluar sesuai dengan konfigurasi

elektron dalam uklida-nuklida yang stabil , yang

jika dituliskan secara berurutan hasilnya yaitu 2,

8 ,18, 32, 50, 72. Bilangan-bilangan ini sering

disebut dengan bilangan ajaib. Oleh karena telah

diketahui bahwa elektron-elektron dalam

mengorbit nukleus sesuai dengan tingkatan

energi masing-masing , maka susunan nukleon –

nukleon dalam nukleon mirip dengan susunan

elektron pada orbital nuklida.

Nukleon-nukleon pembentuk nukleus

bergerak mengorbit pusat nukleus pada

orbitalnya masing-masing sesuai dengan tingkat

energinya. Energi yang dimiliki oleh nukleon

yang ada dipermukaan nukleus lebih besar

dibandingkan dengan yang ada di pusat nukleus.

Untuk mempertahankan posisinya nukleon yang

ada di permukaan nukleus harus mengeluarkan

energinya yang cukup besar. Bila ketersediaan

energinya kurang maka nukleon-nukleon yang

ada di permukaan nukleus akan mudah

11

meninggalkan posisinya. Bila hal ini terjadi

maka susunan nukleon dalam nukleus akan

berubah, artinya menjadi reaksi nuklir.

Model Kolektif Inti

Model kolektif nukleus merupaan hasil

penggabungan antara model tetes cairan dan

model kulit nukleus. Dalam model kolektif

nukleus susunan nukleon-nukleon penyusun

nukleus berlapis-lapis, akan tetapi bila nukleus

menerima tambahan energi dari luar maka

energi itu akan didistribusikan merata ke seluruh

nukleon penyusun nukleus tersebut. Bila

dampak dari penyerapan energi itu

menyebabkan nukleus dari nuklida memberikan

reaksi maka reaksi itu merupakan akumulasi dari

reaksi yang diberikan oleh semua nukleon

penyusun nukleusnya. (Retug, 2005)

2.6 Keradioaktifan

Nuklida radioaktif memiliki sifat dapat

meluruhkan sebagian dari massa nuklidanya

menjadi bentuk energi radiasi dan bentuk energi

lain. Energy radiasi hasil peluruhan nuklida

radioaktif antara lain berupa radiasi alfa, radiasi

beta, dan radiasi gamma. Tedapat dua nuklida

radioaktif, yaitu nuklida radioaktif alami dan

nuklida radioaktif buatan. Nuklida radioaktif

alami ada yang dapat digolongkan ke dalam

nuklida-nuklida radioaktif berat yang

mempunyai nomor nuklida (Z) > 83, dan nuklida

radioaktif ringan yang mempunyai nomor

nuklida < 83. Nuklida-nuklida radioaktif berat

berdasarkan kemampuannya meluruh secara

berkelanjutan dapat diklasifikasikan ke dalam

tiga deret radioaktif, yaitu deret isotop nuklida

U-238, deret isotop nuklida U-235, dan deret

isotop nuklida Th-232.

Hukum Pergeseran Radioaktif

Hasil pengamatan Fajans dan Soddy

yang dilakukan pada tahun 1913 terhadap

peluruhan isotop-isotop nuklida radioaltif yang

memancarkan partikel alfa dan beta mendasari

diangkatnya suatu hukum baru yang berkaitan

dengan peristiwa yang dialami oleh nuklida-

nuklida radioaktif, yang kemudian disebut

Hukum pergeseran radioaktif. Hukum

pergeseran radioaktif ada dua yaitu yang

pertama bunyinya “Bila suatu isotop nuklida

radioaktif induk meluruhkan partikel alfa dan

menghsilkan isotop nuklida radioaktif anak,

yang menyebabkan nomor massa (A) berkurang

empat dan nomor nuklidanya (Z) berkurang dua.

Bila dicantumkan dalam tabel periodik maka

isotop nuklida radioaktif anak akan diletakkan

pada posisi kedua di sebelah kiri isotop nuklida

radioaktif induk”.

Hukum pergeseran radioaktif kedua

berbunyi “Bila suatu isotop nuklida radioaktif

induk memancarkan partikel beta, maka akan

menghasilkan isotop nuklida radioaktif anak

yang nomor massanya (A) sama dengan nomor

massa isotop nuklida radioaktif induk, akan

tetapi nomor nuklidanya (Z) menjadi bertambah

satu. Bila dituliskan dalam tabel periodik maka

isotop nuklida rasioaktif anak akan diletakkan

pada posisi kesatu di sebelah kanan isotop

nuklida radioaktif induk.

12

2. Kinetika Peluruhan Nuklida Radioaktif

Kinetika peluruhan nuklida radioaktif

adalah kinetika reaksi order satu. Oleh karena itu

digunakan persamaan dan hukum laju reaksi

order satu. Salah satu cara untuk mengetahui

bahwa suatu isotop nuklida itu bersifat radioaktif

adalah dengan menetukan laju peluruhannya.

Pada tahun 1905, E. Von Schweidler

mengemukakan pendapatnya bahwa peluruhan

radioaktif dapat dinyatakan dengan teori

kemungkinan, misal kemungkinan meluruhnya

sebuah nuklida radioaktif hanya tergantung pada

selang waktu tertentu. Jika kemungkinan

terjadinya peluruhan dinyatakan dengan p,

maka:

P = L.dt

dimana L= tetapan peluruhan atau tetapan

perbandingan, dan dt = selang waktu.

Berdasarkan kemungkinan terjadinya peluruhan

maka dapat dinyatakan pula kemungkinan

tidak terjadi peluruhan dengan suatu

persamaan:

1 – p = 1 – L.dt

Kemungkinan suatu nuklida radioaktif

meluruh selama 2x selang waktu maka

persamaannya dinyatakan sebagai (1 – L.dt)2.

Untuk nx selang waktu maka persamaannya

dinyatakan sebagai:

( 1 – L.dt )n

( 1 – (L.ndt)/n )n = ( 1 – (L.t)/n )n = e-Lt

Oleh karena n.dt = jumlah selang waktu =

jumlah keseluruhan waktu = t, maka

persamaannya menjadi:

Bila jumlah nuklida radioaktif semula

adalah No, dan nuklida radioaktif yang belum

mengalami peluruhan setelaah waktu t adalah N,

maka dari persamaan laju reaksi orde satu dapat

diturunkan rumus:

N/No = e-Lt

dan persamaan tersebut dapat dituliskan dalam

bentuk logaritme alam yaitu:

ln (N/No) = -L.t = 2,303 log (N/No)

atau

L.t = 2,303 log (No/N)

dan waktu peluruhan t dapat dihitung dengan

persamaan:

t = (2,303/L) log (No/N)

dan hubungan waktu paruh (t1/2) dengan

konstanta laju peluruhan (L) dapat dinyatakan

dengan persamaan t1/2 = (2,303/L) log (2/1) atau

t1/2 = (2,303/L) log 2 = (0,693)/L

Waktu paruh adalah waktu yang

diperlukan agar nuklida radioaktif meluruh

separohnya.

Peluruhan Spontan

Vc = (Z1.Z2.e2)/(R1 + R2)

Spontanitas peluruhan dapat diketahui dari

waktu paruh peluruhan dan energenik dari dua

spesies nuklida sebelum peluruhan terjadi yang

berwujud potensial coulomb (Vc). Besarnya

potensial coulomb dinyatakan dengan

persamaan berikut:

13

Vc = 0.96 (Z1.Z2)/(A11/3 + A2

1/3) MeV

yang mana diketahui bahwa R = Ro.A1/3 dan R =

A1/3 sehingga dimana:

e = besar muatan

R = jari-jari nuklida

Ro = tetapan kebebasan dari A,

harganya antara 1,1 x 10-13 cm s.d 1,6 x 10-13 cm

A = nomor atau volume massa

Z = nomor atom atau jumlah muatan

nuklida

Vc = 0,96 (Z2)/A1/3 MeV

Bila nuklida radioaktif induk secara spontan

meluruh menjadi dua spesies yang sama dalam

nomor atom dan nomor massanya,

DAFTAR PUSTAKA

Bunjali, bunbun. 2002. Kimia Inti. Bandung :

Penerbit ITB.

Parning. 2003. Kimia 1A. Jakarta : Penerbit

Yudistira

Retug, Nyoman dan Kartowasono, Ngadiran.

2005. Radiokimia. Singaraja :Jurusan

Pendidikan Kimia FMIPA IKIP Negeri

Singaraja.

Simamora, Maruli, dkk.2004. Kimia Dasar II.

Singaraja : IKIP Negeri Singaraja

Triatmojo. 2006. Inti Atom. Diakses dari

http://triatmojo.wordpress.com/2006/10/02/inti-

atom/ tanggal 9 September 2009.

Operasi sebuah Reaktor Nuklir sangat bergantung pada berbagai jenis dari interaksi antara neutron dengan inti atom. Untuk memahami karakteristik dari reaksi yang terjadi pada Reaktor Nuklir. maka yang paling mendasar kita akan bertanya apakah itu inti atom, dan bagaimana strukturnya?Sebuah atom terdiri dari nukleus yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif. Sehingga atom secara keseluruhan bermuatan netral. Biasanya di dalam pembangkitan sebuah energi atom dalam reaktor, hanyalah energi yang berasal dari intilah yang diperhitungkan sedangkan energi yang berasal dari elektron diabaikan (Karena begitu kecilnya).Secara singkat kita harus memahami apa yang disebut energi atom dan apakah perbedaannya dengan energi kimia, Energi Kimia dan Energi Atom, sama – sama berasal dari atom, namun perbedaanya energi kimia yang dihasilkan dari tiap – tiap pembakaran sebuah batu bara dan minyak bumi – misalnya, akan menghasilkan penyusunan kembali (rearrangement) atom yang disebabkan oleh redistrisbusi elektron. Sedangkan di sisi lain, energi atom dihasilkan dari redistribusi partikel dengan inti atom (atomic nuclei). Karena itulah untuk

14

menghindari kerancuan sering digunakan istilah “Energi Nuklir” daripada istilah energi atom.Inti Atom dibangun oleh dua jenis partikel utama yang masing – masing disebut dengan proton dan neutron. Karena proton dan neutron adalah unit penyusun dari sebuah inti, maka seringkali istilah proton dan neutron secara bersama – sama disebut dengan nukleon. Proton dan neutron bisa dihasilkan dalam keadaan bebas yakni di luar inti atom sehingga masing – masing sifat dari partikel tersebut dapat dipelajariProton yang bermuatan positif adalah identik dengan inti atom hidrogen yakni sebuah atom hidrogen tanpa elektron tunggalnya. Sehingga massa sebuah proton adalah sama dengan massa sebuah atom hidrogen dikurangi dengan massa sebuah elektron.

Massa atom Hidrogen : 1.00813 amuMassa Proton : 1.00758 amu

Sedangkan neutron yang merupakan partikel dasar penting dalam hubungan dengan pembangkitan energi nuklir adalah bermuatan netral. Konsekuensinya netron tidak akan mengalami penolakan, seperti halnya partikel bermuatan (proton, elektron) ketika dari luar mencapai nukleus yang bermuatan positif. Massa neutron lebih besar daripada massa proton yakni

Massa Neutron : 1.00897 amu

KIMIA INTI DAN RADIOKIMIA Kimia inti adalah kajian mengenai perubahan-perubahan dalam inti atom. Perubahan ini disebutreaksi inti. Peluruhan radioaktif dan transmutasi inti merupakan reaksi inti.Radiokimia mempelajari penggunaan teknik-teknik kimia dalam mengkaji zat radioaktif dan pengaruh kimiawi dari radiasi zat radioaktif tersebut. Radioaktivitas adalah fenomena pemancaran partikel dan atau radiasi elektromagnetik oleh inti yang tidak stabil secara spontan .Semua unsur yang memiliki nomor atom lebih besar dari 83 adalah radioaktif.

Peluruhan radioaktif terjadi melalui pemancaran partikel dasar secara spontan. Contoh: polonium-210 meluruh spontan menjadi timbal-206 dengan memancarkan sebuah partikel αTransmutasi inti dihasilkan dari pemboman inti oleh neutron, proton, atau inti lain.Contoh: konversi nitrogen-14 atmosfer menjadi karbon-14 dan hidrogenNukleon : partikel-partikel penyusun inti, yaitu proton dan neutronNuklida : suatu spesies nuklir tertentu, dengan lambang:

Z = nomor atom A = nomor massa = jumlah proton + neutronN = neutron, biasanya tidak ditulis karena N = A-ZIsotop : kelompok nuklida dengan nomor atom samaIsobar : kelompok nuklida dengan nomor massa samaIsoton : kelompok nuklida dengan neutron sama

Partikel Dasar yang umumnya terlibat dalam reaksi inti:

Nama Lambang

Nomor atom

Nomor massa

Massa (sma)

Proton P atau H

1 1 1,00728

Neutron

N 0 1 1,00867

Elektron

e -1 0 0,000549

Negatron

β -1 0 0,000549

Positron

β +1 0 0,000549

Partikel alpha

He atau α

2 4 4,00150

Gelombang elektromagnet yang biasa terlibat dalam reaksi inti adalah γ (gamma) dengan massa 0 dan muatan 0.

15

Perbandingan antara reaksi kimia dan reaksi inti

No

Reaksi kimia Reaksi Inti

1 Atom diubah susunannya melalui pemutusan dan pembentukan ikatan

Unsur (atau isotop dari unsur yang sama) dikonversi dari unsur yang satu ke lainnya

2 Hanya elektron dalam orbital atom atau molekul yang terlibat dalam pemutusan dan pembentukan ikatan

Proton, neutron, elektron dan partikel dasar lain dapat saja terlibat

3 Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang relatif kecil

Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang sangat besar

4 Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu, tekanan, katalis dan konsentrasi

Laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan katalis

Aturan dalam penyetaraan reaksi inti;1. Jumlah total proton ditambah neutron

dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor massa)

2. Jumlah total muatan inti dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor atom)

KESTABILAN INTIKestabilan 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:

1. Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil

2. 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

3. Bilangan sakti (magic numbers)

Nuklida yang memiliki neutron dan proton sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif.Bilangan tersebut adalah:Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126 Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82.Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama dengan banyaknya elektron untuk gas mulia yang sangat stabil.

4. Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron-proton.

PITA KESTABILANGrafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton, agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.

1. Di atas pita kestabilan, Z <> 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 <> Untuk mencapai kestabilan :Inti memancarkan positron atau menangkap elektron

ENERGI PENGIKAT INTISatu ukuran kuantitatif dari stabilitas inti

adalah energi ikatan inti (nuclear binding energy, yaitu energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi komponen-komponennya,

16

proton dan neutron. Kuantitas ini menyatakan konversi massa menjadi energi yang terjadi selama berlangsungnya reaksi inti eksotermik yang menghasilkan pembentukan inti .

Konsep energi ikatan berkembang dari kajian sifat-sifat inti yang menunjukkan bahwa massa inti selalu lebih rendah dibandingkan jumlah massa nukleon. Contoh : isotop fluorine (F), intinya memiliki 9 proton, 9 elektron dan 10 neutron dengan massa atom yang terukur sebesar 18, 9984 sma.Analisis perhitungan teoritis massa atom F:Massa atom = (9 x massa proton) +(9 x massa elektron) + (10 x massa neutron)= (9 x 1,00728 sma) + ( 9 x 0,000549 sma) + (10 x 1,00867)= 19, 15708 smaHarga massa atom F berdasarkan perhitungan ternyata lebih besar dibandingkan dengan massa atom terukur, dengan kelebihan massa sebesar 0,1578 sma.Selisih antara massa atom dan jumlah massa dari proton, elektron dan neutron disebut cacat massa (mass defect).Menurut teori relativitas, kehilangan massa muncul sebagai energi (kalor) yang dilepas ke lingkungan. Banyaknya energi yang dilepas dapat ditentukan berdasarkan hubungan kesetaraan massa-energi Einstein ( E = m c2).ΔE = Δm c2

Dengan faktor konversi : 1 kg = 6,022 x 1026 sma1 J = 1 kg m2/s2

Untuk atom F tersebut:ΔE =( -0,1578 sma) (3x 108 m/s)2

= (-1,43 x 1016 sma m2/s2) x (1 kg/6,022 x 1026 sma) x (1 J/1 kg m2s2)= -2,37 x 10-11 JIni merupakan banyaknya energi yang dilepas bila satu inti fluorin-19 dibentuk dari 9 proton dan 10 neutron. Energi yang diperlukan untuk menguraikan inti menjadi proton dan neutron yang terpisah adalah sebesar -2,37 x 10-11 J. Untuk pembentukan 1 mol inti fluorin, energi yang dilepaskan adalah:ΔE = (-2,37 x 10-11 J) (6,022 x 1023/mol)= -1,43 x 1013 J/molDengan demikian, energi ikatan inti adalah 1,43 x 1013 J/mol untuk 1 mol inti fluorin-19, yang merupakan kuantitas yang sangat besar bila

dibandingkan dengan entalpi reaksi kimia biasa yang hanya sekitar 200 kJ.

RADIOAKTIVITAS ALAMIDisintegrasi inti radioaktif sering merupakan awal dari deret peluruhan radioaktif, yaitu rangkaian reaksi inti yang akhirnya menghasilkan pembentukan isotop stabil. Misalnya adalah deret peluruhan uranium-238 hingga menghasilkan timbal-206 yang stabil.Jenis-jenis peluruhan radioaktif meliputi; peluruhan(pemancaran) alfa, peluruhan negatron, peluruhan positron, penangkapan elektron, peluruhan gamma, pemancaran neutron, pemancaran neutron terlambat dan pembelahan spontan.Pembelahan spontan hanya terjadi pada nuklida-nuklida yang sangat besar dan membelah secara spontan menjadi dua nuklida yang massanya berbeda, misal Cf-254 membelah spontan menjadi Mo-108 dan Ba-142 dengan memancarkan 4 neutron.Kinetika Peluruhan RadioaktifSemua peluruhan radioaktif mengikuti kinetika orde pertama, sehingga laju peluruhan radioaktif pada setiap waktu t adalah:Laju peluruhan pada waktu t = λNλ = konstanta laju orde pertamaN = banyaknya inti radioaktif pada waktu tln Nt/N0 = - λt dengan waktu paruh : t1/2 = 0,693/λ

TRANSMUTASI INTIPada tahun 1919, Rutherford berhasil

menembak gas nitrogen dengan partikel alfa dan menghasilkan hidrogen dan oksigen. Reaksi ini merupakan transmutasi buatan pertama, yaitu perubahan satu unsur menjadi unsur lain. Coba tuliskan reaksinya!Pada tahun 1934, Irene Joliot-Curie, berhasil membuat atom fosfor yang bersifat radioaktif dengan menembakkan aluminium dengan sinar alfa yang berasal dari polonium.Beberapa contoh reaksi inti:

1) Penembakan atom litium-7 dengan proton menghasilkan 2 atom helium-4

2) Penembakan nitrogen-14 dengan neutron menghasilkan karbon-14 dan hidrogen

3) Penembakan aluminium-27 dengan proton menghasilkan magnesium-24 dan helium-4Coba Anda tulis persamaan reaksinya!

17

Keaktifan (A) Keaktifan suatu cuplikan radioaktif dinyatakan sebagai jumlah disintegrasi(peluruhan) per satuan waktu. Keaktifan tidak lain adalah laju peluruhan dan berbanding lurus dengan jumlah atom yang ada.A = λ NSatuan keaktifan adalah Curie (Ci) yang didefinisikan sebagai keaktifan dari 3,7 x 1010 disintegrasi per detik.Satuan SI untuk keaktifan adalah becquerel dengan lambang Bq1 Ci = 3,7 x 1010 BqKeaktifan jenis adalah jumlah disintegrasi per satuan waktu per gram bahan radioaktif.

Dosis RadiasiUntuk menyatakan jumlah atau dosis radiasi yang diserap oleh zat-zat ditetapkan satuan untuk dosis. Di Amerika, satuan dosis yang umum adalah rad dengan lambang rd.Satu rad setara dengan penyerapan 10-5 J per gram jaringan.Satuan SI untuk dosis adalah gray dengan lambang Gy. Satu gray setara dengan energi sebanyak 1 joule yang diserap oleh setiap kg zat. Radiasi neutron lebih berbahaya dari radiasi beta dengan energi dan intensitas yang sama. Untuk membedakan pengaruh radiasi digunakan satuan rem (radiation equivalen of man). Satu rad sinar alfa lebih merusak daripada satu rad sinar beta. Oleh karena itu rad biasanya dikalikan dengan faktor yang mengukur kerusakan biologi relatif yang disebabkan oleh radiasi. Faktor ini disebut RBE (Relative Biologycal Effetiveness of Radiation). Hasil kali rad dan RBE menghasilkan dosis efektif yang disebut rem (Rontgen Equivalent for Man).Satu rem suatu macam radiasi akan menghasilkan pengaruh biologi yang sama.Contoh: Dosis 0 – 20 rem pengaruh kliniknya tidak terdeteksi , dosis 20-50 sedikit pengaruh pengurangan sementara butir darah putih, dosis 100-200 terdapat pengaruh banyak pengurangan butir darah putih dan pada dosis lebih dari 500 rem dapat menyebabkan kematian.

FISI INTIFisi inti (nuclear fission) /reaksi fisi adalah proses di mana suatu inti berat (nomor massa >200) membelah diri membentuk inti-inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron. Karena inti berat kurang stabil dibandingkan produknya, proses ini melepaskan banyak energi. Reaksi fisi 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 terkendali, membebaskan banyak sekali kalor ke lingkungan. Agar reaksi rantai terjadi, harus ada cukup uranium-235 dalam sampel untuk menangkap neutron, sehingga dikenal istilah massa kritis, yaitu massa minimum material terfisikan yang diperlukan untuk membangkitkan reaksi rantai inti yang dapat berlangsung sendiri.

APLIKASI FISI INTIBom Atom Penerapan pertamakali fisi inti ialah dalam pengembangan bom atom. Faktor krusial dalam rancangan bom ini adalah penentuan massa kritis untuk bom itu. Satu bom atom yang kecil setara dengan 20.000 ton TNT. Massa kritis suatu bom atom biasanya dibentuk dengan menggunakan bahan peledak konvensional seperti TNT tersebut, untuk memaksa bagian-bagian terfisikan menjadi bersatu. Bahan yang pertama diledakkan adalah TNT, sehingga ledakan akan mendorong bagian-bagian yang terfisikan untuk bersama-sama membentuk

18

jumlah yang lebih besar dibandingkan massa kritis.Uranium-235 adalah bahan terfisikan dalam bom yang dijatuhkan di Hiroshima dan plutonium-239 digunakan dalam bom yang meledak di Nagasaki.

Reaktor NuklirSuatu penerapan damai tetapi kontroversial dari fisi inti adalah pembangkitan listrik menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi rantai terbatas yang dilakukan dalam suatu reaktor nuklir. Ada 3 jenis reaktor nuklir yang dikenal, yaitu:

a. Reaktor air ringan. Menggunakan air ringan (H2O) sebagai moderator (zat yang dapat mengurangi energi kinetik neutron).

b. Reaktor air berat. Menggunakan D2O sebagai moderator.

c. Reaktor Pembiak (Breeder Reactor). Menggunakan bahan bakar uranium, tetapi tidak seperti reaktor nuklir konvensional, reaktor ini menghasilkan bahan terfisikan lebih banyak daripada yang digunakan.

FUSI INTIFusi inti (nuclear fusion) atau reaksi fusi adalah proses penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Reaksi ini relatif terbebas dari masalah pembuangan limbah.

Dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk produksi energi adalah perilaku yang diperlihatkan jika dua inti ringan bergabung atau berfusi membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak energi yang akan dilepas selama prosesnya. Fusi inti yang terus-menerus terjadi di matahari yang terutama tersusun atas hidrogen dan helium. Reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi sehingga reaksi ini sering dinamakan reaksi termonuklir. Suhu di bagian dalam matahari mencapai 15 jutaoC!!!!!!Aplikasi Fusi Inti yang telah dikembangkan adalah bom hidrogen.

PENGGUNAAN RADIOISOTOPRadioisotop adalah isotop suatu unsur yang radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif.

Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun radioaktif memiliki sifat kimia yang sama.Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut (untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa) dan sebagai sumber radiasi /sumber sinar.Berikut beberapa contoh penggunaan radioisotop dalam berbagai bidang:1. Bidang kimiaTeknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia seperti esterifikasi dan fotosintesis.Penetapan struktur senyawa kimia seperti ion tiosulfat.Analisis pengenceran isotop dan analisis pengaktifan neutron (dalam bidang perminyakan, pengendalian polusi, obat-obatan, geologi, elektronika, kriminologi, oseanografi dan arkeologi).2. Bidang kedokteranIsotop natrium-24 digunakan untuk mengikuti peredaran darah dalam tubuh manusia , mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid dengan isotop I-131, menentukan tempat tumor otak dengan radioisotop fosfor, Fe-59 untuk mengukur laju pembentukan sel darah merah. Kobalt-60 digunakan untuk pengobatan kanker, teknetium-99 untuk alat diagnostik gambaran jantung, hati dan paru-paru pasien. 3. Bidang pertanianRadiasi gamma dapat digunakan untuk memperoleh bibit unggul dan radiisotop fosfor untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh tanaman. 4. Bidang IndustriUntuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam dalam tanah atau beton, menentukan keausan atau keroposan yang terjadi pada bagian pengelasan antar logam, 5. Penentuan umur batuan atau fosil sumber: http://antunikimia.blogspot.com/2009/05/redoks-dan-elektrokimia.html

19

Web viewSTRUKTUR INTI DAN KERADIOAKTIFAN. Partikel Dasar Penyusun Atom. Setelah Dalton, para...

Documents

Transcript of Web viewSTRUKTUR INTI DAN KERADIOAKTIFAN. Partikel Dasar Penyusun Atom. Setelah Dalton, para...