UNSUR RADIOAKTIFOleh: M. Nurissalam, S.Si

SMA Muhammadiyah I Metro

Unsur Radioaktif adalah unsur yang dapat memancarkan radiasi secara spontan.

Radiasi adalah sejenis sinar tetapi memiliki energi yang besar dan daya tembus yang tinggi.

Radiasi yang dipancarkan zat radioaktif terdiri dari 3 jenis partikel:

• Sinar alfa 24

•Sinar beta -1 0

• Sinar gama 0 0+

NOTASI DAN SIMBOL PARTIKEL INTI

Partikel Simbol Notasi Muatan

Proton p atau H 1p1 atau 1H1 +1

Netron n 0n1 0

Elektron/Sinar beta

e atau -1e0 atau -10 -1

Sinar alfa atau He 24 atau 2He4 +2

Sinar gama 00 0

KESETABILAN INTIMengapa atom bersifat radioaktif ?

Atom bersifat radioaktif karena intinya tidak stabil, sehingga mudah meluruh/pecah yang disertai pemancaran radiasi.

Proton (+)

Netron (o)

Mengapa proton sebagai penyusun

inti tidak saling tolak menolak/ dapat

menyatu ?

Ada 3 Pendekatan tentang kesetabilan inti Atom1.Pita kesetabilan.

Diidentifikasi perbandingan n/p isotop-isotop yang terdapat di alam.

Contoh

Isotop 6C12 memiliki n=6 dan p= 6 maka n/p = 1

Isotop 11Na23 memiliki n= 12 dan p=11 maka n/p=12/11 = 1,09.

Isotop 20Ca40 mempunyai n=20 dan p=20 maka n/p=1

Dari perhitungan diatas maka diperoleh diagram berikut yang disebut diagram pita kesetabilan.

n/p isotop stabil

82

Catatan:1. Isotop yang stabil

adalah isotop yang memiliki n/p berada pada pita kesetabilan.

2. Isotop dengan No atom lebih dari 82 semua radio aktif.

3. Ada 3 kelompok isotop tidak stabil;

a.Di atas pita kestabilan.

b.Di bawah pita kestabilan

c. Atom berat dengan No > 82

Kecenderungan mencapai kestabilan1. Isotop di atas pita kesetabilan berarti kelebihan n dan

kekurangan p. Maka akan mencapai kesetabilannya dengan cenderung mengubah n menjadi p

0n11p1

-1 0+ Memancarkan sinar beta

2. Isotop di bawah pita kesetabilan berarti kelebihan p dan kekurangan n. Maka akan mencapai kesetabilannya dengan cenderung mengubah p menjadi n dengan dua cara:

1p10n1

+1 e 0+ Memancarkan positron

Cara I

Cara II

1p1 + -1e00n1

Menangkap elektron dari kulit K

eK

L

Memancarkan sinar X

Cara yang kedua ini lebih sering terjadi, sedangkan cara I jarang sekali terjadi

3. Istop-isotop dengan No. atom lebih dari 82. (inti berat)

Cenderung meluruh dengan memancarkan sinar alfa () meskipun kadang disertai sinar beta () dan gama ()

92U23890Th234

24+

90Th23488Ra230

24+

92U238

90Th23491Pa234

92U234

82Pb214

84Po218

86Rn22288Ra226

90Th230

83Bi21484Po214

82Pb21083Bi210

84Po210

82Pb206

POLA PELURUHAN ZAT RADIOAKTIF

2. Energi BondingMenurut kajian ini kesetabilan inti atom disebabkan karena adanya energi bonding pernukleon yang cukup besar.

Menurut konsep ini sebagian massa dari partikel inti diubah menjadi energi ikat antar nukleon (penyusun inti).

Hal ini dapat dilihat dari selisih massa secara teori dan massa secara kenyataan, selisih massa tersebut kemudian diubah menjadi energi dengan konversi Einstein E = mc2 dan kemudian dibagi jumlah nukleonnya, sehingga akan diperoleh energi ikatan pernukleon.

Nuclear binding energy (BE) is the energy required to break up a nucleus into its component protons and neutrons.

BE + 19F 91p + 101n9 1 0

BE = 9 x (p mass) + 10 x (n mass) – 19F mass

E = mc2

BE (amu) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984

BE = 0.1587 amu 1 amu = 1.49 x 10-10 J

BE = 2.37 x 10-11J

binding energy per nucleon = binding energynumber of nucleons

= 2.37 x 10-11 J19 nucleons

= 1.25 x 10-12 J

23.2

Nuclear binding energy per nucleon vs Mass number

Nuclear Transmutation

Cyclotron Particle Accelerator

14N + 4 17O + 1p7 2 8 1

27Al + 4 30P + 1n13 2 15 0

14N + 1p 11C + 47 1 6 2

23.4

Balancing Nuclear Equations

1. Conserve mass number (A).

The sum of protons plus neutrons in the products must equal the sum of protons plus neutrons in the reactants.

1n0U23592 + Cs138

55 Rb9637

1n0+ + 2

235 + 1 = 138 + 96 + 2x1

2. Conserve atomic number (Z) or nuclear charge. The sum of nuclear charges in the products must equal the sum of nuclear charges in the reactants.

1n0U23592 + Cs138

55 Rb9637

1n0+ + 2

92 + 0 = 55 + 37 + 2x0 23.1

WAKTU PARUH ( t½ )

Waktu yang diperlukan untuk meluruhkan separuh dari jumlah inti suatu isotop.

Waktu paruh bersifat spesifik untuk setiap isotop. Contoh :t½ C-14 = 5700 tht½ Po-214 = 1,6 x 10-4 detikt½ Bi-210 = 5 harit½ Pb-214 = 26,8 menit

Semakin besar (panjang) waktu paruhnya berarti proses peluruhannya berlangsung lambat (Isotop kurang aktif) Semakin pendek waktu paruhnya berarti peluruhannya berlangsung cepat (Isotop sangat aktif)

0 20 40 60 80 100 120

50%

6,25%12,5%

25%

100 %

1 x Waktu paruh

2 x Waktu paruh

3 x Waktu paruh

4 x Waktu paruh

HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOP

Waktu ( t )

t½ t½ t½ t½

HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOPPeriode Waktu paruh: t / t½

Sisa Isotop Nt

Rumus

0 100% = 1 bagian (½)0 bagian

1 50% = ½ bagian (½)1 bagian

2 25 % = ¼ bagian (½)2 bagian

3 12,5% = 1/8 bagian (½)3 bagian

4 6,25% = 1/16 bagian (½)4 bagian

- -n Maka sisa isotop ( Nt ) (½)n bagian

Maka jumlah isotop yang tersisa; Nt = ( ½ )n .No

Contoh soal:

1. Suatu isotop setelah disimpan selama 20 hari ternyata masih tersisa = 1/16 bagian. Tentukanlah waktu paruh isotop tersebut !

Jawab:Diketahui : No = 1 bagian

Nt = 1/16 bagianNtNo

= ( ½ )n

= ( ½ )4

1/16 = ( ½ )n

Maka n = 4

n = t t½ Maka t½ = 20

4 = 5 hari

Contoh soal:

2. Suatu isotop setelah disimpan selama 60 hari ternyata masih tersisa = 12,5 %. Tentukanlah waktu paruh isotop tersebut !

Jawab:Diketahui : No = 100%

Nt = 12,5 %NtNo

= ( ½ )n

1/8 = ( ½ )3

12,5/100 = ( ½ )n

Maka n = 3

n = t t½ Maka t½ = 60

3 = 20 hari

PENENTUAN USIA FOSIL

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 )

Pada mahluk hidup kadar C-14 yang ada dalam tubuh adalah konstan. Hal ini karena pada mahluk hidup masih melakukan aktivitas kehidupannya

Pada mahluk yang sudah mati kadar C-14 yang ada dalam tubuh adalah berkurang. Hal ini karena pada mahluk mati tidak melakukan aktivitas kehidupannya

Contoh soal:

3. Telah ditemukan fosil manusia purba di Desa Sangiran, Setelah diidentifikasi aktivitas C-14 nya ternyata memiliki aktivitas 5,1 dps. Jika pada tulang yang masih hidup memiliki aktivitas C-14 =15,3 dps dan t ½ C-14 =5700 th. Tentukan usia fosil manusia purba tersebut.

Jawab:Diketahui : No = 15,3 dps

Nt = 5,1 dpsNtNo

= ( ½ )n

⅓ = ( ½ )n

5,1/15,3 = ( ½ )n

log ⅓ = log ( ½ )n log ⅓ = n log ½ Hitung n ?

REAKSI INTITransmutasi inti.

Pada transmutasi inti inti atom ditembaki dengan partikel (proton, netron, alfa atau partikel lain.)

Cyclotron Particle Accelerator

Nuclear Transmutation

Nuclear Fission Pembelahan Inti

235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy92 54380 0

Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2

Energy = 3.3 x 10-11J per 235U

= 2.0 x 1013 J per mole 235U

Combustion of 1 ton of coal = 5 x 107 J

Nuclear Fission

23.5

Nuclear chain reaction is a self-sustaining sequence of nuclear fission reactions.The minimum mass of fissionable material required to generate a self-sustaining nuclear chain reaction is the critical mass.

Non-critical

Critical

Schematic Diagram of a Nuclear Reactor

23.5

Natural Uranium0.7202 % U-235 99.2798% U-238

Measured at Oklo0.7171 % U-235

Chemistry In Action: Nature’s Own Fission Reactor

23.6

Nuclear Fusion

2H + 2H 3H + 1H1 1 1 1

Fusion Reaction Energy Released

2H + 3H 4He + 1n1 1 2 0

6Li + 2H 2 4He3 1 2

6.3 x 10-13 J

2.8 x 10-12 J

3.6 x 10-12 J

Tokamak magnetic plasma

confinement

23.7

Radioisotopes in Medicine• 1 out of every 3 hospital patients will undergo a nuclear

medicine procedure

• 24Na, t½ = 14.8 hr, emitter, blood-flow tracer

• 131I, t½ = 14.8 hr, emitter, thyroid gland activity

• 123I, t½ = 13.3 hr, ray emitter, brain imaging

• 18F, t½ = 1.8 hr, emitter, positron emission tomography

• 99mTc, t½ = 6 hr, ray emitter, imaging agent

Brain images with 123I-labeled compound

23.7

Radioisotopes in Medicine

98Mo + 1n 99Mo42 0 42

235U + 1n 99Mo + other fission products92 0 42

99mTc 99Tc + -ray43 43

99Mo 99mTc + 0 + 42 43 -1

Research production of 99Mo

Commercial production of 99Mo

t½ = 66 hours

t½ = 6 hours

Bone Scan with 99mTc

Pakai glukosa berlabel

Pakai oksigen berlabel

Geiger-Müller Counter

23.7

23.8

Biological Effects of RadiationRadiation absorbed dose (rad)1 rad = 1 x 10-5 J/g of material

Roentgen equivalent for man (rem)1 rem = 1 rad x Q Quality Factor

-ray = 1 = 1 = 20

Chemistry In Action: Food Irradiation

Dosage Effect

Up to 100 kiloradInhibits sprouting of potatoes, onions, garlics. Inactivates trichinae in pork. Kills or prevents insects from reproducing in grains, fruits, and vegetables.

100 – 1000 kilorads Delays spoilage of meat poultry and fish. Reduces salmonella. Extends shelf life of some fruit.

1000 to 10,000 kilorads Sterilizes meat, poultry and fish. Kills insects and microorganisms in spices and seasoning.