Kimia Inti

KIMIA INTI

• Kimia yang mempelajari  radioaktivitas, proses nuklir dan sifat nuklir disebut Kimia Nuklir/Kimia Inti

atau

• Cabang kimia yang membahas perubahan yang terjadi yang terjadi pada inti atom disebut Kimia Inti

PENGERTIAN RADIOAKTIF

·         Radioaktif : 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.

·         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 83 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

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

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

3.       

PENEMUAN RADIOISOTOP

• Henri Becquerel (1852-1908)
• 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

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;

SINAR-SINAR RADIOAKTIF

—  Unsur radioaktif alam dan buatan menunjukkan aktivitas radiasi yang sama yaitu radiasi 

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

Gambar sinar radioaktif ditarik 

 oleh medan magnet

                                      Daya Tembus Sinar Radioaktif

                                     

a)   Sinar alfa ( α )

Sinar alfa merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4, bermuatan +2e 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.

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       .

c)   Sinar gamma (γ )

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

SUSUNAN INTI

1. Inti Atom

v  Proton (Rutherford 1919)

v  Neutron (James Chadwick, 1932)

  Aktivitas radiasi/radioaktivitas merupakan aktivitas proton dan neutron

  ∑ Proton = ∑ Neutron>>> Inti Stabil

  ∑ Proton > ∑ Neutron >>> Inti tidak stabil

  Inti atom yang tidak stabil akan melakukan aktivitas radiasi (melakukan  peluruhan) sampai mencapai keadaan stabil

NUKLIDA DAN PENGGOLONGANNYA

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

—  Contoh: ₆C¹², ₇N¹⁴, ₆O¹⁸

 

                                       A

—  Rumus umum:          X      dengan,

                                  Z

Z = nomor atom = ∑ proton dalam nuklida X

A = nomor massa = ∑ proton + ∑ Neutron dalam nuklida X 

N = ∑ neutron dalam inti = A-Z

PENGGOLONGAN NUKLIDA

—  Isotopà kelompok nuklida dengan Z sama

Contoh: ₈₂Pb²⁰⁴, ₈₂Pb²⁰⁶, ₈₂Pb²⁰⁷,₈₂Pb²⁰⁸

—  Isobar à kelompok nuklida dengan A sama

Contoh: ₆C¹⁴, ₇N¹⁴, ₈O¹⁴

—  Isoton à kelompok nuklida dengan N sama

Contoh: ₁H³, ₂He⁴

KESTABILAN DAN PELURUHAN INTI ATOM

—  Kestabilan 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 <> 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

 

 

GAYA INTI

Partikel dasar pembangun inti atom adalah :

Proton + Neutron (dapat dijelaskan dari dualisme gelombang dan materi de Broglie)Hal ini sesuai dengan Hipotesis Proton-Neutron

Gaya 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

 PELURUHAN INTI ATOM

• —  Inti stabil = Bismuth yaitu yang mempunyai 83 proton dan 126 netron. Inti atom yang mempunyai jumlah proton lebih besar dari 83 akan berada dalam keadaan tidak stabil. Inti yang tidak stabil ini akan berusaha menjadi inti stabil dengan cara melepaskan partikel bisa berupa proton murni         , partikel helium            yang memiliki 2 proton atau partikel lainnya
• —  Inti atom yang tidak stabil = dinamakan inti radioaktif. Unsur yang inti atomnya mampu melakukan aktivitas radiasi spontan berupa pemancaran sinar-sinar radioaktif dinamakan unsur (zat) radioaktif
• —  Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang elektromagnetik) secara spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil menjadi inti-inti yang stabil disebut Radioaktivitas. Inti yang memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang terjadi disebut inti anak.

JENIS RADIASI YANG DIPANCARKAN

A.     Diatas pita kestabilan, mempunyai jumlah netron yang terlalu banyak., dapat Peluruhan Beta adalah merupakan radiasi partikel beta. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron disebut peluruhan beta minus (ß^- ),

            

 Contoh : 

                            dan                                                                                     

  B.     Dibawah pita kestabilan , mempunyai jumlah proton yang lebih banyak, harus mengurangi proton dengan  Cara:

 Peluruhan Positron (ß⁺⁾, yaitu dengan mengubah proton menjadi netron dengan memancarkan positron (ß⁺)

Contoh :  ⁸₅ B     ------>       ⁸₄ Be   + ⁰₊₁ ß

C.     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 biasanya terjadi pada radioisotope dengan NA  diatas 83.

D.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  ----->  ₂₇Co⁶⁰  + γ

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, yang dinyatakan dengan:

      -dN/dt »N;

      dengan

      N=jumlah radionuklida,

      t=waktu

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

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

—  Jika t = t_½, maka N = ½ N₀

      ln ½ N₀/N₀ = - lt_½

       lt_½ = ln 2

       lt_½  = 0,693 è t_½ = 0,693/ l

Contoh :

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

Jawab ; λ  =          = 0,231

Selain itu waktu paruh juga dapat ditentukan dengan rumus  :   

                                                         (t/ t_½ )

                     Nt/No  =  [1/2]

Dimana :  No   =  jumlah zat radioaktif mula-mula

                  Nt   =  jumlah zat radioaktif sisa

                

Contoh :

a.       Suatu zat radioaktif mempunyai waktu paruh 20 tahun, 25 gram zat itu disimpan selama 60 tahun. Berapa gram sisanya.

b.   Suatu sampel Na-24 disimpan selama 45 jam, berapa persen Na-24 masih tersisa bila waktu paruhnya 15 jam?

REAKSI INTI

Yaitu reaksi yang melibatkan perubahan susunan inti atom yang disertai pemancaran energy (radiasi) yang sangat besar.Reaksi ini dapat berupa :

1.      Reaksi Fisi

—  Reaksi Fisi : reaksi pembelahan inti menghasilkan netron

—  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 ²³⁵U ekivalen dengan energi yang dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara

2.      Reaksi Fusi

·      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:

o   Energi yang dihasilkan lebih tinggi

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

Contoh Soal

1.      Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-mula di simpan beratnya adalah 40 gram, maka setelah disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak?

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

2.      Suatu 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

X = 10