Kelompok 4 Ukuran&Sifat Inti, Pita Kestabilan Inti, Energi Ikat

Ukuran & Sifat Inti Atom

KELOMPOK 4Karen Margareta 140210110057Astri Aldelina 140210120022Ikbar Ar-rumaisha 140210120028M. Rezki Ghassani 140210120044Arnel Penaranda 140210120076

DEFINISI ATOM• Atom merupakan bagian terkecil suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi

tersebut.

• Bila atom-atom saling bergabung akan membentuk suatu molekul atau gugusan atom.

• Molekul dapat berupa molekul unsur (bila atom yang bergabung sama atau bersifat

homoatom) atau molekul senyawa (bila atom yang bergabung berbeda atau bersifat

heteroatom).

• Molekul bersifat netral, sedangkan gugusan atom dapat bermuatan positif atau negatif,

yang sering dikenal sebagai ion positif atau negatif.

• Adanya inti Atom pertama kali diketahui oleh Rutherford (1911), dari eksperimen yang dilakukan oleh Geiger dan Marsden (1909).

• Model Inti : Inti Atom berbentuk bola dengan jejari tertentu, bermassa dan mempunyai momentum sudut dan momen magnetik.

• Distribusi muatan dalam inti tidak simetris bola, hal ini menyebabkan momen listrik.

INTI ATOM

■ Elektron mengalami gaya yang diberikan oleh Inti (gaya Coulomb), jadi ada gaya luar. Di dalam inti tidak ada gaya luar, gerak nukleon disebabkan oleh pengaruh gaya dari nukleon sendiri.

■ Interaksi antar elektron di dalam atom pengaruhnya sangat kecil terhadap tingkat energi atomik. Struktur atom ditentukan oleh interaksi elektron dan inti. Dalam inti interaksi antar nukleon memberikan gaya inti.

■ Gaya Coulomb pada atom dapat diungkapkan secara analitis yang sederhana. Pada gaya inti tidak ada ungkapan analitis yang sederhana.

■ Ada kemiripan antara struktur atom dan inti. Pada Inti Atom berlaku juga hukum-hukum Fisika Kuantum, inti atom memiliki keadaan dasar (ground state) dan keadaan tereksitasi. Jika inti tereksitasi, maka akan kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar gamma. Atom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar-X

SIFAT ATOM VS INTI (NUCLEUS)

SIFAT-SIFAT INTI ATOM■ Sifat Inti yang tak bergantung pada waktu (time independent).

■ Massa■ Jejari■ Muatan ■ Momentum Sudut■ Momen magnetik■ Momen listrik

■ Sifat Inti yang bergantung pada waktu (time dependent)■ Peluruhan Radioaktif■ Reaksi Inti

Sifat Inti yang tak bergantung pada waktu (time independent)

1. Muatan IntiModel atom Rutherford dapat menjelaskan spektra sinar-X unsur-unsur yang diukur oleh Moseley (1913). Dari data Moseley diketahui bahwa muatan inti adalah Muatan inti: Z x e , dengan Z = nomor atom

e = + 1,602 x 10-19 Coulomb.

2. Massa IntiMenurut hipotesa Dalton (1803) atom-atom suatu unsur identik. Prout (1815) menyatakan bahwa semua unsur tersusun atas hidrogen, dan massanya dapat dinyatakan sebagai :

M = C x MH dengan, MH = massa hidrogen

C = bilangan bulat

3. Jari - Jari Atom ■Jari-jari inti belum bisa ditentukan/diukur secara langsung■Ada dua metode, yaitu cara Nuklir dan Cara Elektromagnetik.■Jika diasumsikan inti bulat (bola), maka jejarinya ditentukan degan persamaan :

R= ro.A1/3

a. Cara Nuklir : Cara ini diukur jari-jari gaya inti (nuclear force radius),yaitu jarak dari pusat inti (core) ke jarak jangkauan gaya inti.

ro ditentukan melalui eksperimen, yaitu :

Cara yang termasuk metode ini : ■ Hamburan partikel alfa, diperoleh :

ro=1,414 x 10-13 cm

■ Peluruhan alfa dengan hasil :

ro=1,48 x 10-13 cm

■ Hamburan neutron cepat

dengan hasil :

ro=1,37 x 10-13 cm

4. Momentum Sudut Inti■Momentum sudut inti dapat diketahui dari struktur halus (hyperfine

structure), dapat diamati menggunakan dengan spektrometer dengan resolusi tinggi.

■Nukleon mempunyai spin ½. Karena nukleon bergerak, maka proton dan neutron juga mempunyai momentum sudut orbital.

■Momentum sudut total (spin inti) I, merupakan jumlah vektor momentum sudut orbital, L dan momentum sudut spin, S tiap nukleon.

I = J = Σlk + Σsk ................. (1) k=1 k=1

5. Momen Magnetik■Di dalam inti atom nukleon-nukleon mengalami gerak orbital, baik proton

maupun neutron mempunyai momen magnetik.■Untuk proton, momen magnetik proton, Mp, dan momentum sudut orbital, Lp.

6. Momen Listrik Inti■ Momen listrik Inti pertama kali dijelaskan oleh Schuler dan Schmidt (1935),

pada hyperfine struktur Eu-151 dan Eu-153. ■ Adanya momen kuadrupol inti berarti menunjukkan distribusi inti tidak simetris

bola.■ Konsep multipol listrik dapat dijelaskan berdasarkan teori potensial listrik

Sifat Inti yang bergantung pada waktu (time dependent)

1. Peluruhan Radioaktif· Perubahan dari inti atom tak stabil menjadi inti atom yg stabil disebut dengan

disintegrasi/peluruhan inti· Proses disintegrasi selalu disertai dengan pelepasan partikel kecil berkecepatan

tinggi disebut radiasi partikel nuklir/radiasi nuklir.· Peluruhan radioaktif ada 3 yaitu peluruhan alfa, peluruhan beta dan peluruhan

gamma

2. Reaksi Inti· Reaksi inti adalah proses perubahan yang terjadi dalam ini atom akibat tumbukan

dengan partikel lain atau berlangsung dengan sendirinya· 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.

QbYXa

• Elektron beredar mengelilingi inti atom pada jarak yang relatif jauh.

• Jarak inti atom dengan garis edar elektron paling luar disebut jari-jari atom.

• Jari-jari atom jauh lebih besar daripada jari-jari intinya.

• Besar jari-jari atom ± 10–8 cm, sedangkan jari-jari inti atom ± 10–13 cm. Jika jari-jari

inti atom dianggap sebesar 1 cm, jari-jari atom sebesar 1 km.

• Seandainya ukuran atom sebesar stadion Senayan, inti atom tidak lebih besar

daripada kelereng.

UKURAN INTI DALAM ATOM

Ukuran inti atom

Inti atomr

R

Partikel alpha

KE

PE

R

Ze2

4

1PEKE

2

o

KE4

Ze2R

o

2

J10x2,1MeV7,7KE 12alpha

mZ10x8,3

10x2,1

Z)10x6,1)(10x9(2R

16

12

2199

r10m10x4R79Z 414CuCu

Pita Kestabilan Inti

• Pita kestabilan inti merupakan grafik yang menyatakan hubungan

antara jumlah neutron (N) dan jumlah proton (Z).

• Isotop-isotop unsur yang terletak pda pita kestabilan nerupakan

isotop yang stabil, sedangkan isotop-isotop unsur yang terletak di

luar pita (di atas atau di bawah) merupakan isotop yang bersifat

radioaktif.

• Pita kestabilan inti memuat unsur-unsur bernomor atom 83. Unsur-

unsur bernomor atom lebih dari 83 selalu bersifat radioaktif.

Pendahuluan

• Isotop unsur radioaktif yang terletak di atas pita

kestabilan inti memiliki jumlah neutron yang lebih besar

daripada jumlah proton.

• Untuk mencapai kestabilan (menempati pita kestabilan)

maka isotop-isotop tersebut harus mengurangi neutron

atau menambah protonnya.

Isotop unsur radioaktif yang terletak di atas pita

kestabilan inti.

Hal ini dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :

• Pemancar elektron

• Penangkapan proton

• Isotop unsur radioaktif yang terletak di bawah pita

kestabilan inti memiliki jumlah neutron yang lebih kecil

daripada jumlah proton.

• Untuk mencapai kestabilan, unsur-unsur tersebut harus

menambah jumlah neutron atau mengurangi jumlah

protonnya.

Isotop unsur radioaktif yang terletak di bawah pita kestabilan inti

Berikut cara yang dapat dilakukan:

• Memancarkan positron

• Menangkap elektron

Pita Kestabilan Inti (Nuclear Stability)

SUMMARY

Faktor-faktor yang menentukan kestabilan inti :

1. Angka banding jumlah neutron dan proton ( N/Z )

2. Pasangan nukleon (Hukum genap-ganjil)

3. Energi pengikat inti per nukleon

SUMMARY

• Semua inti dengan Z>83 dan A>209 akan bertranformasi spontan menjadi inti yang lebih ringan melalui pemancaran sebuah atau lebih partikel alpha, beta atau gamma

• Jenis nuklida :

Z genap-N genap : 165

Z ganjil- N ganjil : 5

• Energi pengikat inti per nukleon adalah energi pengikat inti dibagi dengan jumlah nukleon dalam inti

• Plot energi pengikat inti per nukleon terhadap nomor massa

ENERGI IKAT

Atom

Inti Atom NukleonProton

NeutronKulit Atom Elektron

• Proton mempunyai muatan positif, +e• Elektron mempunyai muatan negatif, -e• Neutron tidak bermuatan

Susah dideteksi• Muatan elementer (e )= 1.602 177 33 x 10-19 C

Lambang Inti Atom : A ZX N atau X-A

dengan: X = jenis inti

Z = nomor proton (Jumlah proton)

A = nomor massa (Jumlah nukleon)

N = (A-Z) = jumlah neutron

Contoh cara menulis:

42He2,

147N7, 16

8O8 atau 4He, 14N, 16O atau He-4, N-14, O-16

isotop → sifat kimia sama (Z sama), sifat nuklir berbeda

O-16, O-17, O-18 → isotop, Z sama (8)

U-235, U-238 → isotop, Z sama (92)

isoton → N sama

Isobar → A sama

isomer → A, N, Z sama, tenaga beda, misal 14N dan 14N*

Proton-proton dalam inti tolak-menolak, tetapi mengapa nukleon (proton dan neutron) tetap bersatu dalam inti?

Mengapa massa sebuah inti berbeda dengan jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya?

Menjadi apakah selisih massa ini?

Nukleon-nukleon tetap bersatu dalam inti atom karena ada gaya inti yang lebih besar dari gaya elektrostatik

GAYA INTI• Gaya inti adalah gaya tarik menarik antar nukleon

• Gaya inti berperan mengikat nukleon-nukleon tetap bersatu dalam inti atom

• Gaya inti merupakan gaya terkuat dibandingkan dengan gaya gravitasi dan gaya elektrostatik

• Gaya inti memiliki jangkaun terbatas dan tidak memenuhi hukum kuadrat kebalikan

• Gaya inti tidak bergantung dari jenis muatan nukleon

Nomor atom (Z)

Unsur Lambang Nomor massa Massa atomsma

1 HidrogenDeuterium

Tritium

HDT

123

1,007 8252,014 1023,016 049

2 Helium He 34

3,016 0294,002 602

3 Litium Li 67

6,015 1217,016 003

6 Karbon C 11121314

11,011 43312,000 00013,003 35514,003 242

8 Oksigen O 151618

15,003 06515,994 91517,999 160

10 Neon Ne 2022

19,992 43521,991 383

11 Natrium Na 222324

21,994 43422,989 76723,990 961

Tabel 1 massa atom dari berbagai unsur

catatan: massa atom yang diberikan pada kolom 5 adalah massa untuk atom netral, termasuk Z elektron

Partikel Muatan Kg sma MeV/c2

Proton +e 10-27 1,007 276 938

Netron 0 10-27 1,008 665 939

Elektron -e 10-31 0,000 549 0,511

Tabel 2 muatan dan massa proton, netron dan elektron

mengandung dua proton, dua netron, dan dua elektron He42

He42

Gunakan tabel 2 untuk menghitung massa proton dan massa netron

Massa 2 proton = 2 x 1,007 276 sma = 2,014 552 smaMassa 2 netron = 2 x 1,008 665 sma = 2,017 330 sma

Massa nukleon atom netral He-4 = massa 2 proton + massa 2 netronMassa nukleon atom netral He-4 = 4,031882 sma

Massa inti atom = massa atom – massa elektron

Massa inti atom = 4,002 602 – (2 x 0,000 549) = 4,001 504 sma

Massa nukleon > massa inti atom

smam 030378,0001504,4031882,4

JUMLAH MASSA NUKLEON PADA KEADAAN BEBAS TIDAK SAMA DENGAN MASSA NUKLEON KETIKA MEMBENTUK

INTI

Selisih massa berubah menjadi energi yang terdapat dalam inti atom (kesetaraan massa – energi)

2mcEikat

Selisih massa nukleon dengan massa inti atom disebut defek massa (mass defect)

Energi yang terjadi dalam inti atom disebut energi ikat inti (binding energy)

Deffek massa = massa nukleon – massa inti

2mcEikat

ENERGI IKAT

Perbedaan antara energi inti dengan energi penyusun inti (nukleon) disebut energi ikat. Juga bisa dipandang sebagai energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi proton dan neutron

Tenaga pemisahan (S) untuk melepas satu neutron (neutron separation energy) dari 4He → 3He + n

S(4He → 3He + n) = M(32He) + mn – M(4

2He)

= 20,58 MeV

Hubungan Defek Massa Dengan Energi Ikat

inP mmZAZmm int)(

)()( eAZnP ZmXmmZAZmm

XmZmmZAZmm AZenP )(

2mcEikat

2))(( cXmZmmZAZmE AZenpikat

Keterangan :

∆m = defek massa

Z = jumlah proton/ jumlah elektron

(A-Z) = Jumlah neutron

mp = massa proton

mn = massa neutron

me = massa electron

c = kecepatan cahaya

Kgsma 271066,11

2827 )/1099,2()1066,1( smKgE

JE 111084,14

eVC

JE 8

19

11

1031,9106,1

1084,14

MeVE 931

smaMeVXmZmmZAZmE AZenpikat /931))((

smaMeVXmmZAmmZE AZnepikat /931))()((

smaMeVXmmZAZmHE AZnikat /931))((

ENERGI IKAT PERNUKLEON = ENERGI IKAT PERSATUAN NUKLEON

XA

E

nukleon

E iikatiikat

intint

Unsur yang energi ikatnya lebih kuat artinya nukleonnya terikat lebih kuat satu

sama lain

Semakin besar energi ikat pernukleon suatu unsur semakin stabil unsur tersebut

• Inti atom yang kecil kurang stabil karena daya tarik antara nukleonnya relatif kecil.

• Energi ikat pernukleon maksimum sekitar 8,8 MeV dengan massa atom sekitar 56 (Fe)

• Penurunan grafik setelah titik maksimum (Fe) karena adanya pertambahan gaya tolak-menolak antara proton

• Pada inti yang lebih kecil dari Fe pertambahan energi ikat antar nukleon > pertambahan gaya tolak antar proton

• Pada inti yang lebih besar dari Fe pertambahan gaya tolak antar proton > pertambahan energi ikat antar nucleon

• Nukleon-nukleon tetap di dalam inti karena ada gaya inti di dalam inti atom.

• Massa pembentuk nukleon lebih besar daripada massa inti

• Selisih massa antara massa nukleon dan massa inti menghasilkan energi ikat inti (Hukum Kesetaraan Massa-Energi)

• Unsur yang energi ikatnya lebih kuat artinya nukleonnya terikat lebih kuat satu sama lain

• Semakin besar energi ikat pernukleon suatu unsur semakin stabil unsur tersebut.

• Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan jika penyusun inti bergabung membentuk inti.

• Energi dengan jumlah yang sama akan diperlukan untuk memecah inti atom menjadi elemen penyusun, karena itu energi yang ekivalen dengan mass defect digunakan sebagai ukuran dan energi ikat inti.

• “Selisih massa”, m disebut defek massa. Defek massa akan menyatakan nilai energy ikat inti, , sesuai dengan hukum kesetaraan massa-energi Einstein,

SUMMARY

• Jika defek massa m dinyatakan dalam sma, maka energi ikat inti, E, dirumuskan dengan

• Energi ikat rata – rata per nucleon adalah

• Mass defect untuk isotop 16O adalah 0,13709 sma, dengan demikian energi ikatnya adalah 931,4 x 0,13709 MeV = 127,68 MeV

• Karena ada 16 nukleon di dalam inti 16O, maka energi ikat rata-rata dan 16O adalah 127,68/16 atau 7,06 MeV/nukleon.

THANK YOU