Fisika Atom

FISIKA ATOM, INTI ATOM DAN RADIOAKTIVITAS

Disusun Oleh;

MUYANTO

NPM: 09.0504.0038

TEKNIK INFORMATIKA SI

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAGELANG

Jl. MAYJEND BAMBANG SUGENG MERTOYUDAN Km. 5 MAGELANG

2009

MOTTO

Seseorang yang bisa bersikap baik akan menjadi individu yang sukses. Ucapan dan perbuatan yang baik

antara lain : “I CAN” (yakin bahwa kita bisa melakukan sesuatu yang baik) dan “THIS IS A LONG

PLAN” (untuk menjadi sukses dibutuhkan perencanaan yang matang), “LEARNING IS VALUABLE”

(belajar adalah proses yang sangat berharga), “I WILL MAKE A DIFFERENT IN THE LIVES OF

SURROUNDING” (berfikir untuk dapat membuat perubahan bagi orang-orang di sekelilingnya).

Mengungkapkan, memilih perilaku yang baik akan memberikan warna bagi kehidupan. Pilihan itu

bukanlah sesuatu yang ajaib. Kehidupan yang dilakukan dengan baik pasti dapat menghasilkan perubahan

besar. Asal ada kemauan pasti ada jalan.

نم دج دجوArtinya :

“Barang siapa yang bersungguh maka dia akan memperoleh sesuatu”.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, saya panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kesempatan pada

penulis untuk dapat menyelesaikan paper yang berjudul “FISIKA ATOM, INTI ATOM, dan

RADIOAKTIVITAS” sebagai salah satu tugas Tes Tengah Semester.

Tiada gading yang tak retak, maka dari itu penulis menyadari bahwa di dalam paper ini masih banyak

kekurangan dan ketidaksempurnaan karena keterbatasan data dan pengetahuan penulis serta waktu yang

ada. Oleh karena itu dengan rendah hati penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari

kalangan pembimbing untuk kesempurnaan paper ini.

Dan penulis berharap melalui paper ini dapat memberikan inspirasi bagi siswa untuk lebih giat belajar dan

mengukir prestasi. Terlepas dari semua itu, ucapan “Thank You Very Much” kepada semua pihak yang

telah membantu penyelesaian paper ini.

Magelang, 19 Nopember 2009

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

MOTTO ii

KATA PENGANTAR iii

DAFTAR ISI iv

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang 1

B. Rumusan Masalah 1

C. Tujuan dan Manfaat 1

D. Metode 2

E. Sistematika Penulisan 2

BAB II KAJIAN TEORI

A. Struktur Atom 3

B. Laser 6

C. Inti Atom 7

D. Radioaktivitas 8

E. Transmutasi Inti dan Piranti Eksperimen Fisika Inti 10

F. Radioisotop, Difraksi Sinar-X dan Pita Energi 11

G. Semikonduktor 12

BAB III PENYAJIAN DATA, ANALISIS DAN PEMECAHAN

MASALAH

A. Radiasi dalam Kehidupan Sehari-hari 13

B. Keselamatan Radiasi Lingkungan dalam Pengelolaan

Limbah Radioaktif di Indonesia 16

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 21

B. Saran 22

DAFTAR PUSTAKA 23

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Ilmu pengetahuan dan teknologi (Iptek) terus dikembangkan dan dimanfaatkan dalam upaya memenuhi

kebutuhan dasar manusia, memperpanjang harapan hidup dan menstimulasi peningkatan kualitas hidup.

Dalam pemanfatan iptek untuk berbagai tujuan selalu ditimbulkan sisa proses/limbah, karena efisiensi

tidak pernah mencapai 100%. Demikian juga dalam pemanfaatan, pengembangan dan penguasaan iptek

nuklir selalu akan ditimbulkan limbah radioaktif sebagai sisa proses. Limbah radioaktif yang ditimbulkan

harus dikelola dengan baik dan tepat agar tidak mencemari lingkungan, karena pada gilirannya berpotensi

mengganggu kesehatan masyarakat. Berdasarkan pengalaman di Amerika Serikat, ditunjukkan bahwa

pembersihan lingkungan (clean up) akibat terjadinya pencemaran oleh limbah radioaktif membutuhkan

biaya 10 sampai 100 kali lebih besar dibandingkan bila biaya pengelolaan limbah tersebut secara baik.

Uraian ini diharapkan dapat memberikan informasi seimbang kepada anggota masyarakat.

B. Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang masalah diatas maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

“Bagaimana mengaplikasikan pengetahuan tentang fisika atom, inti atom dan radioaktivitas terhadap

penanganan bahaya limbah radioaktif. ”

C. Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah :

1. Mengidentifikasi dan memberikan gambaran tentang fisika atom, inti atom dan radioaktivitas.

2. Untuk mengetahui penanganan bahaya limbah radioaktif secara benar.

D. Metode

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode studi kepustakaan. Pemilihan metode ini

karena penelitian yang dilakukan ditujukan untuk mengidentifikasi permasalahan penanganan bahaya

limbah radioaktif dengan mengetahui cara pengaplikasian pengetahuan tentang fisika atom, inti atom dan

radioaktivitas dengan mengacu pada literatur-literatur, artikel-artikel dan sumber bacaan lain.

E. Sistematika Penulisan

Sistematika dalam penulisan paper ini terbagi dalam empat bab. Pembagian penulisan dalam paper ini

untuk memudahkan penulis dalam menyusun hasil penelaahan terhadap permasalahan yang ada.

Dan sistematika penulisan paper ini dapat diuraikan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini secara garis besar memuat pendahuluan, rumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian,

metode penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II KAJIAN TEORI

Dalam bab ini akan diuraikan mengenai definisi konsep fisika atom, inti atom, dan radioaktivitas.

BAB III PENYAJIAN DATA, ANALISIS DAN PEMECAHAN MASALAH

Dalam bab ini akan disajikan data-data tentang permasalahan yang timbul akibat limbah radioaktif dan

pemecahan masalah yang bisa dilakukan.

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini memuat tentang pokok-pokok hasil pembahasan dari bab II dan III. Uraian kesimpulan

akan menjadi jawaban atas masalah yang sudah dirumuskan.

BAB II

KAJIAN TEORI

A. STRUKTUR ATOM

- TEORI ATOM DALTON

John Dalton pada tahun 1803 mengemukakan teorinya sebagai berikut :

a. Atom merupakan bagian terkecil suatu zat yang tidak dapat dibagi lagi.

b. Atom tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.

c. Sifat unsur memiliki sifat yang sama dengan sifat atom penyusunnya.

d. Dua atom atau lebih yang berasal dari unsur-unsur yang berlainan dapat bersenyawa membentuk

molekul, dengan jumlah massa sebelum dan sesudah persenyawaan adalah sama.

e. Dalam suatu senyawa, atom-atom setiap unsur bergabung dengan perbandingan tertentu dan sederhana

(misalnya : atom C dan atom O membentuk CO dan CO2).

Kelemahan teori Dalton adalah :

a. Ternyata atom masih dapat dibagi lagi seperti proton, neutron dan electron.

b. Tidak dapat menjelaskan sifat kelistrikan pada atom.

- TEORI THOMSON

Dalam percobaannya menggunakan tabung sinar katoda, menunjukkan bahwa partikel sinar katoda jauh

lebih ringan dari pada atom. Partikel ini oleh Thomson dinamakan electron. Dengan tabung sinar katoda

ini, Thomson dapat menentukan harga perbandingan muatan electron dengan massa electron.

Pada tahun 1904, J.J. Thomson mengemukakan model atomnya sebagai berikut : “Atom berbentuk bola

dan bermuatan positif yang tersebar merata ke seluruh bagian atom dan dinetralkan oleh electron yang

melekat pada permukaannya”. Model atom Thomson ini dikenal sebagai model roti kismis.

- TEORI ERNST RUTHERFORD

Rutherford melakukan percobaannya dengan menembakkan partikel a ke arah lempeng emas, sehingga

dapat menyimpulkan: Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron

yang berputar pada lintasan-lintasan tertentu (seperti susunan tata surya).

Bila lintasan elektron dianggap lingkaran, maka energi total elektron:

E = Ek + Ep

E = – k e²/2r tanda (-) menunjukkan keterikatan terhadap inti

(menunjukkan bahwa untuk mengeluarkan elektron

diperlukan energi).

r = jari-jari orbit elektron

k = 9 x 109 newton.m²/cou

Jadi jika r membesar maka E juga membesar, sehingga elektron pada kulit paling luar memiliki energi

terbesar.

Kelemahan teori Rutherford:

1. Elektron dapat “runtuh” ke inti atom karena dipercepat dan memancarkan energi.

2. Spektrum atom hidrogen berupa spektrum kontinu (kenyataannya spektrum garis).

3. Tidak dapat menjelaskan spectrum cahaya yang dipancarkan atom hidrogen.

4. Menurut teori ini, karena memancarkan gelombang elektromagnetik maka energi total electron akan

semakin berkurang sehingga akhirnya akan jauh ke inti.

- TEORI NEILS BOHR

Berdasarkan model atom Rutherford dan teori kuantum, Neils Bohr mengemukakan teorinya:

1. Elektron hanya dapat mengelilingi inti atom melalui lintasan-lintasan tertentu saja, tanpa membebaskan

energi. Masing-masing lintasan hanya dapat dilalui elektron yang memiliki momentum anguler kelipatan

bulat dari h/2.

m . v . r = n . h/2

2. Elektron akan mengalami eksitasi (pindah ke lintasan yang lebih tinggi) atau ionisasi jika menyerap

energi, dan transisi ke lintasan yang lebih rendah jika memancarkan energi foton.

Jari-jari lintasan elektron:

rn = 5.28 x 10-11 n2 meter

n = 1, 2, 3, ………….. = bilangan kuantum utama

Tingkat-tingkat energi (energi kulit ke-n):

En = – (k e2/2 r n2)= (-13.6/n2) ev

1 eV= 1.6 x 10-19 joule

SPEKTRUM ATOM HIDROGEN (SPEKTRUM GARIS)

Menurut Neils Bohr :

1/ = R [ (1/nA2) - (1/nB2) ]

E = EB – EA = h . c/

EB = energi pada kulit n

EA = energi pada kulit nA

R = konstanta Rydberg = 1.097 x 107 m-1

E = energi yang diserap/dipancarkan pada saat elektron pindah

I. Deret Lyman

terletak pada daerah ultra ungu

nA = 1 ; nB = 2, 3, 4, …….

II. Deret Balmer

terletak pada daerah cahaya tampak

nA = 2 ; nB = 3, 4, 5. … …

III. Deret Paschen

terletak pada daerah infra merah 1

nA=3 ; nB = 4, 5, 6,…..

IV. Deret Bracket


nA = 4 ; nB = 5, 6, 7,…….

V. Deret Pfund


nA = 5 ; nB = 6, 7, 8, …

Kelemahan Model Atom Bohr:

1. Tidak dapat menerangkan atom berelektron banyak

2. Tidak dapat menerangkan pengaruh medan magnet terhadap spektrum atom (kelemahan ini dapat

diperbaiki oleh Zeeman, yaitu setiap garis pada spektrum memiliki intensitas dan panjang gelombang

yang berbeda)

3. Tidak dapat menerangkan kejadian ikatan kimia

LUCUTAN GAS

Lucutan gas adalah peristiwa mengalirnya muatan listrik di dalam tabung lucutan gas (tabung Crookes)

pada tekanan gas sangat kecil menghasilkan berkas sinar katoda.

PERBANDINGAN MASSA DAN MUATAN ELEKTRON (e/m)

1. Dihitung oleh JJ Thomson:

e/m= 1,7588 x 1011 coul/kg

2. R.A. Milikan menghitung besarnya muatan elektron:

e = 1,6021 x 10-19 coulomb

3. Sehingga massa elektron dapat ditentukan:

me = 9,1091 x 10-31

B. LASER

Sifat laser : koheren, monokromatik, intensitas tinggi dan pulsanya sejajar.

Jenis laser : padat (Ruby), cair (larutan kriptosianida), gas (CO2, He-Ne) dan semi konduktor (Gas As)

Penerapan laser : mengukur jarak, alat bedah, gambar 3 dimensi (holografi), mengasah intan, memotong

baja.

C. INTI ATOM

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (1P1) dan netron ( 0n1). Kedua partikel pembentuk

inti atom ini disebut juga nukleon.

Simbol nuklida : ZXA atau ZAX dengan

A = nomor massa

Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar

N = A – Z = jumlah netron di dalam inti atom

Proton bermuatan positif = 1,6 x 10-19 C dan netron tidak bermuatan.

Isoton : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.

Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.

Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.

Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Akibatnya ada

energi ikat inti.

Contoh: 2p + 2n 2He4 jadi m = m(2p + 2n) – m(2He4)

Energi ikat inti E = m c2 m = (Z . mp + N . mn) – minti

Dalam fisika inti satuan massa biasa ditulis 1 sma (1 amu) = 1.66 x 10-27 kg = 931 MeV/C2

satuan m :

kg E = m . c2 (joule)

sma E = m . 931 (MeV)

Stabilitas inti:

Suatu nuklida dikatakan stabil bila terletak dalam daerah kestabilan pada diagram N – Z.

Untuk nuklida ringan (A 83 adalah tidak stabil.

Contoh:

1. Sumber energi matahari adalah reaksi inti 4 proton helium + 2e+ diketahui:

- massa proton = 1,6726 x 10-27 kg

- massa e+ = 0,0009 x 10-27 kg

- massa helium = 6,6466 x 10-27 kg

Jika dalam reaksi ini terbentuk 6,6466 gram helium, hitunglah energi yang dihasilkannya.

Jawab:

Dalam setiap reaksi yang terjadi: 4 1p1 2He4 + 2e+, selalu terbentuk 1 2He4 yang massanya 6,6466 x

10-27 kg. Karena terbentuknya 6,6466 gram 2He4, maka jumlah reaksi yang terjadi (n) adalah:

n = (6,6466 gram) / (6,6466 x 10-27) = 1024 kali reaksi.

Dari rumus Defek massa:

m = M(p) – M(1 2He4 + 2e+) = 0,042 x 10-27 kg

Jadi energi total reaksi yang dihasilkan:

E = n . m . c2 = 1024 . 0,042 x 10-27 (3.108)2 = 0,378 x 1013 joule

D. RADIOAKTIVITAS

Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar-sinar , , yang menyertai proses peluruhan inti.

Sinar : - identik dengan inti atom helium (2He4)

- daya tembusnya kecil tapi daya ionisasinya besar.

Sinar : - identik dengan elektron ( le.)

- daya tembus cukup besar tapi daya ionisasinya agak kecil

Sinar : - tidak bermuatan (gelombang elektromagnetik).

- daya tembus paling besar tapi daya ionisasinya kecil (interaksi berupa foto listrik, Compton den

produksi pasangan).

Kuat radiasi suatu bahan radioaktif adalah jumlah partikel (, , ) yang dipancarkan tiap satuan waktu.

R = N

R = kuat radiasi satuan Curie

1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 peluruhan per detik.

= konstanta pelurahan, tergantung pada jenis isotop dan jenis pancaran radioaktif, yang menyatakan

kecepatan peluruhan inti.

N = jumlah atom.

Waktu paruh (T ½) adalah waktu yang diperlukan oleh ½ unsur radioaktif berubah menjadi unsur lain.

T½ = ln 2/ = 0,693/ N = Noe-lt = No(½)-t/T

Jadi setelah waktu simpan t = T½ massa unsur mula-mula tinggal separuhnya, N = ½ No ATAU setelah

waktu simpan nT½ zat radioaktif tinggal (½)n

Sinar radioaktif yang melewati suatu materi akan mengalami pelemahan intensitas dengan rumus:

I = Ioe-x

Io = intensitas mula-mula (joule/s.m2)

= koefisien serap materi (m-1 atau cm-1)

x = tebal materi/bahan (m atau cm )

Bila I = ½ Io maka x = 0,693/ disebut HVL (lapisan harga paruh) yaitu tebal keping yang

menghasilkan setengah intensitas mula.

Jenis detektor radioaktif :

1. Pencacah Geiger(G1M)

untuk menentukan/mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif

2. Kamar Kabut Wilson

untuk mengamati jejak partikel radioaktif

3. Emulsi Film

untuk mengamati jejak, jenis dan mengetahui intensitas partikel radioaktif

4. Pencacah Sintilad

untuk mencacah dan mengetahui intensitas partikel radioaktif.

E. TRANSMUTASI INTI DAN PIRANTI EKSPERIMEN FISIKA INTI

TRANSMUSI INTI

1. Fisi

Peristiwa pembelahan inti atom dengan partikel penembak, sehingga menghasilkan dua inti baru dengan

nomor massa yang hampir sama.

Contoh: Dalam reaktor atom: U235 + n Xe140 + Sr94 + 2n + E

2. Fusi

Peristiwa penggabungan dua inti atom ringan, menghasilkan inti atom baru yang lebih berat.

Contoh: reaksi di matahari: 1H2 + 1H2 2He3 + on1

PIRANTI EKSPERIMEN FISIKA INTI

1. Reaktor Atom

Tempat berlangsungnya reaksi fisi, yaitu penembakan Uranium (U) dengan netron (n), menghasilkan

banyak n yang dapat dikendalikan. Bila tidak dikendalikan terjadi bom atom.

Komponen reaktor :

- batang kendali

- moderator

- perisai

- bahan bakar

2. Siklotron

Tempat pemercepat partikel (proton atau netron). Energi hingga 100 MeV.

3. Betatron

Tempat pemercepat elektron. Energi hingga 300 MeV.

4. Sinkrotron

Tempat pemercepat proton. Energi yang dicapai hingga 500 GeV.

5. Akselerator

Tempat pemercepat proton atau elektron. Energi hingga 10 GeV.

Semua piranti di atas digunakan untuk melakukan transmutasi inti.

F. RADIOISOTOP, DIFRAKSI SINAR-X DAN PITA ENERGI

RADIOISOTOP

Radioisotop adalah isotop dari zat radioaktif, dibuat dengan menggunakan reaksi inti dengan netron.

misalnya 92 U 238 + 0 n 1 29 U 239 +

Penggunaan radioisotop:

- Bidang hidrologi

- biologi

- industri

DIFRAKSI SINAR-X

Jika seberkas sinar-X datang pada kristal, maka sinar-sinar yang dipantulkan akan saling memperkuat

(interferensi konstruktif). Dalam hal ini berlaku Persamaan Bragg yaitu :

m = 2d sin

m = 1, 2, 3, …….. = orde difraksi

= panjang gelombang sinar X

d = sudut antara sinar datang dengan permukaan kristal

PITA ENERGI

Teori pita energi dapat menerangkan sifat konduksi listrik suatu bahan.

Pita energi terdiri atas dua jenis yaitu:

1. Pita valensi (terisi penuh oleh 2N elektron di mana N adalah jumlah atom suatu bahan)

2. Pita konduksi (terisi sebagian elektron atau kosong)

Di antara pita valensi dan pita konduksi terdapat celah energi yang layak tidak boleh terisi elektron.

G. SEMIKONDUKTOR

Hambatan jenis (kebalikan dari konduktivitas listrik) suatu bahan dapat dikelompokkan menjadi:

1. Konduktor ( 104 m)

Hubungan hambatan jenis (o) terhadap suhu

Pada bahan semikonduktor, hole (kekosongan) den elektron berfungsi sebagai pembawa muatan listrik

(pengantar arus).

Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor).

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian

(doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Semikonduktor

jenis ini terdiri dari dua macam, yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole) dan tipe-N

(pembawa muatan elektron).

Komponen semikonduktor:

1. Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan dan detektor.

2. Transistor, dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan saklar. Transistor terdiri dari dua jenis

yaitu PNP dan NPN.

BAB III

PENYAJIAN DATA, ANALISIS DAN

PEMECAHAN MASALAH

A. RADIASI DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Sadarkah anda jika tiap hari tubuh selalu menerima radiasi. Buktinya ada saat anda membuka jendela

kamar di pagi hari. Kehangatan sinar mentari merasuki setiap kehidupan. Sinar atau cahaya yang

dipancarkan sang surya itu dikenal dengan radiasi infra merah. Orang-orang yang hidup di daerah sub-

tropis pada musim panas atau bila berkunjung ke daerah tropis sebagai turis gemar menjemur diri di

pantai untuk mendapatkan radiasi ultraviolet agar kulit tubuhnya berwarna kecoklatan. Saat ini, manusia

dengan rekannya yang terpisah jauh dapat berkomunikasi dengan suara ataupun gambar. Itu juga berkat

jasa berkat radiasi gelombang pendek (microwave).

Begitu pula hubungan antara seorang astronot yang ada di ruang angkasa dengan operator di pusat

pengendali bumi. Bukan hal yang aneh pula hampir setiap dapur di negara-negara maju dilengkapi

dengan alat memasak yang disebut microwave. Nah, artinya kita telah banyak memanfaatkan berbagai

jenis radiasi untuk memudahkan dan meningkatkan kualitas hidup di bumi.

Kalau begitu bisa dikatakan radiasi adalah hal yang sudah akrab dengan kehidupan manusia. Wajar saja,

sebab radiasi sudah ada di bumi sebelum kehidupan ini lahir. Bahkan, ia sudah hadir di ruang angkasa

sebelum bumi itu sendiri nongol. Radiasi merupakan bagian dari big-bang yang sejauh kita ketahui lahir

kurang lebih dua puluh milyar tahun yang lalu. Sejak itu radiasi menyelimuti ruang angkasa dan

merupakan bagian dari bumi.

Pada 1892 ilmuwan berkebangsaan Prancis, Antoine Henri Becquerel meletakkan beberapa lempeng film

fotografi di dalam laci. Bersama itu pula ditaruh mineral yang mengandung uranium. Saat film fotografi

dicuci dalam larutan pengembang, ia terkejut karena adanya pengaruh mineral uranium pada film

fotografi itu. Sejak itu Becquerel dikenal sebagai penemu uranium.

Berikutnya, pada 1898, suami Marie Currie, pionir pemakai kata radioaktivitas, yaitu Pierre menemukan

bahwa uranium mengeluarkan radiasi dan ada elemen misterius lainnya. Salah satunya adalah apa yang

mereka sebut sebagai polonium.

Berkat semua itu, ketiganya dianugrahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1903. Yang jelas, penemuan

radioaktivitas akhirnya menjadi semacam babak baru dari era fisika modern. Terutama sejak ditemukan

Polonium itu berhasil mengubah banyak hal dan membangkitkan pertanyaan. Misalnya, apa yang

menyebabkan atom-atom meluruh, terbuat dari apa atom-atom itu, gaya-gaya apa yang bekerja di

dalamnya? Hasilnya, pada abad berikutnya manusia pun menemukan banyak hal tentang radiasi dan

fenomena lainnya dalam fisika.

Pada abad ke-20, manusia telah mengenal berbagai jenis radiasi lainnya, yang disebut radiasi pengion.

Radiasi pengion ini juga sudah banyak dimanfaatkan secara luas dalam bidang kedokteran. Satu

diantaranya dipakai untuk membuat foto organ tubuh manusia (rontgen). Di bidang industri, radiasi

pengion ini dipakai untuk mengukur ketebalan kertas atau pelat besi agar hasil produksinya memiliki

ketebalan yang akurat. Bisa pula untuk mendeteksi kebocoran air di bendungan, atau deteksi adanya

potensi kebakaran dalam detektor asap dan lain sebagainya. Pemakaian radiasi pengion pun telah banyak

memberi keuntungan bagi kehidupan manusia.

Radiasi pengion dihasilkan oleh atom-atom yang sangat kecil dan tak kasat mata kita. Menurut

Erwansyah Lubis, Kepala Bidang Keselamatan Kerja dan Lingkungan, Pusat Pengembangan Pengelolaan

Limbah Radioaktif (P2PLR), BATAN, di alam terdapat benda hidup (manusia, hewan dan tumbuhan)

yang secara kimiawi tersusun oleh pelbagai jenis atom yang sangat kecil. “Di alam, atom-atom ada yang

stabil dan ada yang tidak stabil.” Karena punya kelebihan energi di dalam inti, lanjutnya, atom-atom itu

ada yang tak stabil. Akibatnya atom ini akan melepaskan kelebihan energinya (meluruh) untuk jadi jenis

atom lain yang stabil. Kelebihan energi ini dilepaskan dalam bentuk radiasi pengion. “Atau gampangnya,

radiasi dan atom yang tidak stabil ini dikenal dengan sebutan radionuklida alam,” jelas Erwansyah.

Berdasarkan asal usulnya, kata Erwansyah, radionuklida alam dibagi menjadi dua, primordial dan

kosmogenik. Radionuklida primordial adalah radionuklida purba yang ada di bumi dan terjadinya

berkaitan erat dengan terbentuknya bumi itu sendiri. Dari sudut radioekologi, radionuklida primordial

yang penting adalah unsur-unsur berat dan mempunyai deret peluruhan yang panjang seperti halnya deret

uranium (U-238), aktimium (U-235) dan torium (Th-232).

Radionuklida kosmogenik adalah radionuklida yang dihasilkan dari reaksi antara sinar kosmik dengan

inti-inti atom yang terdapat di atmosfer, tanah dan air. Umumnya, radionuklida ini memiliki konsentrasi

yang sangat rendah di alam hingga memerlukan prosedur yang rumit untuk sampling (pengambilan

contoh untuk dianalisis) dan analisisnya.

Radiasi yang dilepaskan oleh radionuklida alam dapat berupa sinar-x dan sinar gamma. Dapat pula berupa

partikel yang mempunyai energi tinggi, seperti partikel alfa, beta dan proton. Radiasi pengion ini bila

menumbuk atau mengenai benda-hidup ataupun benda tak-hidup memiliki kemampuan untuk

menguraikan atom-atom stabil yang ada dalam benda-benda itu menjadi ion-ion positif dan negatif. Bila

radiasi ini mengenai organ atau jaringan tubuh manusia maka akan terbentuk ion-ion postif dan negatif.

Buntutnya, bakal jadi penyebab kerusakan sel-sel pada organ atau jaringan itu. Nah, jika kerusakan sel-sel

ini terjadi dalam jumlah yang relatif banyak dan berlangsung secara terus menerus, kesehatan manusia

pun dapat terganggu.

“Untuk itu, jumlah radiasi pengion yang dapat diterima oleh manusia dibatasi. Ini berguna agar gangguan

kesehatan dalam diri manusia akibat radiasi dapat dicegah,” sebut Erwansyah. Ukuran jumlah radiasi

pengion yang diterima manusia disebut dosis radiasi. Komisi Internasional Perlindungan Bahaya Radiasi

(International Commission on Radiological Protection/ICRP) merekomendasi dosis radiasi yang dapat

diterima oleh manusia dari pemanfaatan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek) nuklir adalah seribu

micro sievert (uSv) atau 1,0 mili sievert (mSv) per tahunnya.

Menurut Handbook of Environmental Radiation, radionuklida alam terdapat dalam pelbagai komponen

lingkungan hidup hingga dapat menyebabkan terjadinya paparan radiasi, eksternal (dari luar) dan internal

(dari dalam). Manusia menerima paparan radiasi yang berasal dari luar tubuh (eksternal) seperti dari

permukaan tanah, dinding rumah dan bahan-bahan lainnya yang ada di sekitar kehidupan manusia.

Sedang paparan radiasi secara internal (dalam tubuh) bisa melalui udara yang terhirup (inhalasi) dan

berbagai bahan makanan atau minuman yang dikonsumsi (ingesi). Beberapa paparan radiasi alam relatif

konstan dan merata diterima oleh penduduk bumi.

B. KESELAMATAN RADIASI LINGKUNGAN DALAM PENGELOLAAN LIMBAH RADIOAKTIF

DI INDONESIA

Pengelolaan limbah radioaktif di Indonesia diatur oleh Undang-undang Ketenaganukliran, Undang-

undang Lingkungan Hidup dan Undang-undang lainnya yang terkait serta berbagai produk hukum di

bawahnya. Teknologi pengolahan limbah radioaktif yang diadopsi adalah teknologi yang telah mapan

(proven) dan umum digunakan di negara-negara industri nuklir. Dalam pengelolaan limbah radioaktif

sesuai ketentuan yang berlaku diterapkan program pemantauan lingkungan yang dilaksanakan secara

berkesinambungan, sehingga keselamatan masyarakat dan lingkungan dari potensi dampak radiologik

yang ditimbulkan selalu berada dalam batas keselamatan yang direkomendasikan secara nasional maupun

internasional.

• Minimisasi Limbah

Dalam pemanfaatan iptek nuklir minimisasi limbah diterapkan mulai dari perencanaan, pemanfaatan

(selama operasi) dan setelah masa operasi (pasca operasi). Pada tahap awal/perencanaan pemanfaatan

iptek nuklir diterapkan azas justifikasi, yaitu “tidak dibenarkan memanfaatkan suatu iptek nuklir yang

menyebabkan perorangan atau anggota masyarakat menerima paparan radiasi bila tidak menghasilkan

suatu manfaat yang nyata”. Dengan menerapkan azas justifikasi berarti telah memimisasi potensi paparan

radiasi dan kontaminasi serta membatasi limbah/dampak lainnya yang akan ditimbulkan pada sumbernya.

Setelah penerapan azas justifikasi atas suatu pemanfaatan iptek nuklir, pemanfaatan iptek nuklir tersebut

harus lebih besar manfaatnya dibandingkan kerugian yang akan ditimbulkannya, dan dalam pembangunan

dan pengoperasiannya harus mendapat izin lokasi, pembangunan, dan pengoperasian dari Badan

Pengawas, seperti telah diuraikan sebelumnya.

• Teknologi Pengolahan Limbah Radioaktif

Tujuan utama pengolahan limbah adalah mereduksi volume dan kondisioning limbah, agar dalam

penanganan selanjutnya pekerja radiasi, anggota masyarakat dan lingkungan hidup aman dari paparan

radiasi dan kontaminasi. Teknologi pengolahan yang umum digunakan antara lain adalah teknologi alih-

tempat (dekontaminasi, filtrasi, dll.), teknologi pemekatan (evaporasi, destilasi, dll.), teknologi

transformasi (insinerasi, kalsinasi) dan teknologi kondisioning (integrasi dengan wadah, imobilisasi,

adsorpsi/absorpsi). Limbah yang telah mengalami reduksi volume selanjutnya dikondisioning dalam

matrik beton, aspal, gelas, keramik, sindrok, dan matrik lainnya, agar zat radioaktif yang terkandung

terikat dalam matrik sehingga tidak mudah terlindi dalam kurun waktu yang relatif lama (ratusan/ribuan

tahun) bila limbah tersebut disimpan secara lestari/di disposal ke lingkungan. Pengolahan limbah ini

bertujuan agar setelah ratusan/ribuan tahun sistem disposal ditutup (closure), hanya sebagian kecil

radionuklida waktu-paro (T1/2) panjang yang sampai ke lingkungan hidup (biosphere), sehingga dampak

radiologi yang ditimbulkannya minimal dan jauh di bawah NBD yang ditolerir untuk anggota masyarakat.

• Pembuangan Limbah Radioaktif

Strategi pembuangan limbah radioaktif umumnya dibagi kedalam 2 konsep pendekatan, yaitu konsep

“Encerkan dan Sebarkan” (EDS) atau “Pekatkan dan Tahan” (PDT). Kedua strategi ini umumnya

diterapkan dalam pemanfaatan iptek nuklir di negara industri nuklir, sehingga tidak dapat dihindarkan

menggugurkan strategi zero release [15]. Pembuangan efluen Dalam pengoperasian instalasi nuklir tidak

dapat dihindarkan terjadinya pembuangan efluen ke atmosfer dan ke badan-air. Efluen gas/partikulat yang

dibuang langsung ke atmosfer berasal dari sistem ventilasi. Udara sistem ventilasi di tiap instalasi nuklir

sebelum dibuang ke atmosfer melalui cerobong, dibersihkan kandungan gas/ partikulat radioaktif yang

terkandung di dalamnya dengan sistem pembersih udara yang mempunyai efisiensi 99,9 %. Efluen cair

yang dapat dibuang langsung ke badan-air hanya berasal sistem ventilasi dan dari unit pengolahan limbah

cair radioaktif. Tiap jenis radionuklida yang terdapat dalam efluen yang di buang ke lingkungan harus

mempunyai konsentrasi di bawah BME. Pembuangan efluen radioaktif secara langsung, setelah proses

pengolahan/dibersihkan dan setelah peluruhan ke lingkungan merupakan penerapan strategi EDS. Dalam

pembuangan secara langsung, setelah dibersihkan dan setelah peluruhan aktivitas/konsentrasi

radionuklida yang terdapat dalam efluen harus berada di bawah BME. Radionuklida yang terdapat dalam

efluen akan terdispersi dan selanjutnya melaui berbagai jalur perantara (pathway) yang terdapat di

lingkungan akan sampai pada manusia sehingga mempunyai potensi meningkatkan penerimaan dosis

terhadap anggota masyarakat. Penerimaan dosis terhadap anggota masyarakat ini harus dibatasi serendah-

rendahnya (penerapan azas optimasi). Dosis maksimal yang diperkenankan dapat diterima anggota

masyarakat dari pembuangan efluen ke lingkungan dari seluruh jalur perantara yang mungkin adalah 0,3

mSv per tahun [16]. Dosis pembatas (dose constrain) sebesar 0,3 mSv memberikan kemungkinan

terjadinya efek somatik hanya sebesar 3,3×10-6. Berdasarkan dosis pembatas ini BME tiap jenis

radionuklida yang diizinkan terdapat dalam efluen dapat dihitung dengan teknik menghitung balik pada

metode prakiraan dosis. BME tiap jenis radioaktif ini harus mendapat izin dan tiap jenis radionuklida

yang terlepaskan ke lingkungan harus dimonitor secara berkala dan dilaporkan ke Badan Pengawas.BME

tiap jenis radioanuklida yang diperkenankan terdapat dalam efluen radioaktif yang dibuang ke lingkungan

untuk tiap instalasi nuklir di PPTN Serpong telah dihitung dengan metode faktor konsentrasi

(concentration factor method) dan telah diterapkan semenjak reaktor G.A. Siwabessy dioperasikan pada

bulan Agusutus 1987. Pembuangan efluen gas/partikulat dan efluen cair ke lingkungan di PPTN Serpong

telah sesuai dengan rekomendasi yang diberikan baik secara nasional maupun internasional.

• Lokasi Disposal

Pemilihan lokasi untuk pembangunan fasilitas disposal mengacu pada proses seleksi yang

direkomendasikan oleh International Atomic Energy Agency (IAEA). Faktor-faktor teknis yang

dipertimbangkan diantaranya faktor geologi, hidrogeologi, geokimia, tektonik dan kegempaan, berbagai

kegiatan yang ada di sekitar calon lokasi, meteorologi, transportasi limbah, tata-guna lahan, distribusi

penduduk dan perlindungan lingkungan hidup. Faktor lainnya yang sangat penting adalah penerimaan

oleh masyarakat. Di negara-negara industri nuklir moto “Not In My Backyard” (NYMBY) telah

merintangi dalam pemilihan lokasi, tidak hanya untuk disposal limbah radioaktif juga terhadap limbah

industri lainnya. Oleh karena itu perhatian terhadap faktor-faktor sosial (societal issues) selama pase awal

proses pemilihan lokasi memerlukan perhatian ekstra hati-hati dan seksama. Isu ini menyebabkan negara-

negara industri nuklir cenderung memilih lokasi (site) nuklir yang telah ada untuk pembangunan fasilitas

disposal. Sebagai contoh diantaranya fasilitas disposal Drig (United Kingdom), Centre de la Manche

(Perancis), Rokkasho (Jepang) dan Oilkiluoto (Finlandia). P2PLR telah melakukan berbagai penelitian

dan pengkajian kemungkinan kawasan nuklir PPTN Serpong dan calon lokasi PLTN di S. Lemahabang

dapat digunakan sebagai lokasi untuk disposal LTR, LTS dan LTT. Hasil pengkajian dan penelitian ini

sementara menyimpulkan bahwa kawasan PPTN Serpong dikarenakan kondisi lingkungan setempat (pola

aliran air tanah, demographi, dll) hanya memungkinkan untuk pembangunan sistem disposal

eksperimental, sedangkan di calon lokasi PLTN telah dapat diidentifikasi daerah yang mempunyai

kesesuaian yang tinggi untuk pembangungan sistem disposal near-surface dan deep disposal.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Keselamatan radiasi lingkungan dalam pengelolaan limbah radioaktif diupayakan melalui; Pembatasan

penerimaan dosis, Nilai Batas Dosis (NBD) yang ditolerir dapat diterima oleh anggota masyarakat

sebesar 1,0 mSv per tahun. NBD untuk anggota masyrakat ini relatif lebih kecil dari yang diterima rata-

rata dari radiasi alam (2,4 mSv per tahun). Penerimaan dosis oleh anggota masyarakat dari kegiatan

pembuangan efluen radioaktif ke atmosfer dan ke badan-air, serta dari disposal limbah dibatasai

maksimal sebesar 0,3 mSv per tahun. Besarnya dosis pembatas ini, mempunyai potensi kemungkinan

terjadinya efek somatik sebesar 3,3 x 10-6, sesuai dengan standar de minimus, nilai risiko ini termasuk

dapat diabaikan. Pemantauan lingkungan merupakan ketentuan yang diberlakukan, sehingga bila terjadi

kecenderungan peningkatan penerimaan dosis oleh penduduk di sekitar fasilitas nuklir dapat secara dini

diketahui, sehingga kegiatan nuklir dapat dihentikan segera, dengan demikian kerugian terhadap

masyarakat dan lingkungan dapat diminimalisis serendah-rendahnya. Pengelolaan limbah radioaktif

tingkat rendah (LTR) dan sedang (LTS) telah mapan (proven) baik secara teknologi maupun keselamatan,

dan telah diimplemetasikan secara komersial. Teknologi pengolahan limbah radioaktif ini telah diadopsi

dan diimplementasikan di Indonesia (Batan) dalam mengelola LTR dan LTS baik yang dihasilkan dari

kegiatan Batan maupun dari kegiatan Non-Batan (industri, rumah sakit, penelitaian dan lain-lainhya).

Pengelolaan limbah radioaktif tingkat tinggi (LTT) di negara-negara industri nuklir selain berbeda, juga

masih berubah-ubah. Sebagian memilih daur tertutup (memilih opsi olah-ulang) dan sebagian lainnya

memilih daur terbuka (memilih opsi disposal). Indonesia memilih daur terbuka, limbah BBN bekas yang

awalnya dipasok dari luar Negeri, direeksport kembali ke negara asal. Sementara LTT yang ditimbulkan

dari Litbang disimpan di ISSFE yang berada dalam kawasan nuklir, sehingga aman dan terkendali.

Kecenderungan pembangunan fasilitas disposal yang terjadi di negara-negara industri nuklir dalam

mengantisipasi moto “ NYMBY” adalah di kawasan nuklir yang telah ada. Penerimaan masyarakat

terhadap pemanfaatan iptek nuklir sangat dipengaruhi oleh keamanan dan keselamatan pengelolaan

limbah radioaktif. Dalam permasalahan ini, umumnya negara-negara industri nuklir melakukan

pendekatan secara teknis, namun pendekatan secara sosial masih kurang.

B. Saran

Penanganan masalah radioaktif adalah sebuah tindakan yang harus dilakukan secara berhati-hati oleh

pemerintah. Diantara langkah-langkah yang bisa dilakukan adalah :

1. Pemilihan lokasi disposal yang tepat.

2. Pengkajian keselamatan lingkungan.

3. Verifikasi kelayakan pengawasan pembuangan efluen ke lingkungan

4. Melakukan koreksi terhadap kesahihan perhitungan batas konsentrasi tiap jenis radionuklida yang

diperkenankan terdapat dalam efluen.

5. Memberikan jaminan/pembuktian kepada Badan Pengawas dan masyarakat bahwa dampak radiologi

yang ditimbulkan dalam batasan yang diizinkan/diperkenankan.

6. Program pemantauan yang diturunkan dari hasil studi Amdal.

DAFTAR PUSTAKA

ALAN MARTIN., SAMUEL H., An Introduction to Radiation Protection, Third Edition, Chapman and

Hall, London, (1986).

BENNET B. G., Exposures from Worldwide Release, Environmental Impact of Radioactive Releases,

Proceedings of a Symposium, IAEA, Vienna 8 – 12 May, (1995).

BKKL-PTPLR, Batas Pelepasan Maksimal (BPM) Pembuangan Zat Radioaktif ke Atmosfer dan Badan-

air untuk tiap Instalasi Nuklir di PPTA, Revisi-1, (1991).

LUBIS, E., D. MALLANTS., G. VOLCKAERT., Safety Assessment for a Hyphotetical Near Surface

Disposal, Atom Indonesia Vol. 26, No.2, July 2000.

Apakah yang dimaksud dengan spektrum emisi?

Mengamati spektrum emisi hidrogen

Tabung sinar hidrogen adalah suatu tabung tipis yang berisi gas hidrogen pada tekanan rendah

dengan elektroda pada tiap-tiap ujungnya. Jika anda melewatkan tegangan tinggi (katakanlah, 5000

volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang terang.

Jika sinar tersebut dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, sinar akan terpecah menjadi beberapa

warna. Warna yang dapat anda lihat merupakan sebagian kecil dari spektrum emisi hidrogen.

Sebagian besar spektrum tak terlihat oleh mata karena berada pada daerah infra-merah atau ultra-

violet.

Pada foto berikut, sebelah kiri menunjukkan bagian dari tabung sinar katoda, dan sebelah kanan

menunjukkan tiga garis yang paling mudah dilihat pada daerah tampak (visible) dari spektrum.

(mengabaikan "pengotor" − biasanya berada di sebelah kiri garis merah, yang disebabkan oleh cacat

pada saat foto diambil. Lihat catatan di bawah)

Memperlebar spektrum emisi hidrogen hingga UV dan IR

Ada lebih banyak lagi spektrum hidrogen selain tiga garis yang dapat anda lihat dengan mata

telanjang. Hal ini memungkinan untuk mendeteksi pola garis-garis pada daerah ultra-violet dan infra-

merah spektrum dengan baik.

Hal ini memunculkan sejumlah "deret" garis yang dinamakan dengan nama penemunya. Gambar di

bawah menunjukkan tiga dari deret garis tersebut, deret lainnya berada di daerah infra-merah, jika

digambarkan terletak di sebelah kiri deret Paschen.

Gambar tersebut cukup rumit, sehingga kita akan membahasnya sedikit saja. Pertama lihat deret

Lyman pada sebelah kanan gambar − deret ini paling lebar dan paling mudah diamati.

Deret Lyman merupakan deret garis pada daerah ultra-violet. Perhatikan bahwa garis makin merapat

satu sama lain dengan naiknya frekuensi. Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati

satu per satu, terlihat seperti spektrum kontinu. Hal itu tampak sedikit gelap pada ujung kanan tiap

spektrum.

Kemudian pada titik tertentu, disebut sebagai deret limit (limit series), deret terhenti.

Jika anda melihat deret Balmer atau Paschen, anda akan melihat polanya sama, tetapi deretnya

menjadi makin dekat. Pada deret Balmer, perhatikan posisi tiga garis yang tampak pada foto di bagian

atas.

Sesuatu yang mempersulit − frekuensi dan panjang gelombang

Anda akan sering mendapatkan spektrum hidrogen dinyatakan dengan panjang gelombang sinar

bukan frekuensi. Sayangnya, karena hubungan matematika antara frekuensi sinar dan panjang

gelombangnya, anda mendapatkan dua gambaran spektrum yang sangat berbeda jika

mengalurkannya terhadap frekuensi atau panjang gelombang.

Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang

Hubungan matematisnya:

Pengaturan ulang persamaan tersebut akan menghasilkan persamaan baik untuk panjang gelombang

maupun frekuensi.

Apakah ini berarti ada hubungan kebalikan antara keduanya − frekuensi yang tinggi berarti panjang

gelombangnya rendah dan sebaliknya.< /p>

Menggambarkan spektrum hidrogen berdasarkan panjang gelombang

Seperti inilah spektrum yang terlihat jika anda mengalurkannya berdasarkan panjang gelombang

bukan frekuensi:

dan, hanya untuk mengingatkan anda bahwa spektrum berdasarkan frekuensi akan tampak seperti ini:

Apakah ini membingungkan? baik, menurut saya ini sangat membingungkan! Jadi apa yang anda

lakukan dengan hal ini?

Untuk halaman berikutnya saya hanya akan memperlihatkan spektrum yang dialurkan terhadap

frekuensi, karena lebih mudah untuk menghubungkannya dengan apa yang terjadi dalam atom. Hati-

hati, spektrum akan terlihat berbeda tergantung pada bagaimana spektrum tersebut dialurkan, tetapi,

selain itu, abaikan versi panjang gelombang, kecuali pengujimu menghendakinya. Jika anda mencoba

untuk mengetahui kedua versi, anda hanya akan mendapatkan sesuatu yang membingungkan!

Menjelaskan spektrum emisi hidrogen

Persamaan Balmer dan Rydberg

Dengan sedikit pengetahuan matematika yang mengagumkan, pada 1885 Balmer memberikan rumus

sederhana untuk memperkirakan panjang gelombang dari beberapa garis yang sekarang kita kenal

dengan deret Balmer. Tiga tahun berikutnya, Rydberg membuat rumus yang lebih umum sehingga

dapat diterapkan untuk memperkirakan panjang gelombang beberapa garis pada spektrum emisi

hidrogen.

Rydberg memberikan rumus:

RH merupakan konstanta yang disebut dengan konstanta Rydberg.

n1 dan n2 merupakan bilangan bulat (seluruh angka). n2 lebih besar daripada n1. Dengan kata lain, jika

n1, katakanlah 2, maka n2 dapat berupa seluruh angka antara 3 dan tak hingga.

Berbagai kombinasi angka dapat anda masukkan ke dalam rumus, sehingga anda dapat menghitung

panjang gelombang dari suatu garis pada spektrum emisi hidrogen − dan terdapat kesamaan antara

panjang gelombang yang anda dapatkan dengan menggunakan rumus ini dengan yang diperoleh dari

hasil analisis spektrum aslinya.

Anda dapat juga menggunakan versi yang dimodifikasi dari persamaan Rydberg untuk menghitung

frekuensi masing-masing garis. Persamaan yang dimodifikasi dapat anda peroleh dari persamaan

sebelumnya dan rumus panjang gelombang dan frekuensi pada bagian sebelumnya.

Asal usul spektrum emisi hidrogen

Garis-garis pada spektrum emisi hidrogen membentuk pola yang umum dan dapat ditunjukkan dengan

persamaan yang (relatif) sederhana. Masing-masing garis dapat dihitung dari kombinasi angka-angka

sederhana.

Mengapa hidrogen mengemisikan sinar ketika tereksitasi dengan adanya tegangan tinggi dan apa arti

dari semua angka-angka itu?

Ketika tak ada yang mengeksitasi, elektron hidrogen berada pada tingkat energi pertama − tingkat

yang paling dekat dengan inti. Tetapi jika anda memberikan energi pada atom, elektron akan

tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi − atau bahkan dilepaskan dari atom.

Tegangan tinggi pada tabung sinar hidrogen menyediakan energi tersebut. Molekul hidrogen awalnya

pecah menjadi atom-atom hidrogen (oleh karena itu disebut spektrum emisi atom hidrogen) dan

elektron kemudian berpromosi ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Misalkan suatu elektron tereksitesi ke tingkat energi ketiga. Elektron akan cenderung melepaskan

energi lagi dengan kembali ke tingkat yang lebih rendah. Hal ini dapat dilakukan dengan dua cara

yang berbeda.

Elektron dapat turun, kembali lagi ke tingkat pertama, atau turun ke tingkat kedua − dan kemudian,

pada lompatan kedua, turun ke tingkat pertama.

Mengikat suatu elektron untuk melompat ke garis tertentu pada spektrum

Jika suatu elektron turun dari tingkat-3 ke tingkat-2, akan melepaskan energi yang sama dengan beda

energi antara dua tingkat tersebut. Energi yang diperoleh dari lepasnya elektron ini muncul sebagai

sinar (dimana "sinar" tersebut termasuk dalam daerah UV dan IR juga tampak (visible)).

Masing-masing frekuensi sinar dihubungkan dengan energi melalui persamaan:

Dengan frekuensi yang lebih tinggi, energi sinar akan lebih tinggi.

Jika suatu elektron turun dari tingkat-3 ke tingkat-2, tampak sinar merah. Inilah asal-usul garis merah

pada spektrum hidrogen. Dengan menghitung frekuensi sinar merah, anda dapat menghitung

energinya. Energi itu harus sama dengan beda energi antara tingkat-3 dan tingkat-2 pada atom

hidrogen.

Persamaan terakhir dapat ditulis ulang sebagai beda energi antara dua tingkat elektron.

Turunnya elektron yang menghasilkan energi terbesar akan memberikan garis frekuensi tertinggi.

Turunnya elektron dengan energi terbesar adalah dari tingkat tak hingga ke tingkat-1 (tentang tingkat

tak hingga akan dijelaskan nanti)

Beberapa gambar berikut terdiri dari dua bagian − dengan tingkat energi pada bagian atas dan

spektrum pada bagian bawah.

Jika elektron turun dari tingkat 6, penurunannya lebih sedikit, sehingga frekuensinya akan lebih kecil.

(dikarenakan skala pada gambar, tidak mungkin menggambarkan semua lompatan yang melibatkan

semua tingkat antara 7 dan tak hingga!)

…dan jika anda mengamati lompatan ke tingkat-1 yang lain anda akan mendapatkan seluruh deret

Lyman. Jarak antar garis pada spektrum menggambarkan jarak perubahan tingkat energi.

Jika anda melakukan hal yang sama untuk lompatan menurun ke tingkat 2, anda mendapatkan garis

dari deret Balmer. Perbedaan energinya lebih kecil dari deret Lyman, sehingga frekuensi yang

dihasilkan juga lebih rendah.

Deret Paschen diperoleh dari lompatan menurun ke tingkat-3, tetapi gambarnya akan sangat kacau

jika saya memasukkan semuanya – karena itu tidak disebutkan deret lain untuk lompatan menurun ke

tingkat-4, tingkat-5, dan seterusnya.

Arti angka −angka pada persamaan Rydberg

n1 dan n2 pada persamaan Rydberg merupakan tingkat energi sederhana pada setiap lompatan yang

menghasilkan garis yang khas pada spektrum.

Sebagai contoh, pada deret Lyman, n1 selalu 1. Elektron yang turun ke tingkat 1 menghasilkan garis

pada deret Lyman. Untuk deret Balmer, n1 selalu 2, karena elektron turun ke tingkat-2.

n2 merupakan tingkat asal lompatan. Kita telah menyebutkan bahwa garis merah merupakan hasil dari

turunnya elektron dari tingkat-3 ke tingkat-2. Pada contoh ini, n2 sama dengan 3.

Arti tingkat tak hingga

Tingkat tak hingga menunjukkan energi tertinggi yang mungkin dari suatu elektron atom hidrogen.

Jadi, apa yang terjadi jika elektron melampaui energi itu?

Elektron bukan lagi bagian dari atom. Tingkat tak hingga menunjukkan titik dimana ionisasi atom

terjadi untuk membentuk ion bermuatan positif.

Menggunakan spektrum untuk menentukan energi ionisasi

Ketika tak ada energi tambahan yang diberikan, elektron hidrogen berada pada tingkat-1. Dikenal

sebagai keadaan dasar (ground state). Jika anda memberikan energi yang cukup untuk memindahkan

elektron hingga ke tingkat tak hingga, anda telah mengionkan hidrogen.

Energi ionisasi tiap elektron dihitung dari jarak antara tingkat-1 dan tingkat tak hingga. Jika anda

melihat kembali beberapa gambar terakhir, anda akan mendapatkan bahwa energi lompatannya

menghasilkan limit deret dari deret Lyman.

Jika anda dapat menentukan frekuensi dari limit deret Lyman, anda dapat menggunakannya untuk

menghitung energi yang dibutuhkan untuk memindahkan elektron suatu atom dari tingkat-1 ke titik

ionisasi. Dari hal tersebut, anda dapat menghitung energi ionisasi per mol atom.

Masalahnya adalah frekuensi limit deret agak sulit ditentukan secara akurat dari spektrum karena

pada daerah limit garis-garisnya rapat sehingga spektrum terlihat seperti kontinu.

Menentukan frekuensi limit deret secara grafik

Berikut ini merupakan daftar frekuensi dari tujuh garis yang jarak garisnya paling lebar pada deret

Lyman, jika anda bergerak dari satu garis ke garis berikutnya akan terjadi kenaikan frekuensi.

Dengan makin dekatnya garis, jelas peningkatan frekuensi berkurang. Pada limit deret, beda antar

garis akan mendeketi nol.

Itu artinya jika anda mengalurkan kenaikan frekuensi terhadap frekuensi aktual, anda dapat

mengekstrapolasikan (kontinu) kurva pada titik dimana kenaikannya menjadi nol. Itu akan menjadi

frekuensi limit deret.

Faktanya anda dapat mengalurkan grafik dari data pada tabel di atas. Perbedaan frekuensi

berhubungan dengan dua frekuensi. Sebagai contoh, angka 0,457 diperoleh dengan mengurangkan

2,467 dari 2,924. Sehingga yang manakah dari dua nilai ini yang anda alurkan terhadap 0,457?

Hal ini tak masalah, selama anda selalu konsisten − dengan kata lain, anda selalu mengalurkan

perbedaan frekuensi terhadap salah satu dari angka yang lebih tinggi atau yang lebih rendah. Pada

titik yang akan anda amati (dimana perbedaannya nol), nilai kedua frekuensi sama.

Sebagaimana yang anda lihat pada grafik di bawah. Dengan mengalurkan kedua kurva yang mungkin

pada grafik yang sama, kurva akan lebih mudah diekstrapolasikan. Kurva lebih sulit untuk

diektrapolasikan dibandingkan dengan garis lurus.

Kedua garis menunjukkan limit deret sekitar 3.28 x 1015 Hz.

Jadi sekarang kita akan menghitung energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron tunggal dari

atom hidrogen. Ingat persamaan pada halaman di atas:

Kita dapat menentukan perbedaan energi antara keadaan dasar dan titik dimana elektron

meninggalkan atom melalui substitusi nilai frekuensi yang kita dapatkan dan mencari nilai konstanta

Planck dari buku.

Hasil ini memberikan pada anda energi ionisasi untuk atom tunggal. Untuk menentukan energi ionisasi

yang normal, kita perlu mengalikannya dengan banyaknya atom pada satu mol atom hidrogen

(konstanta Avogadro) dan kemudian membaginya dengan 1000 untuk mengubahnya menjadi

kilojoule.

Documents

Fisika Atom