RADIOKIMIAPELURUHAN RADIOAKTIF
OLEH :
RATIH NOVIYANTI
(1113031028)
NI MADE ERNA PURNAMA DEWI
(1113031029)
NI KADEK ARI WENTARI
(1113031035)
I PUTU EKA ANDIPA SURYANADA
(1113031041)GUSTI AGUNG RAMA NARENDRA P.(1113031054)JURUSAN
PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
SINGARAJA
2014
PELURUHAN RADIOAKTIFPeluruhan radiokatif adalah peristiwa
hilangnya energi dari inti atom yang tidak stabil dengan
memancarkan radiasi dan partikelpartikel pengion. Peluruhan, atau
hilangnya energi ini akan menghasilkan jenis atom lain yang stabil.
Ditinjau dari jenis dan besar energinya, radiasi radioaktif
dibedakan menjadi tiga macam (yang dinamakan sesuai dengan urutan
alphabet Yunani), yaitu radiasi alfa, beta, dan gamma.
1. Stabilitas Inti Atom
Inti menempati bagian yang sangat kecil dari volume suatu atom,
tetapi ia mengandung sebagian besar massa dari atom karena baik
proton maupun netron berada di dalamnya. Dalam mengkaji stabilitas
inti atom, ada baiknya kita mengetahui kerapatannya, agar kita
menyadari betapa rapatnya partikel itu dikemas. Sebaga cintoh kita
perhitungan kita asumsikan bahwa suatu inti mempunyai jari-jari
5x10-3 pm dan massa 1x10-22 g. angka-angka ini kira-kira sama
dengan inti yang mengandung 30 proton dan 30 neutron. Kerapatan
adalah perbandingan massa terhadap volume (m/v), dan kita dapat
menghitung volume dari jari-jari yang diketahui (volume bola ialah
dengan r adalah jari-jari bola). Mula-mula kita ubah satuan pm
menjadi cm. lalu kita hitung kerapatan dalam g/cm3:r = 5x10-3 pm
x
kerapatan =
Ini merupakan keraptan yang luar biasa tinggi. Kerapatan
tertinggi yang dietahui untuk suatu unsur adalah 22,6 g/cm3,
dimiliki oleh osmium (Os). Jadi, inti atom rata-rata sekitar 9x1012
(atau 9 triliun) kali lebih rapat dibandingkan unsur paling rapat
yang diketahui.Kerapatan yang sangat tinggi dari inti menimbulkan
pertanyaan apa yang mengikat partikel-partikel tersebut sehingga
begitu rapatnya. Dari interaksi elektrostatik kita mengetahui bahwa
proton-proton akan saling tolak menolak dan muatan tak sejenis
saling tarik menarik. Namun, selain tolakan ada juga yang disebut
tarik-menarik jarak pendek antara ptoton dan proton, proton dan
neutron, serta neutron dan neutron. Stabilitas semua inti
ditentukan oleh selisih antara tolakan elektrostatik dan tarikan
jarak pendek. Jika tolakan melampaui tarikan, inti akan
terdisintegrasi (meluruh), memancarkan partikel dan/atau radiasi.
Jika tarikan melampaui tolakan maka inti menjadi stabil.Faktor
utama yang menentukan kestabilan suatu inti adalah perbandingan
neutron terhadap proton (n/p). untuk atom stabil dari unsur yang
mempunyai nomor atom rendah nilai n/p mendekati 1. Dengan naiknya
nomor atom, perandingan neutron terhadap proton dari inti stabil
menjadi lebih besar dari 1. Penyimpangan pada nomor-nomor atom yang
lebih tinggi muncul karena dibutuhkan lebih banyak neutron untuk
melawan kuatnya tolakan-tolakan pada proton-proton ini sehingga
dapat menstabilkan inti atom. Aturan berikut dapat berguna dalam
memprediksi stabilitas inti:
a. Inti yang mengandung 2, 8, 20, 50, 82, dan 126 proton atau
neutron biasanya lebih stabil dibandingkan inti yang jumlah proton
atau neutronya bukan angka yang disebutkan ini. Contohnya, ada 10
isotop stabil timah (Sn) dengan nomor atom 50 dan hanya 2 isotop
stabil antimon (Sb) dengan nomor atom 51. Bilangan 2, 8, 20, 50,
82, dan 126 dinamakan bilangan ajaib. Pengaruh bilangan ini untuk
stabilitas inti sama dengan banyaknya electron gas mulia yang
sangat stabil.b. Inti dengan bilangan genap proton dan neutron
biasanya lebih stabil.
c. Semua isotope dari unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar
dari 83 bersifat radioaktif. Semua isotope teknetium (Tc, Z = 43)
dan promentium (Pm, Z = 61) adalah radioaktif.
Gambar diatas menunjukkan plot dari banyaknya neutron versus
proton dalam berbagai isotope. Inti-inti stabil terletak di suatu
daerah pda grafik sebagai pita stabilitas (belt of stability).
Kebanyakan inti radioaktif terketak di luar daerah pita kestabilan
ini. Di atas pita stabilitas, inti mempunyai perbandingan neutron
terhadap proton lebih tinggi dibandingan di dalam pita (untuk
jumlah proton yang sama). Untuk menurunkan perbandingan ini (dengan
demikian, bergerak turun kea rah pita stabilitas), inti-inti ini
mengalami proses berikut, yang dinamakan pemancaran (emission)
partikel :
Pemancaran partikel beta mengakibatkan peningkatan jumlah proton
dalam inti dan sekaligus menurunkan jumlah neutron. Beberapa
contohnya adalah
Di bawah pita stabilitas ini, inti mempunyai perbandingan
neutron terhadap proton lebih rendah dibandingan dalam pita (jumlah
proton sama). Untuk meningkatkan perbandingan ini (dan dengan
demikian bergerak naik kea rah pita stabilitas), inti-inti ini
dapatmemancarkan positron
Atau dapat juga mengalami penangkapan electron. Contoh
pemancaran positron adalah
Penangkapan electron adalah tertagkapnya sebuah elektron
biasanya elektron 1s oleh inti. Elektron yang ditangkap bergabung
dengan proton membentuk neutron sehingga nomor atom menurun
sebanyak satu sementara nomor massa tetap sama. Proses ini
mempunyai efek bersih yang sama dengan pemancaran positron
2. Fisi Spontan
Reaksi fisi adalah pembelahan inti atom berat (besar) menjadi
inti yang lebih kecil bersifat lebih stabil, diikuti oleh pancaran
partikel (neutron atau sinar gamma) dan pembebasan sejumlah besar
energi. Produk fisi atau fragmen inti yang terbentuk biasanya
hampir sama massanya dan bersifat radioaktif. Reaksi fisi dibagi
menjadi dua yaitu reaksi fisi spontan dan tidak spontan.Atom-atom
yang dapat mengalami reaksi fisi spontan adalah atom dengan nomor
massa lebih dari 230, misalnya uranium dan plutonium. Reaksi fisi
spontan adalah sederetan pembelahan inti dimana neutron-neutron
yang dihasilkan dalam tiap pembelahan inti menyebabkan terjadinya
pembelahan inti-inti yang lain. Reaksi fisi spontan dapat lebih
mudah terjadi jika inti atom tersebut ditembaki partikel seperti
neutron atau proton. Sumber partikel yang digunakan untuk menembak
inti atom dapat berasal dari neutron yang dihasilkan reaksi fisi
spontan atau dapat juga berasal dari alat pemercepat partikel
(particle accelerator).
Reaksi fisi terjadi bila energi potensial coulomb Vc > Qfis;
yang mana Qfis adalah energi yang diperlukan atau diserap oleh
sebuah nuklida untuk membelah nukleus atau menurunkan jumlah massa
nukleusnya. Nuklida-nuklida yang dapat atau mudah mengalami reaksi
fisi adalah nuklida yang memiliki bilangan hasil komparasi antara
jumlah netron dan protonnya tidak sama dengan satu. Nuklida yang
mudah ditemukan di alam yang memiliki hasil komparasi jumlah netron
terhadap protonnya lebih besar dari satu sehingga dapat mengalami
reaksi fisi antara lain isotop U-238, U-235, dan Th-232.
Salah satu contoh reaksi fisi spontan yakni reaksi fisi U235.
Pada awalnya sebuah neutron menumbuk inti uranium-235 (U-235) dan
menimbulkan reaksi yang menghasilkan produk fisi (Ba-141 dan Kr-92)
serta 3 buah neutron. Dua dari tiga neutron hasil reaksi fisi itu
kemudian menumbuk inti U-235 lainnya dan menimbulkan reaksi fisi
berikutnya (reaksi fisi generasi kedua). Neutron hasil fisi dari
reaksi fisi kedua ini diharapkan akan menimbulkan reaksi fisi
berikutnya (reaksi fisi generasi ketiga), dan selanjutnya kan
terjadi reaksi fisi dari generasi ke generasi secara kontinu. Pada
reaksi fisi U235. Ini dibutuhkan neutron lambat yang memiliki
energi kinetik lemah. Berikut adalah gambar reaksi fisi U235.
Produk dari reaksi fisi uranium menghasilkan atom-atom yang
bermassa lebih kecil, seperti: Ba, Kr, Zr, Te, Sr, Cs, I, La,dan Xe
dengan massa atom sekitar 95 dan 135. Adapun produk dari reaksi
fisi plutonium mempunyai massa atom sekitar 100 dan 135. Energi
ikatan per nukleon untuk unsur-unsur yang sangat berat (seperti
uranium) lebih sedikit dibandingkan unsur-unsur dengan massa atom
sedang. Oleh sebab itu, apabila inti uranium-235 membelah, inti
yang baru mempunyai energi ikatan dan defek massa yang lebih besar.
Sebagai akibatnya, apabila hasil pembelahan terbentuk, ada
penurunan jumlah massa dari sistem. Massa yang hilang berubah
menjadi sejumlah energi yang ekuivalen berdasarkan persamaan
Einstin ( E = mc2 ). Bahkan jumlah massa yang sangat sedikit
menghasilkan energi dalam jumlah yang sangat besar apabila
perubahan ini terjadi. Kenyataannya, pembelahan dari 1 kg
uranium-235 menghasilkan sejumlah energi yang ekuivalen dengan
pembakaran 3.000 ton batu bara atau 13.200 barrel minyak bumi.
Reaksi spontan juga disebut sebagai reaksi berantai (Chain
Reaction). Pada persamaan fisi isotopU-235digunakan sebuah neutron.
Akan tetapi, reaksi kembali membentuk tiga neutron. Ketiga neutron
tersebut, apabila semuanya bertemu dengan isotop U-235 lainnya,
dapat memulai pemecahan (fisi) lainnya, yang akan menghasilkan
lebih banyak neutron. Ini merupakan efek domino yang telah lama
diketahui manusia. Dalam istilah kimia inti,serangkaian pemecahan
inti ini disebut reaksi berantai (chain reaction). Reaksi fisi
berantai bergantung pada banyaknya neutron yang dilepaskan, bukan
pada banyaknya neutron yang digunakan selama reaksi inti. Saat kita
menuliskan persamaan reaksi fisi isotopU-238 (isotop Uranium yang
lebih melimpah di alam), kita hanya menggunakan satu neutron dan
mendapatkan satu neutron pula. Reaksi berantai tidak dapat terjadi
pada isotop U-238. Hanya isotop yang dapat menghasilkan neutron
berlebihan pada pemecahannya yang dapat mengalamichain reaction.
Jenis isotop ini dikatakandapat pecah. Hanya adaduaisotop utama
yang dapat dipecah selama reaksi inti, yaituU-235danPu-239.3.
Peluruhan
Peluruhan alfa adalah bentuk radiasi partikel dengan kemampuan
mengionisasi atom sangat tinggi dan daya tembusnya rendah.
Peluruhan partikel alfa terjadi pada nuklida-nuklida yang memiliki
nomor massa >79 dan perbandingan neutron dan protonnya lebih
besar dari satu. partikel alfa ini merupakan inti atom Helium yang
terdiri dari 2 proton dan 2 neutron. pada saat peluruhan terjadi
partikel alfa akan kehilangan 2 proton. jadi jika sebuah inti atom
(inti induk) memancarkan partikel alfa maka akan terbentuk inti
baru (inti anak) dengan nomor masa A 4 dan nomor atom z 2 dapat di
gambarkan sebagai berikut :4. Peluruhan alfa dapat dituliskan
sebagai berikut :
5. Dalam memancarkan partikel alfa, nuklida selalu membebaskan
energi sebesar 5.8 MeV. Energi peluruhan alfa akan turun dengan
bertambahnya jumlah massa nukleon dan akan naik dengan bertambahnya
jumlah muatan proton. Sifat-sifat partikel alfa
Daya tembus pendek, karena massa partikel alfa yang tinggi maka
memiliki sedikit energi dan jarak yang rendah, sehingga partikel
alfa dapat dihentikan dengan selembar kertas (atau kulit). Daya
ionisasi partikel alfa sangat besar, kurang lebih dari 100 kali
daya ionisasi partikel beta dan 10.000 kali daya ionisasi sinar
gamma.
Berdasarkan penelitian Rutherfor pada Tahun 1906 didapatkan
hubungan kualitatif antara energi radiasi partikel alfa dan waktu
paruh nuklida radioaktif yakni semakin besar energi radiasi
partikel alfanya maka semakin pendek waktu paruhnya. Bila energi
radiasi semakin besar maka jarak tempuh radiasi partikel alfa
semakin jauh. Hubungan tidak langsung antara waktu paruh dan jarak
tempuh radiasi dinyatakan dengan :
log L = a + b log R,
dimana L adalah tetapan peluruhan partikel alfa, a dan b adalah
tetapan yang harganya ditentukan oleh jenis deret radioaktif, dan R
adalah jarak tempuh radiasi partikel alfa. Waktu paruh partikel
alfa dapat dinyatakan dengan rumus :
Menurut teori mekanika kuantum, partikel alfa yang berenergi
rendah masih dapat menerobos potensial penghalang coulomb yang
ukurannya lebih tinggi dan keluar dari nukleus. Peristiwa ini
dikenal sebagai tummeling effect. Kemungkinan ini akan menjadi
lebih besar ketika jumlah nukleon bertambah dan lebih kecil bila
jumlah muatan proton bertambah. Dengan kata lain bila hasil
komparasi antara jumlah proton sangat besar, maka kecenderungan
nuklida radioaktif berat meluruhkan partikel alfa sangat besar.
Peluruhan partikel alfa selalu diserta dengan pemancaran radiasi
gamma.
6. Peluruhan
Nuklida nuklida berat yang mempunyai nomor massa (A) ganjil
dalam menuju keadaan nuklida yang stabil cenderung meluruhkan satu
partikel beta, tetapi untuk nomor massa (A) genap lebih cenderung
meluruhkan dua atau tiga partikel betanya. Untuk menuju keadaan
nuklida yang stabil tersebut dapat dilakukan satu dari tiga tipe
peluruhan partikel beta, yaitu peluruhan partikel beta yang
bermuatan negatif, peluruhan partikel beta yang bermuatan positif,
dan penangkapan elektron. Suatu nuklida mempunyai nomor massa (A)
yang berisi terlalu banyak netron daripada protonnya sehingga ada
kecenderungan mengubah netronnya, misal yang diubah satu netron
(0n1) menjadi satu proton (+1p+), satu partikel beta (-1e0) dan
satu anti neutrino (-1v). Akibat dari contoh proses ini maka nomor
nuklida (Z) akan bertambah dengan satu angka, dan jumlah netron
akan berkurang satu angka, dan nomor massa nuklida (A) tetap.
Proses ini disebut proses peluruhan beta.
Bila suatu nuklida berat yang bernomor massa (A) tersebut
memiliki jumlah proton yang tidak jauh berbeda dengan netronnya ada
kecenderungan mengubah partikel protonnya. Sebagai contoh, bila
yang diubah ini satu proton menjadi netron dan satu partikel beta
yang bermuatan positif (+1e0), satu massa neutrino yang bermuatan
positif (+1v) dan satu netron. Akibat dari peristiwa ini nomor
nuklidanya akan turun satu angka, jumlah netronnya bertambah satu
angka, dan nomor massanya tetap. Proses peluruhan partikel beta
yang bermuatan positif disebut proses peluruhan positron. Dampak
dari peluruhan partikel positron atau beta positif ini akan diikuti
oleh proses anhilasi atau penghilangan energi sebesar 1,02 MeV yang
ekuivalen dengan dua kuanta radiasi gamma. Ini terjadi karena
partikel positron yang meluruh dari nuklida akan berinteraksi dan
saling menetralkan dengan elektron yang mengorbit di luar
nukleus.
Arah meluruhnya partikel beta yang bermuatan negatif dapat
menuju ke nukleus dan berinteraksi dengan nukleon yang bermuatan
positif atau proton. Dampak terjadinya interaksi antara satu proton
dan satu elektron maka jumlah netron akan bertambah satu, jumlah
proton berkurang satu dan disertai pembebasan energi sebesar Eo.
Besarnya Eo dapat ditentukan sebagai berikut:
Eo = E neutron E proton E elektron
Dimana E = mc2Elektron yang mudah memasuki nukleus adalah
elektron yang menempati orbital terdekat dengan nukleus, yaitu
elektron dari orbital K. Kekosongan elektron di orbital K akan
segera diisi oleh elekron yang berasal dari orbital di atasnya,
misal oleh elektron dari orbital L. Perpindahan elektron dari
orbital yang berenergi tinggi ke orbital yang berenergi rendah akan
disertai dengan pembebasan sejumlah energi yang berwujud radiasi
X.
Suatu nuklida berat lebih cenderung meluruhkan partikel beta
daripada partikel proton atau neutronnya. Ini disebabkan karena
energi yang diperlukan untuk meluruhkan satu proton atau satu
neutron jauh lebih besar dibandingkan dengan meluruhkan satu
partikel beta. Bila nuklida berat meluruhkan satu partikel proton
atau netron diperlukan energi sebesar 5 MeV sampai dengan 8 MeV,
dan bila meluruhkan satu partikel beta hanya diperlukan energi
sebesar 0,51 MeV.
7. Peluruhan
Setelah peluruhan alfa dan beta, inti biasanya dalam keadaan
tereksitasi. Seperti halnya atom, inti akan mencapai keadaan dasar
(stabil) dengan memancarkan foton (gelombang elektromagnetik) yang
dikenal dengan sinar gamma (). Dalam proses pemancaran foton, baik
nomor atom atau nomor massa inti tidak berubah. Setelah inti
meluruh menjadi inti baru biasanya terdapat kelebihan energi pada
ikatan intinya sehingga seringkali disebut inti dalam keadaan
tereksitasi. Inti yang kelebihan energinya ini biasanya akan
melepaskan energinya dalam bentuk sinar gamma yang dikenal dengan
peluruhan gamma, sinarnya ini adalah foton dan termasuk ke dalam
gelombang elektromagnetik yang mempunyai energi yang sangat besar
melebihi sinar X.
Peluruhan gamma () 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. Sinar gamma bukanlah
partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam
peluruhan sinar- tidak dihasilkan inti atom baru. Sifat-sifat dari
sinar gamma ini yaitu:a. Sinar gamma dipancarkan oleh inti atom
tereksitasi dengan panjang gelombang antara 0,005 hingga 0,5 .
b. Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya
tembusnya sangat besar bila dibandingkan dengan daya tembus
partikel alpa atau beta.
c. Sinar gamma tidak bermuatan sehingga tidak dapat dibelokkan
oleh medan listrik maupun medan magnet.Mekanisme peluruhan gamma
dapat digambarkan sebagai berikut:
( Contoh peluruhan gamma yang mengikuti peluruhan beta
yaitu:
( ( Energi yang dihasilkan dalam peluruhan gamma yang terjadi
pada suatu inti atom dapat dihitung dalam persamaan berikut. (
Dimana:
E = Ei E0
Ei : energi keadaan eksitasi
E0 : energi keadaan dasar
M: massa inti mula-mula
ER : energi pentalan inti setelah peluruhan
C : kecepatan cahayaDAFTAR PUSTAKAChang, Raymond. 2005. Kimia
Dasar Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga.Santoso, Budi. 2013.
Fisika Inti dan Radioaktivitas. Diakses dari
http://budi_santoso.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/31207/BAB+5+materi-KimiaIntidanRadiokimia.pdf
pada tanggal 8 September 2014
Gambar. Reaksi Fisi U235.
E0
(keadaan dasar)
Ei
(keadaan eksitasi)
E = E - ER
_1471863821.unknown
_1471864140.unknown
_1471864360.unknown
_1471864422.unknown
_1471897052.unknown
_1471864201.unknown
_1471863947.unknown
_1471863996.unknown
_1471863897.unknown
_1471861948.unknown
_1471862006.unknown
_1471861664.unknown
