بِسْــــــــــــــــــمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ
Materi belajar online Kimia XII semester 1 :
1. Pengertian Unsur Radioaktif
2. Sinar Radioaktif
• Alfa
• Beta
• Gamma
3. Stabilitas Inti
4. Peluruhan
5. Kecepatan Peluruhan
UNSUR RADIOAKTIF
A. Pengertian Unsur Radioaktif
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 2a4
- Sinar beta -1b 0
- Sinar gama 0g 0
Pada tahun 1895, Roentgen menemukan sinar X, suatu radiasi elektromagnet berenergi tinggi yang dapat menghitamkan pelat potret meski masih terbungkus kertas hitam. Hingga kini sinar X digunakan untuk roentgen.
Pada tahun 1896, Herny Becquerel meneliti radiasi yang dipancarkan oleh batuan yang dapat berpendar. Secara kebetulan, Becquerel menemukan bahwa uranium senantiasa memancarkan radiasi secara spontan. Fenomena ini dinamakan radioaktivitas.
Pada tahun 1898, pasangan suami istri Pierre dan Marie Curie menemukan dua unsur radioaktif lainnya, yaitu radim dan polonium. Ternyata banyak unsur yang secara alami bersifat radioaktif. Semua isotop yang bernomor atom di atas 83 atau kurang mempunyai isotop yang stabil, kecuali teknesium dan promesium. Isotop yang bersifat radioaktif disebut isotop radioaktif atau radioisotop, sedangkan isotop yang tidak radio aktif disebut isotop stabil.
Persamaan inti
Pemancaran radiasi oleh unsur radioaktif disebut peluruhan (disintegrasi). Proses peluruhan dipaparkan dengan suatu persamaan yang disebut persamaan inti (nuclear equation).
Persamaan ini juga mengikuti azas kesetaraan. Suatu persamaan ini dikatakan setara jika muata (nomor atom) dan massa di ruas kiri sama dengan di ruas kanan. Untuk contoh di atas:
Jumlah muatan di ruas kiri = 92 ; di ruas kanan = 90 + 2 = 92
Nomor massa di ruas kiri = 238 ; di ruas kanan = 234 + 4 = 238
Transmutasi buatan ( Artificial Transmutation )
Transmutasi atau perubahan suatu nuklida menjadi nuklida lain terjadi pada peluruhan radioaktif. Transmutasi dapat juga terjadi pada inti stabil, yaitu jika ditembaki dengan peluru atomer, seperti partikel alfa, neutron, atau suatu inti ringan. Transmutasi yang dilakunan dengan itu disebut Transmutasi buatan.
Transmutasi buatan pertama kali diamati oleh Ernest Rutherford pada tahun 1919 ketika ia mempelajari penembakan unsur ringan dengan partikel alfa.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Reaksi transmutasi biasanya diringkaskan dengan notasi sebagai berikut.
T(x,y)P
Dengan, T= inti sasaran
x= partikel yang ditembakan
y= partikel hasil
p= inti baru
Laju peluruhan waktu paro
Peluruhan tergolong reaksi orde satu, kelajuannya hanya bergantung pada jumlah nuklida radioaktif. Secara matematis, laju peluruhan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut
Dengan = laju peluruhan ( kereaktifan ), yaitu banyaknya peluruhan dalam satu satuan waktu
= tetapan peluruhan ( serupa dengan k dalam persamaan laju reaksi), nilainya bergantung pada jenis radioisotop.
N = jumlah nuklida radioaktif dalam contoh.
Waktu paro adalah waktu yang diperlukan sehingga separo zat radioaktif meluruh. Salah satu ciri reaksi berorde satu adalah bahwa waku paronya tidak bergantung pada jumlah zat mula-mula. Berapapun jumlah radio-isotop mula-mula, selalu diperlukan waktunyang sama sehingga separo daripadanya meluruh.
Dengan mengetahui waktu paro, kita dapat meramalkan sisa zar radioaktif setelah selang waktu tertentu. Hubungan antar fraksi zat yang tersisa dengan waktu paro dari rumus sebagai berikut.
Nt/No=(1/2)n
No = jumlah zat radioaktif mula-mula
Nt = jumlah zat radioaktif yang masih tersisa pada waktu t
n =t/t1/2= waktu/ waktu paro
oleh karena kereaktifan sebanding dengan jumlah atom radioaktif maka persamaan diatas dapat juga ditulis sebagai berikut
At/Ao= (1/2)n
At = kereaktifan pada waktu t
Ao = kereaktifan awal
B. Sinar Radioaktif
Sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif memiliki sifat-sifat:
1. dapat menembus lempeng logam tipis;
2. dapat menghitamkan pelat film;
3. dalam medan magnet terurai menjadi tiga berkas sinar.
Pada tahun 1898 Paul Ulrich Villard menemukan sinar radioaktif yang tidak dipengaruhi oleh medan magnet yaitu sinar gamma (γ ). Setahun kemudian Ernest Rutherford berhasil menemukan dua sinar radioaktif yang lain, yaitu sinar alfa (α ) dan sinar beta ( β ).
1. Sinar Alfa (α)
Sinar alfa merupakan inti helium (He) dan diberi lambang 42 α atau 42 He .
Sinar α memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a. bermuatan positif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke kutub
negatif;
b. daya tembusnya kecil (α < β < γ );
c. daya ionisasi besar (α > β > γ ).
2. Sinar Beta (β)
Sinar beta merupakan pancaran elektron dengan kecepatan tinggi dan
diberi lambang 01β atau 01e.
Sinar beta memiliki sifat-sifat:
a. bermuatan negatif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke kutub positif;
b. daya tembusnya lebih besar dari α ;
c. daya ionisasinya lebih kecil dari α .
3. Sinar Gamma (γ)
Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang pendek dan diberi lambang 00γ .
Sinar γ memiliki sifat-sifat:
a. tidak bermuatan listrik, sehingga tidak dipengaruhi medan listrik;
b. daya tembusnya lebih besar dari α dan β;
c. daya ionisasi lebih kecil dari α dan β.
Selain sinar α , β dan γ unsur radioaktif juga memancarkan partikel yang lain, misalnya positron (elektron positif) 0+1e , neutron 10n , proton 11 p , detron 21D dan triton 31T .
Sinar α dan β dipengaruhi medanlistrik.
Daya tembus sinar α , β dan γ .
Bila unsur-unsur radioaktif memancarkan sinar α atau β maka akan berubah menjadi unsur lain.
• Bila unsur radioaktif memancarkan sinar α , akan menghasilkan unsur baru dengan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat.
Contoh:
22688Ra è 22286Rn + 42α
• Bila unsur radioaktif memancarkan sinar β , akan menghasilkan unsur baru dengan nomor atom bertambah satu dan nomor massa tetap.
Contoh:
23490Th è 23491Pa + 0-1β
Pemancaran sinar γ dari unsur radioaktif tidak menghasilkan unsur baru.
C. Stabilitas Inti
Dalam inti atom terdapat proton dan neutron yang disebut nukleon (partikel penyusun inti). Suatu inti atom (nuklida) ditandai jumlah proton dan jumlah neutron. Secara umum nuklida dilambangkan dengan:
A X
Z
dimana è A = nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron
Z = nomor atom = jumlah proton
Kestabilan inti ditentukan oleh imbangan banyaknya proton dan neutron,
karena neutron dalam inti berfungsi menjaga tolak-menolak antar proton.
Untuk unsur yang kecil, jumlah neutron sama atau sedikit lebih banyak dari pada proton.
Untuk unsur yang berat jumlah neutron lebih banyak daripada proton.
Contoh :
Nuklida yang stabil dengan nomor atom terbesar 83 yaitu 20983 Bi, sedangkan nuklida dengan Z > 83 tidak stabil.
Sampai dengan nomor atom 80 inti-inti stabil semakin besar angka banding
neutron dengan proton.
Inti 4020Ca adalah inti stabil terberat yang angka banding neutron-protonnya adalah 1.
Inti yang tidak stabil (bersifat radioaktif) memiliki perbandingan n/p di luar pita kestabilan, yaitu:
1. di atas pita kestabilan
2. di bawah pita kestabilan
3. di seberang pita kestabilan
D. Peluruhan
Inti yang tidak stabil akan mengalami peluruhan yaitu proses perubahan dari inti yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil.
Inti yang terletak di atas pita kestabilan, memiliki harga n/p terlalu besar (kelebihan neutron), akan mencapai kestabilan dengan cara:
a. Memancarkan sinar (elektron)
Pada proses ini terjadi perubahan neutron menjadi proton.
10n è 11 p + 0-1 e
Contoh:
146C è 147N + 0-1 e
3516S è 3517 Cl + 0-1 e
13755Cs è 13756Ba + 0-1 e
b. Memancarkan neutron
Proses ini jarang terjadi di alam, hanya beberapa inti radioaktif yang mengalami proses ini.
Contoh:
52He è 42He + 10 n
Inti yang terletak di bawah pita kestabilan memiliki harga n/p yang terlalu kecil (kelebihan proton), akan mencapai kestabilan dengan cara:
a. Memancarkan positron
Pada proses ini terjadi perubahan proton menjadi netron.
11 p è 10 n + 01e
Contoh:
116C è115B + 01e
b. Memancarkan proton (proses ini jarang terjadi)
Contoh:
3316S è 3215P + 11p
c. Menangkap elektron
Elektron terdekat dengan inti (elektron di kulit K) ditangkap oleh inti atom sehingga terjadi perubahan
11 p + 0-1 e ==> 10 n
Contoh:
4019K + 0+1e è 4018Ar
9042Mo + 0-1e è 9041Nb
Inti yang terletak di seberang pita kestabilan (Z > 83) mencapai kestabilan dengan cara memancarkan alfa.
Contoh:
21684Po è 21282Pb + 42α
E. Kecepatan Peluruhan
Telah kita pelajari bersama bahwa nuklida yang tidak stabil akan mengalami peluruhan menjadi nuklida yang lebih stabil. Kecepatan peluruhan tiap nuklida berbeda-beda tergantung jenis nuklidanya. Bila ditinjau dari segi orde reaksi, peluruhan nuklida radioaktif mengikuti reaksi
orde satu. Hal ini dapat kita gambarkan sebagai berikut:
Bila N adalah jumlah zat radioaktif pada waktu t, maka jumlah yang terurai tiap satuan waktu dapat dinyatakan dengan persamaan diferensial, yaitu:
_ dN = λ N
dt
, dimana λ = tetapan peluruhan, yang besarnya tergantung jenis zat radioaktif.
Bila persamaan di atas diintegralkan akan menjadi:
N = N0e- λ t ,
dengan N0 = jumlah zat radioaktif pada saat t = 0 (mula-mula).
Pada gambar di atas tampak bahwa setelah waktu t jumlah zat radioaktif menjadi ½ dari jumlah pemula. Dalam hal ini kita mengenal waktu yang diperlukan oleh zat radioaktif untuk meluruh menjadi separuh (setengah) dari jumlah semula, yang dikenal dengan waktu paruh (t ½ ).
Jadi, pada saat t = t ½ , maka N = ½ N0 ,
Sehingga :
1 = 0,693
2 λ
Bila :
jumlah zat radioaktif mulamula = N0 dan waktu paruh = t1/2,
maka setelah waktu paruh pertama jumlah zat radioaktif tinggal 1/2N0
dan setelah waktu paruh kedua tinggal ¼ N0.
Setelah zat radioaktif meluruh selama waktu t, maka zat radioaktif yang tinggal (N), dapat dirumuskan dengan:
t
N = 1 t1/2 X N0
2
Contoh Soal :
1. Suatu zat radioaktif x sebanyak 12,8 gram dan memiliki waktu paruh 2 tahun. Berapa gram zat radioaktif x yang tersisa setelah 6 tahun?
Jawab:
Diketahui: N0 = 12,8 gram, t 1/2 = 2 tahun, t = 6 tahun
Ditanyakan: N = ...
t
N = 1 t1/2 X N0
2
6
N = 1 2 X 12,8
2
N = 1 3 X 12,8
2
N = 1 X 12,8 = 1,6 gram
8
2. Suatu radioisotop memiliki massa 8 mg. Setelah beberapa hari, massanya berkurang menjadi 2 mg. Jika waktu paruh radioisotop tersebut 20 hari, telah berapa lamakah radioisotop tersebut meluruh?
Jawab
Diketahui
Nt = 2 mg
N0 = 8 mg
t 1/2 = 20 hari
Nt = ( 1/2 )n x N0
2 = ( 1/2 )n x 8
( 1/2 )n = 1/4
n = 2
n = t
t1/2
t = n × t 1/2 = 2 x 20 = 40
Jadi, radioisotop tersebut telah meluruh selama 40 hari.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar