Makalah Kimia tentang Zat Radioaktif

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sesungguhnya, tuhan menciptakan segala sesuatu di alam ini untuk menjadi manfaat bagi umat manusia. Pada kenyataannya, umat manusia seringkali menciptakan sesuatu yang justru bersifat destruktif. Oleh karena itu, dengan mempelajari bab ini anda dapat menilai secara pribadi apa yang seharusnya dilakukan oleh umat manusia berkenaan dengan unsur radioaktif ini. Tahukah anda, aplikasi dari materi radioaktif di dalam kehidupan sehari-hari? Peristiwa bersejarah apa saja yang berkaitan dengan isotop? Adakah dampak negatif dari penggunaan isotop? Jawaban dari pernyataan-pernyataan tersebut dapat anda temukan dengan mempelajari pelajaran ini dengan baik.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas yang menjadi pokok permasalahan adalah bagaimana manusia menggunakan zat radioaktif dalam kehidupan dan demi kemakmuran umat manusia.

1.3. Tujuan Penulisan

1. Siswa-siswi mengerti sifat fisis dan kimia dari zat radioakrif.

2. Siswa-siswi mengerti zat radioaktif di alam dalam bentuk apa.

3. Dan kegunaan zat radioaktif.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sejarah Zat Radioaktif

Sejarah penemuan Radioaktivitas pertama kali ditemukan pada tahun 1896 oleh ilmuwan Perancis Henri Becquerel ketika sedang bekerja dengan material fosforen. Material semacam ini akan berpendar di tempat gelap setelah sebelumnya mendapat paparan cahaya, dan dia berfikir pendaran yang dihasilkan tabung katoda oleh sinar-X mungkin berhubungan dengan fosforesensi. Karenanya ia membungkus sebuah pelat foto dengan kertas hitam dan menempatkan beragam material fosforen diatasnya. Kesemuanya tidak menunjukkan hasil sampai ketika ia menggunakan garam uranium. Terjadi bintik hitam pekat pada pelat foto ketika ia menggunakan garam uranium tesebut.Tetapi kemudian menjadi jelas bahwa bintik hitam pada pelat bukan terjadi karena peristiwa fosforesensi, pada saat percobaan, material dijaga pada tempat yang gelap. Juga, garam uranium nonfosforen dan bahkan uranium metal dapat juga menimbulkan efek bintik hitam pada pelat.

2.2. Pengertian zat radioaktif

Zat radioaktif adalah zat yang tidak mempunyai isotop stabil, sehingga disebut juga radioisotop. zat tersebut dapat memancarkan sinar radiasi yang disebut sinar radioaktif, berupa sinar alfa(α), sinar beta(β), sinar gamma(γ). Radioisotop adalah isotop tidak stabil yang memancarkan radiasi secara spontan dan terus-menerus. Jika jumlah neutron dalam suatu inti sama dengan jumlah proton, maka inti akan stabil atau non radioaktif. Tetapi jika dalam inti jumlah neutron tidak sama dengan jumlah proton, maka inti menjadi tidak stabil. Semakin banyak perbedaan jumlah neutron dengan jumlah protonnya , maka semakin tidak stabil dan semakin cepat pula inti itu melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk sinar radiasinya. Pada tahun 1900 Rutherford menemukan sinar alfa(α), dan sinar beta(β) dan pada tahun yang sama sinar gamma(γ) ditemukan oleh P.Villard.

2.3. Sifat- Sifat Zat Radioaktif

1. Sifat-Sifat Fisik Unsur Radioaktif

Inti atom terdiri atas neutron. Massa suatu inti selalu lebih kecil dari jumlah massa proton dan neutron. Selisih antara massa inti yang sebenarnya dan jumlah massa proton dan neutron penyusunnya disebut defek massa.

Contoh:

Massa sebuah atom yang ditentukan dengan spektrograf massa adalah 4,002603 sma. Massa proton 1,007277 sma, massa elektron 0,0005486 sma, dan massa netron 1,008665 sma. Massa atom (₂He⁴) terhitung adalah:

= (2 × 0,0005486 sma) + (2 × 1,007277 sma) + (2 × 1,008665 sma)

= 4,032981 sma

Defek massa = 4,032981 sma – 4,002603 sma = 0,030378 sma.

Defek massa ini merupakan ukuran energi pengikat neutron dan proton. Energi pengikat inti merupakan energi yang diperlukan untuk menguraikan inti (energi yang dilepaskan jika inti terbentuk). Energi pengikat inti dapat dihitung dengan mengalikan defek massa dalam satuan massa atom per nukleon dengan faktor konversi massa energi yang besarnya 932 MeV/sma.

Contoh :

Atom (²⁶Fe₅₆) mengandung 26 proton, 30 neutron, dan 26 elektron.
Massa dari partikel-partikel ini adalah:

p = 1,007277 sma

n = 1,008665 sma

e = 0,0005486 sma

Massa (₂₆Fe⁵⁶) menurut perhitungan adalah:

= (26 × 1,007277 sma) + (30 × 1,008665 sma) + (26 × 0,0005486 sma)

= 56,4634 sma

Massa menurut pengamatan adalah 55,9349 sma.

Defek massa = 56,4634 sma –55,9349 sma = 0,5285 sma

Energi pengikat inti Fe adalah = 0,5285 × 932 = 492,56 MeV/sma
Energi pengikat inti Fe per nukleon adalah: = 492,56 56 = 8,796 MeV/nucleon.

2. Sifat-Sifat Kimia Unsur Zat Radioaktif

1) Mengalami Peluruhan Radioaktif

Unsur-unsur radioaktif dapat mengalami berbagai peluruhan yaitu, sebagai berikut.

a. Peluruhan alfa (α).

Peluruhan alfa atau radiasi alfa terdiri dari pancaran inti atom helium yang disebut partikel alfa dinyatakan dengan (2^4)He . Setelah terpancar di udara, partikel alfa bertabrakan dengan molekul udara yang netral. Partikel alfa tidak dapat menembus kulit manusia, tetapi dapat merusak kulit.

Contoh:

b. Peluruhan beta (β).

Pada peluruhan ini, neutron berubah menjadi proton. Pada proses ini

tidak terjadi perubahan jumlah nukleon. Ada tiga macam peluruhan

beta.

· Peluruhan negatron

Di sini terjadi perubahan neutron menjadi proton dengan Memancarkan elektron negative atau negatron.

Contoh:

· Peluruhan positron

Contoh :

· Penangkapan elektron.

Proses ini jarang terjadi pada isotop alam, tetapi terjadi pada radionuklida buatan.

Contoh:

c. Peluruhan gamma (γ).

Proses ini seringkali disebut transisi isomer. Pada peluruhan sinar gamma tidak dihasilkan unsur baru karena sinar gamma merupakan energi foton yang tidak bermassa dan tidak bermuatan.

2) Pembelahan Spontan

Proses ini hanya terjadi pada nuklida-nuklida yang nomor atomnya besar dan membelah secara spontan menjadi dua nuklida yang massanya berbeda.

3) Mengalami Transmutasi Inti

Pada tahun 1919, Rutherford berhasil menembak gasnitrogen dengan partikel alfa dan hydrogen dan oksigen.

Reaksi ini merupakan transmutasi buatan pertama yaitu perubahan suatu unsur menjadi unsur lain. Pada tahun 1934, Irene Joliot Curie, putri Marie Curie, berhasil membuat atom fosfor yang bersifat radioaktif dengan menembakkan aluminium dengan sinar alfa yang berasal dari polonium.

Rontgen (1845 – 1923) bahwa beberapa unsur dapat memancarkan sinar-sinar tertentu. Para ahli tertarik untuk mengadakan penelitian tentang unsur tersebut. Setahun kemudian Antoine Henre Becquerel (1852 – 1908) mengamati garam uranik sulfat (K₂UO₂(SO₄)₂) memancarkan sinar (radiasi) secara spontan. Gejala ini dinamakan keradioaktifan, sedangkan unsur yang memancarkan radiasi disebut unsur radioaktif. Pada tahun 1898, Marie Sklodowska Curie (1867 – 1934) bersama suaminya, Pierre Curie (1859 – 1906) berhasil menemukan dua unsure radioaktif yaitu Polonium (Po) dan Radium (Ra). Karena jasa mereka di bidang keradioaktifan pada tahun 1903, Henry Bequerel bersama Pierre dan Marie Curie memperoleh hadiah nobel.

2.4. 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 . Setahun kemudian Ernest Rutherford berhasil menemukan dua sinar radioaktif yang lain, yaitu sinar alfa dan sinar beta.

a. Sinar Alfa (α).

Sinar alfa merupakan inti helium (He) dan diberi lambang atau sinar memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

a. Merupakan inti helium(He).

b. Diberi simbol ₂α⁴ , berarti partikel bermuatan positif dua dan bermassa empat.

c. Dibelokkan oleh medn magnet ke arah kutub negatif karena bermuatan positif.

d. Mempunyai daya tembus paling kecil, daya jangkau 2,8 sampai dengan 8,3cm.

e. Daya ionisasi patikel α sangat besar,± 100 kali daya ionisasi partikel β dan 10.000 kali ionisasi sinar γ.

f. Kecepatan partikel bervariasi antara 1/100 hingga 1/10 kecepatan cahaya.

b. Sinar Beta (β)

Sinar beta (β) memiliki sifat-sifat:

a. Merupakan partikel yang identik dengan elektron.

b. Diberi simbol 0-β atau 0-I, berati partikel bermuatan negatif satu dan massa sangat kecil (=5,5 x 10^-4sma).

c. Dibelokkan oleh medan magnet ke arah positif karena bermuatan negatif.

d. Daya tembusnya lebih besar dari sinar α, sinar β dapat menembus beberapa cm dalam medium udara.

e. Daya ionisasi di udara 1/100 dari partikel α.

f. Kecepatan partikel β berkisar antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya.

c. Sinar Gamma (γ).

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang pendek. Sinar γ memiliki sifat-sifat: Tidak bermuatan listrik, sehingga tidak dipengaruhi medan listrik, daya tembusnya lebih besar dari α dan β, daya ionisasi lebih kecil dari α dan β .

Setelah penemuan keradioaktifan ini, terbukti bahwa dengan reaksi inti suatu unsur dapat berubah menjadi unsur lain. Bila unsur-unsur radioaktif memancarkan sinar atau β maka akan berubah menjadi unsur lain.Bila unsur radioaktif memancarkan sinar, akan menghasilkan unsur baru dengan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat.

Contoh:

Bila unsur radioaktif memancarkan sinar β , akan menghasilkan unsur baru dengan nomor atom bertambah satu dan nomor massa tetap.

2.5. Unsur Radioaktif

Unsur radioaktif secara sepontan memancarkan radiasi, yang berupa partikel atau gelombang elektromagnetik (nonpartikel). Jenis-jenis radiasi yang dipancarkan unsur radioaktif adalah:

1. Partikel α (Sinar α), terdiri dari inti ₂He⁴ yang bermuatan positip (₂He⁴)²⁺.

2. Partikel β (Sinar β) atau _-1e⁰, sama dengan elektron (e), bermuatan negatip.

3. Sinar γ, mirip dengan sinar-x, berupa foton dengan panjang gelombang sangat pendek (1 - 10^-3 Å).

4. Partikel β+ (₊₁e⁰), merupakan elektron bermuatan positip (positron). Umumnya dipancarkan oleh inti zat radioaktif buatan.

5. Elektron capture, sering bersamaan dengan pemancaran positron, sebuah elektron pada kulit dalam diserap inti. ₁p¹ + -1e⁰ → ₀n¹

Kekosongan elektron diisi elektron pada kulit luar dengan memancarkan sinar x.

2.6. Reaksi Inti.

Pada reaksi inti biasanya massa sebelum reaksi tidak sama dengan massa sesudah reaksi. Hal ini karena terjadi perubahan massa menjadi energi atau sebaliknya.

Menurut Einstein:

E = m.c²

c = 2,998 x 10^-10 cm/dt

1 sma ≈ 931,4 MeV

1 eV = 1,6021 x 10^-12 erg

1 erg = 10^-7 joule

1 MeV = 1,6021 x 10^-13J

2.7. Reaksi Transmutasi

Transmutasi inti atau transmutasi nuklir adalah perubahan suatu unsur kimia atau isotop menjadi unsur kimia atau isotop lain melalui reaksi nuklir. Di alam berlangsung transmutasi nuklir natural yang terjadi pada unsur radioaktif yang secara spontan meluruh selama kurun waktu bertahun-tahun dan akhirnya berubah menjadi unsur yang lebih stabil. Transmutasi nuklir buatan dapat dilakukan dengan menggunakan reaktor fisi, reaktor fusi atau alat pemercepat partikel (particle accelerator).

Transmutasi nuklir buatan dilakukan dengan tujuan mengubah unsur kimia atau radioisotop dengan tujuan tertentu. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari reaktor nuklir yang mempunyai umur sangat panjang dapat saja ditransmutasikan menjadi radioisotop yang lebih stabil dan memancarkan radioaktivitas dengan umur yang lebih pendek,untuk mengubah bahan yang tidak dapat membelah menjadi bahan fisil, atau mengubah radioisotop berumur sangat panjang menjadi radioisotop yang lebih pendek umurnya atau bahkan menjadi unsur stabil yang tidak memancarkan radioaktif.

2.8. Transmutasi buatan

Transmutasi adalah perubahan suatu unsur menjadi unsur lain

A alami

A buatan

Gambar 1.1. Transmutasi

Reaksi umum : a, n, partikel subatomik lain + inti stabil ® pemancaran radioaktif

ERNEST RUTHERFORD JAMES CHADWICK

Contoh:

Bila Kalium^-39 ditembak dgn neutron

Gambar 1.2.Atom fertil 1 dan Atom fertil 2.

Bahan yang dapat diubah menjadi bahan fisil disebut sebagai bahan fertil. Reaksi nuklir transmutasi tersebut diantaranya adalah sebagai berikut.

Transmutasi bahan fertil (thorium ^-232 dan uranium ^-238) menjadi bahan fisil (U^-233dan Pu^-239) :

₀n¹ + ₉₀Th²³² → ₉₂U²³³ + 2 – 1e⁰

₀n¹ + ₉₂U²³⁸ → ₉₄Pu²³⁹ + 2 – 1e⁰

Transmutasi limbah radioaktif berumur panjang dari kelompok aktinida minor yaitu amerisium^-²⁴¹ (₉₅Am²⁴¹) menjadi bahan fisil kurium^-243 (₉₆Cm²⁴³) agar dapat berfisi di dalam reaktor nuklir dari pada meluruh dengan memancarkan radioaktif yang berbahaya sebagai limbah nuklir:

₀n¹ + ₉₅Am²⁴¹ → ₉₆Cm²⁴²+ -1e⁰ 0n1 + ₉₆Cm²⁴² → ₉₆Cm²⁴³.

Misal selisih massa 0,1587 gram setara dengan pelepasan energi sebesar ± 14 300 juta Joule. Dikenal ada tiga macam reaksi inti, yaitu reaksi penembakan dengan partikel, reaksi fisi, dan reaksi fusi.

2.9. Reaksi penembakan dengan partikel.

Sebagai partikel penembak (peluru) dapat berupa partikel ringan, misalnya: ₂α⁴ , ₁p¹ , ₀n¹ , ₁D² atau partikel berat, misalnya: ₆C¹² , ₇N¹⁴ , ₈O¹⁶. Rutherford (1919) dengan penembak partikel α berhasil mengubah ₇N¹⁴menjadi ₈O¹⁷_.

₇N¹⁴ + ₂He⁴ ⎯→ ₈O¹⁷ + ₁H¹atau dapat dituliskan: ₇N¹⁴ (α,p) ₈O¹⁷.

Irene Curie (1933) dengan penembak partikel α berhasil mengubah ₁₃Al²⁷ menjadi ₁₅P³⁰ = ₁₃Al⁷² + ₂He⁴ → ₁₅P³⁰ + ₀n¹.

Partikel kecil untuk penembak diperoleh dari proses peluruhan isotop atau dari reaktor nuklir. Penembakan dapat dengan pemercepat partikel (particle accelerator) misalnya siklotron. Dengan siklotron penembak dapat juga partikel besar. Dengan siklotron Glenn Seaborg dapat membuat unsur-unsur transuranium nomor atom 93 sampai dengan 105.

Contoh:

₉₂U²³⁸ + ₆C¹² → ₉₈Cf ²⁴⁶+ ₄₀n¹

₉₂U²³⁸ + ₇N¹⁴ → ₉₉Es²⁴⁷ + ₅₀n¹

₉₂U²³⁸ + ₈O¹⁶ → ₁₀₀Fm²⁴⁹ + ₅₀n¹

₉₆Cm²⁴⁶ + ₆C¹³ → ₁₀₂No²⁵⁴+ ₅₀n¹

₉₈Cf ²⁴⁹ + ₆C¹² → ₁₀₄Ku²⁵⁷ + ₄₀n¹

2.10. Reaksi fisi/pembelahan.

Reaksi fisi merupakan reaksi antara neutron dengan suatu nuklida dari atom berat, menghasilkan 2 macam nuklida lain yang lebih ringan. Pertama kali ditemukan oleh Otto Hahn (1939). Fermi (1914) menemukan transuranium dengan cara menembak Uranium menggunakan neutron. Neutron cepat adalah neutron yang memiliki energi tinggi (energi kinetik) ± 14 MeV, dihasilkan dari generator neutron, kemudian dilewatkan pada akselerator.

Reaksi fisi dengan neutron termal banyak dijumpai pada reaktor inti. Nuklida ₉₂U²³⁵ paling sering bereaksi fisi dengan neutron termal. Bila ₉₂U²³⁵ ditembak dengan neutron termal akan menghasilkan nuklida baru dengan 2 atau 3 neutron dengan energi sebesar ± 200 MeV.

₉₂U²³⁵ + n → ₅₆Ba¹³⁸ + ₃₆Kr ⁹⁶ + 3n + 200 MeV

Neutron baru yang dihasilkan mempunyai energi ± 2 MeV. Jika digunakan untuk reaksi fisi selanjutnya neutron ini masih mempunyai energi yang cukup tinggi, sehingga perlu diperlambat dengan moderator (misalnya: air, air berat, grafit, berilium) hingga ± 0,025 eV. Bila reaktor inti dilengkapi moderator, maka reaksinya dapat dikendalikan dengan batang kendali untuk menyerap neutron, dan reaksi berlangsung secara berantai.

2.11. Reaksi Fusi/Penggabungan.

Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan inti-inti ringan menjadi inti baru yang lebih berat. Reaksi ini hanya berlangsung pada suhu tinggi (juta °C), untuk memperoleh energi aktivasi agar inti-inti ringan dapat bergabung. Dalam proses penggabungan ini dihasilkan energi yang besar. Diperkirakan energi yang dipancarkan matahari adalah hasil fusi nuklir inti-inti hidrogen menjadi inti helium:

4 ₁H¹ → ₂He⁴ + 2 1e⁰

Reaksi fusi terjadi pada bom hidrogen, yang energi aktivasinya diperoleh dari reaksi fisi yang terjadi dalam bom:

₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + energi

2.12. Pembuatan Bom

Fisi Inti : inti dipecah dengan penembakan sehingga dihasilkan fragmen inti yg lebih kecil, dan dibebaskan energi yang sangat besar.

1. Otto Hahn & Fritz Strassman (1938)

Atom uranium terpecah ® Ba, La, Ce

2. Lise Meitner & Otto frisch

Menghitung energi yg berkaitan dgn pembelahan uranium.

Pengayaan Uranium-235

²³⁵U di alam 0,7% ® utk bom atom dibutuhkan 90%

campuran isotop U + gas F₂ ® UF₆(volatil)

²³⁵UF₆ lbh ringan & lbh cepat bergerak dibandingkan ²³⁸UF₆ shg dpt dipisahkan

3. Glenn T. Seaborg

Uranium^-238 tidak akan pecah jika dibombardir oleh neutron

U ® Np ® Pu (dapat dipecah, cocok untuk pembuatan bom atom).

sebelum suatu bahan yang dapat mepertahankan reaksi berantai, maka diperlukan jumlah minimum tertentu yg disebut massa kritis.

contoh : uranium^-235 mempunyai massa kritis 4 kg

penggabungan sejumlah inti < massa kritis akan memicu reaksi rantai

® pembuatan bom atom.

Gambar 1.3. Bom hiroshima dan Bom nagasaki

Sebagai sumber energi, penggunaan reaksi fusi lebih menguntungkan karena energi yang dihasilkan lebih besar dan tidak menghasilkan isotop radioaktif. Isotop yang dihasilkan bersifat setabil, misalnya Helium. Kesulitannya, reaksi fusi terkontrol perlu tempat yang dapat menahan suhu tinggi (± 50 juta°C sampai dengan 200 juta°C).

2.12. Peluruhan Inti

1. Penulisan Nuklida

Nuklida adalah suatu inti atom yang ditandai dengan jumlah proton (p) dan neutron (n) tertentu, dituliskan: _ZX^A

X = lambang unsur Z = nomor atom = jumlah proton (p)

A = bilangan massa = jumlah proton dan neutron (p + n)

2. Isotop Stabil dan Isotop Tidak Stabil

Nuklida-nuklida dari unsur yang sama (dengan jumlah proton sama) tetapi jumlah neutron berbeda disebut isotop. Contoh isotop oksigen adalah: ₈O¹⁶, ₈O¹⁷, ₈O¹⁸

Isotop yang mempunyai inti stabil disebut isotop stabil. Isotop tidak stabil mempunyai inti tidak stabil yang merupakan nuklida radioaktif dan akan meluruh. Nuklida yang dikenal terdapat lebih dari 3 000 nuklida, sekitar 280 di antaranya adalah nuklida stabil dan lainnya adalah nuklida radioaktif. Beberapa contoh isotop stabil dan isotop tidak stabil adalah sebagai berikut.

Tabel.1.1 Isotop Stabil Dan Isotop Tidak Stabil

Unsur	Isotop Stabil	Isotop Tidak Stabil
H³	H	H¹, H²
K	K³⁹, K⁴¹	K³⁸, K⁴⁰, K⁴², K⁴⁴
Pb	Pb²⁰⁶, Pb²⁰⁸	Pb²⁰⁵, Pb²⁰⁷, Pb²⁰⁹²
Co	Co⁵⁹	Co⁵⁷, Co⁵⁸, Co⁶⁰, Co⁶¹

Inti Atom:

Proton = 1.007276 Sma »1 Sma

Neutron = 1.008665 Sma » 1 Sma

Simbol inti :

ket : Z = nomor atom = å proton

A = nomor massa = åp + ån

Isotop :

Atom yang jumlah protonnya sama tapi berbeda jumlah neutronnya.

Tabel 1.2 Atom Hidrogen

	Hidrogen	Deuterium	Tritium
Proton	1	1	1
Neutron	0	1	2
Elektron	1	1	1

3. Peluruhan Radioaktif Alam dan Radioaktif Buatan

a. Radioaktif Alam

Unsur/nuklida radioaktif alam yaitu unsur/nuklida radioaktif yang dapat ditemukan di alam, umumnya ditemukan dalam kerak bumi. Semua unsur/nuklida radioaktif alam yang bernomor atom tinggi akan termasuk salah satu dari deret radioaktif berikut:

1) Deret uranium, dimulai dari ₉₂U²³⁸ berakhir pada ₈₂Pb²⁰⁶.

₉₂U²³⁸ → ₈₂Pb²⁰⁶ + ₈₂α⁴ + 6 -1β⁰

2) Deret thorium, dimulai dari ₉₀Th²³² berakhir pada ₈₂Pb²⁰⁸.

₉₀Th²³² → ₈₂Pb²⁰⁸ + ₆₂α⁴ + 4 -1β⁰

3) Deret aktinium, dimulai dari ₉₂U²³⁵ berakhir pada ₈₂Pb²⁰⁷.

₉₂U²³⁵ → ₈₂Pb²⁰⁶ + ₇₂α⁴ + 4 -1β⁰

Unsur radioaktif bernomor atom rendah jarang ditemui.

Contohnya: ₁₉K⁴⁰

₁₉K⁴⁰ → ₂₀Ca⁴⁰ + -1β⁰

Tabel.1.3. Peluruhan Radioaktif dan Perubahan inti.

Jenis Radiasi	Simbol	No. Massa	Muatan	Perub No massa	Perub No. Atom
Alfa	a	4	2	Berkurang 4	Berkurang 2
Beta	b	0	1-	Tetap	Tambah 1
Gamma	g	0	0	Tetap	Tetap

Contoh :

Plutonium meluruh dengan memancarkan partikel alfa. Unsur apakah yang terbentuk?

Jawab :

Massa unsur baru = 239-4 = dan muatannya = 94-2 =92

Muatan inti (nomor atom) 92 adalah uranium (U)

b. Radioaktif Buatan

Unsur/nuklida radioaktif buatan adalah unsur/nuklida radioaktif yang tidak terdapat di alam, tetapi dapat dibuat dari unsur/nuklida alam. Isotop buatan pertama kali dibuat Rutherford (1919), adalah ₈O¹⁷ yang tidak radioaktif.

₇N¹⁴ + ₂He⁴ → ₈O¹⁷ + ₁H¹

Isotop radioaktif buatan pertama adalah ₁₅P³⁰ (1934)

₁₃A^l27 + ₂He⁴ → ₁₅P³⁰ + ₀n¹

₁₅P³⁰ → ₁₄Si³⁰ + ₁e⁰

Unsur buatan yang pertama adalah neptunium (Np)

₉₂U²³⁸ + ₀n¹ → ₉₂U²³⁹

₉₂U²³⁹ → ₉₃Np²³⁹ + _-1e⁰

Deret radioaktif buatan dimulai dari ₉₃Np²³⁵ berakhir pada ₈₃Bi²⁰⁹.

c. Laju Peluruhan Radioaktif

· Waktu Paruh

Laju peluruhan merupakan ukuran kesetabilan inti, biasanya dinyatakan dalam waktu paruh

(t ½ ), yaitu waktu yang diperlukan untuk meluruh agar jumlah atom (N0) menjadi tinggal separuhnya (½ N0).

½ N0

ln ⎯⎯⎯⎯ = − k.t ½

ln 2 0,693

t ½ = ⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯

k k

Di laboratorium untuk memudahkan pengukuran jumlah atom (N) atau radioaktifitas (A) dinyatakan dalam count (banyaknya peluruhan yang tercatat pada detektor) permenit.

A = c.(- ⎯⎯⎯)

c = koefisien deteksi yang bergantung jenis detektor, orientasi detektor, jarak detektor dari sampel, dan lain-lain.

Jika c dianggap tetap, maka:

A = A0.e- k.t

A0 = radioaktifitas pada saat t = 0

Contoh :

1. Berapa fraksi atom radioaktif tersisa setelah 5 waktu paruh?

Jawab:

Setelah 1 waktu paruh, tersisa 1/2 bagian

Setelah 2 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/2 = 1/4 bagian

Setelah 3 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/4 = 1/8 bagian

Setelah 4 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)3 = (1/2)4 = 1/16 bagian

Setelah 5 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)4 = (1/2)5 = 1/32 bagian

2. Bila dimulai dengan 16 juta atom radioaktif, berapa yang tertinggal

setelah 4 waktu paruh?

Jawab:

Tersisa = (1/2)4 = 1/16 x 16 juta = 1 juta atom

· Radioactive Dating

Istilah radioactive dating digunakan pada penggunaan radiasi dari unsur radioaktif untuk menentukan umur atau usia (dating) suatu bahan yang mengandung unsur radioaktif tersebut. Misalnya batuan yang semula mengandung U²³⁸ dapat ditentukan umurnya dengan menghitung kadar Pb²⁰⁶ pada batuan sekarang. U²³⁸ akan berhenti meluruh jika telah terbentuk Pb^206.

₉₂U²³⁸ → ₈₂Pb²⁰⁶ + 8 ₂He⁴ + 6 ₁e⁰

Jadi setiap 238 gram U²³⁸ setelah berhenti meluruh akan menghasilkan 206 gram Pb²⁰⁶. Waktu paruh U²³⁸ adalah 4,5 x 109 tahun. Setelah 4,5 x 109 tahun, 1 gram U²³⁸ akan mengahsilkan (½ x 1 = 0,5) gram U²³⁸ dan (½ x 206⁄238 = 0,43) gram Pb²⁰⁶.

Jika dimisalkan sedikit sampel batuan tersebut mengandung 1 gram U²³⁸ dan 0,76 gram Pb²⁰⁶, maka:

Massa U²³⁸semula (N₀) = 1 + ( 238/206 x 0,76) gram = 1,88 gram

Umur batuan (t) dapat dicari dengan persamaan:

1 0,693

ln ⎯⎯⎯⎯ = − ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x t

1,8 4,5 x 109

4,5 x 10 9 1,88

Jadi umur batuan tersebut (t) = ( ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ) x ln ⎯⎯⎯⎯ tahun = 4,099 x 109 tahun 0,693 1

Umur sisa makhluk hidup (fosil) dapat ditentukan dengan mengukur radioaktifitas atau laju peluruhan C₁₄ pada sisa mahluk hidup dan dibandingkan dengan laju peluruhan C₁₄ pada mahluk hidup sekarang (≈ laju peluruhan C₁₄ semula). Penggunaan radiasi C₁₄ untuk menentukan umur sisa mahluk hidup ini disebut Radiokarbon Dating.

Misal radioaktifitas C₁₄ pada fosil sisa tumbuhan = 10 peluruhan permenit pergram C₁₄ (= A), Radioaktifitas C₁₄ pada tumbuhan sekarang = 50 peluruhan permenit pergram C₁₄ (= Ao). Waktu paruh C₁₄ = 5 730 tahun. Maka umur fosil (t) dicari dengan persamaan:

10 0,693

ln ⎯⎯⎯ = − ⎯⎯⎯⎯ . t

50 5730

50 0,693

ln ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯ . t

10 5 730

5 730 50

t = ⎯⎯⎯⎯ x ln ⎯⎯ tahun = 13 307,47 tahun

0,693 10

2.13. Reaktor Inti.

Reaktor inti merupakan tempat berlangsungnya reaksi pembelahan inti (reaksi fisi) secara terkendali. Reaktor inti yang pertama dibuat oleh Fermi (1942). Berdasarkan tujuan penggunaannya, reaktor inti dibedakan menjadi reaktor penelitian dan reaktor daya.

· Reaktor Penelitian.

Reaktor Penelitian digunakan untuk tujuan penelitian. Reaktor ini didesain sebagai sumber neutron yang dapat digunakan untuk menghasilkan radioisotop, mengukur fluks, untuk analisa, dan sebagainya. Jenis reaktor penelitian misalnya:

a. Reaktor jenis TRIGA (Training Research and Isotope Production Genera19Atomic), menghasilkan fluks neutron sekitar 1011 - 1012 nV. Digunakan untuk menghasilkan radioisotop untuk keperluan penelitian fisika dan analisis berbagai bidang.

b. Reaktor uji material menghasilkan fluks neutron dalam orde 1014 - 1016 nV. Digunakan untuk tujuan reaksi, untuk menguji material, bahan bakar, komponen reaktor yang nantinya akan digunakan untuk komponen reaktor daya.

· Reaktor Daya/Reaktor Nuklir.

Reaktor daya ditujukan untuk memulai reaksi pembelahan (fisi) untuk menghasilkan reaksi berantai, dapat mengendalikan reaksi dan memanfaatkan energi yang dihasilkan. Neutron yang dihasilkan adalah neutron cepat dengan energi 2 MeV. Neutron yang menghasilkan reaksi fisi selanjutnya adalah neutron termal dengan energi 0,025 eV. Nuklida yang digunakan dalam reaktor inti umumnya ₉₂U²³⁵.

₉₂U²³⁵ + ₀n¹ ⎯→ ₅₆Ba¹³⁸ + ₃₆Kr⁹⁶ + 3n + 200 MeV

Setiap 1 mol ₉₂U²³⁵ menghasilkan energi ± 200 MeV, setara dengan energi yang dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara.

Posted in: MAKALAH