Transcript UNSUR RADIOAKTIF

UNSUR RADIOAKTIF
Oleh: M. Nurissalam, S.Si
SMA Muhammadiyah I Metro
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
2
4
•Sinar beta
-1
0
• Sinar gama 0


0
+

NOTASI DAN SIMBOL PARTIKEL INTI
Partikel
Simbol
Proton
p atau H
Netron
n
1
n
0
0
e atau 
0 atau 0
e
-1
-1
-1
4
2
+2
Elektron/
Sinar beta
Sinar alfa
 atau He
Sinar gama

Notasi
1p
1 atau
1
1H
atau 2He4
0

0
Muatan
+1
0
KESETABILAN INTI
Mengapa atom bersifat radioaktif ?
Atom bersifat radioaktif karena intinya tidak
stabil, sehingga mudah meluruh/pecah yang
disertai pemancaran radiasi.
Proton (+)
Netron (o)
Mengapa proton
sebagai penyusun
inti tidak saling tolak
menolak/ dapat
menyatu ?
Ada 3 Pendekatan tentang kesetabilan inti Atom
1.Pita kesetabilan.
Diidentifikasi perbandingan n/p isotop-isotop yang
terdapat di alam.
Contoh
Isotop 6C12 memiliki n=6 dan p= 6 maka n/p = 1
Isotop 11Na23 memiliki n= 12 dan p=11 maka
n/p=12/11 = 1,09.
Isotop 20Ca40 mempunyai n=20 dan p=20 maka n/p=1
Dari perhitungan diatas maka diperoleh diagram
berikut yang disebut diagram pita kesetabilan.
Catatan:
1. Isotop yang stabil
adalah isotop yang
memiliki n/p berada
pada pita kesetabilan.
n/p isotop stabil
2. Isotop dengan No atom
lebih dari 82 semua
radio aktif.
3. Ada 3 kelompok isotop
tidak stabil;
a.Di atas pita kestabilan.
b.Di bawah pita kestabilan
c. Atom berat dengan
No > 82
82
Kecenderungan mencapai kestabilan
1. Isotop di atas pita kesetabilan berarti kelebihan n dan
kekurangan p. Maka akan mencapai kesetabilannya
dengan cenderung mengubah n menjadi p
1
0n
1
1p
+ -1  0
Memancarkan
sinar beta
2. Isotop di bawah pita kesetabilan berarti kelebihan p dan
kekurangan n. Maka akan mencapai kesetabilannya
dengan cenderung mengubah p menjadi n dengan dua
cara:
Cara I
1
1p
1
0n
+ +1 e 0
Memancarkan
positron
Cara II
0
+ -1e
1
1p
1
0n
Menangkap elektron dari
kulit K
e
Memancarkan sinar X
K
L
Cara yang kedua ini lebih sering terjadi, sedangkan
cara I jarang sekali terjadi
3. Istop-isotop dengan No. atom lebih dari 82. (inti berat)
Cenderung meluruh dengan memancarkan sinar
alfa () meskipun kadang disertai sinar beta ()
dan gama ()
238
U
92
234
Th
90
234
4
Th

+
90
2
23
4
Ra

+ 2
88
0
POLA PELURUHAN ZAT RADIOAKTIF
238
92U
234
90Th
230
90Th
226
88Ra
222
86Rn
218
84Po
214
82Pb
210
82Pb
206
82Pb
214
83Bi
210
83Bi
214
84Po
210
84Po
234
91Pa
234
92U
2. Energi Bonding
Menurut kajian ini kesetabilan inti atom disebabkan karena
adanya energi bonding pernukleon yang cukup besar.
Menurut konsep ini sebagian massa dari partikel inti
diubah menjadi energi ikat antar nukleon (penyusun inti).
Hal ini dapat dilihat dari selisih massa secara teori dan
massa secara kenyataan, selisih massa tersebut
kemudian diubah menjadi energi dengan konversi Einstein
E = mc2 dan kemudian dibagi jumlah nukleonnya,
sehingga akan diperoleh energi ikatan pernukleon.
Nuclear binding energy (BE) is the energy required to break
up a nucleus into its component protons and neutrons.
BE + 199F
911p + 1010n
E = mc2
BE = 9 x (p mass) + 10 x (n mass) – 19F mass
BE (amu) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984
BE = 0.1587 amu
1 amu = 1.49 x 10-10 J
BE = 2.37 x 10-11J
binding energy
binding energy per nucleon =
number of nucleons
2.37 x 10-11 J
= 1.25 x 10-12 J
=
19 nucleons
23.2
Nuclear binding energy per nucleon vs Mass number
Nuclear Transmutation
14N
7
27Al
13
14N
7
+ 24
+ 24
+ 11p
17O
8
+ 11p
30P
15
+ 01n
11C
6
+ 42
Cyclotron Particle Accelerator
23.4
Balancing Nuclear Equations
1. Conserve mass number (A).
The sum of protons plus neutrons in the products must equal
the sum of protons plus neutrons in the reactants.
235
92 U
+ 10n
138
55 Cs
+
96
37 Rb
+ 2 10n
235 + 1 = 138 + 96 + 2x1
2. Conserve atomic number (Z) or nuclear charge.
The sum of nuclear charges in the products must equal the
sum of nuclear charges in the reactants.
235
92 U
+ 10n
138
55 Cs
+
96
37 Rb
92 + 0 = 55 + 37 + 2x0
+ 2 10n
23.1
WAKTU PARUH ( t½ )
Waktu yang diperlukan untuk meluruhkan
separuh dari jumlah inti suatu isotop.
Waktu paruh bersifat spesifik untuk setiap isotop.
Contoh :
t½ C-14 = 5700 th
t½ Po-214 = 1,6 x 10-4 detik
t½ Bi-210 = 5 hari
t½ Pb-214 = 26,8 menit
Semakin besar (panjang) waktu paruhnya berarti proses
peluruhannya berlangsung lambat (Isotop kurang aktif)
Semakin pendek waktu paruhnya berarti peluruhannya
berlangsung cepat (Isotop sangat aktif)
HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOP
100 %
1 x Waktu paruh
50%
2 x Waktu paruh
3 x Waktu paruh
25%
4 x Waktu paruh
12,5%
6,25%
0
20
t½
40
t½
60
t½
80
t½
Waktu ( t )
100
120
HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOP
Periode Waktu
paruh: t / t½
0
Sisa Isotop
Nt
100% = 1
bagian
(½)0 bagian
1
50%
= ½
bagian
(½)1 bagian
2
25 % = ¼
bagian
(½)2 bagian
3
12,5% = 1/8
bagian
(½)3 bagian
4
6,25% = 1/16 bagian
(½)4 bagian
n
Maka sisa isotop ( Nt )
(½)n bagian
Maka jumlah isotop yang tersisa;
Rumus
Nt = ( ½ )n .No
Contoh soal:
1. Suatu isotop setelah disimpan selama 20 hari ternyata
masih tersisa = 1/16 bagian. Tentukanlah waktu paruh
isotop tersebut !
Jawab:
Diketahui :
No = 1 bagian
Nt = 1/16 bagian
Nt
= ( ½ )n
No
1/16 = ( ½ )n
= ( ½ )4
n=
t
t½
Maka n = 4
Maka t½ = 20 = 5 hari
4
Contoh soal:
2. Suatu isotop setelah disimpan selama 60 hari ternyata
masih tersisa = 12,5 %. Tentukanlah waktu paruh
isotop tersebut !
Jawab:
Diketahui :
No = 100%
Nt = 12,5 %
Nt
= ( ½ )n
No
12,5/100
= ( ½ )n
1/8 = ( ½ )3
n=
t
t½
Maka n = 3
Maka t½ = 60 = 20 hari
3
PENENTUAN USIA FOSIL
Pada mahluk hidup
kadar C-14 yang ada
dalam tubuh adalah
konstan. Hal ini karena
pada mahluk hidup
masih melakukan
aktivitas kehidupannya
Pada mahluk yang
sudah mati kadar C-14
yang ada dalam tubuh
adalah berkurang. Hal
ini karena pada mahluk
mati tidak melakukan
aktivitas kehidupannya
Usia suatu fosil dapat ditentukan berdasarkan aktivitas
isotop C-14 yang terkandung dalam fosil ( sebagai Nt )
dibandingkan dengan aktivitas C-14 yang terkandung
dalam jasad masih hidup ( sebagai No )
Contoh soal:
3. Telah ditemukan fosil manusia purba di Desa Sangiran,
Setelah diidentifikasi aktivitas C-14 nya ternyata memiliki
aktivitas 5,1 dps. Jika pada tulang yang masih hidup
memiliki aktivitas C-14 =15,3 dps dan t ½ C-14 =5700 th.
Tentukan usia fosil manusia purba tersebut.
Jawab:
Diketahui :
No = 15,3 dps
Nt = 5,1 dps
Nt
= ( ½ )n
No
5,1/15,3
= ( ½ )n
⅓ = ( ½ )n
log ⅓ = log ( ½ )n
log ⅓ = n log ½
Hitung n ?
REAKSI INTI
Transmutasi inti.
Pada transmutasi inti inti atom ditembaki dengan partikel
(proton, netron, alfa atau partikel lain.)
Cyclotron Particle Accelerator
Nuclear Transmutation
Nuclear Fission
Pembelahan Inti
235U
92
+ 01n
90Sr
38
1n + Energy
+ 143
Xe
+
3
0
54
Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2
Energy = 3.3 x 10-11J per 235U
= 2.0 x 1013 J per mole 235U
Combustion of 1 ton of coal = 5 x 107 J
Nuclear Fission
Nuclear chain reaction is a self-sustaining sequence of
nuclear fission reactions.
The minimum mass of fissionable material required to
generate a self-sustaining nuclear chain reaction is the
critical mass.
Non-critical
Critical
23.5
Schematic Diagram of a Nuclear Reactor
23.5
Natural Uranium
0.7202 % U-235 99.2798% U-238
Measured at Oklo
0.7171 % U-235
Chemistry In Action: Nature’s Own Fission Reactor
Nuclear Fusion
Fusion Reaction
2
2
3
1
1 H + 1H
1 H + 1H
2H
1
+ 13H
6Li
3
+ 12H
4He
2
2
+ 10n
4He
2
Energy Released
6.3 x 10-13 J
2.8 x 10-12 J
3.6 x 10-12 J
Tokamak magnetic
plasma
confinement
23.6
Radioisotopes in Medicine
•
1 out of every 3 hospital patients will undergo a nuclear
medicine procedure
•
24Na,
•
131I,
t½ = 14.8 hr,  emitter, thyroid gland activity
•
123I,
t½ = 13.3 hr, -ray emitter, brain imaging
•
18F,
t½ = 1.8 hr, + emitter, positron emission tomography
•
99mTc,
t½ = 14.8 hr,  emitter, blood-flow tracer
t½ = 6 hr, -ray emitter, imaging agent
Brain images
with 123I-labeled
compound
23.7
Radioisotopes in Medicine
Research production of 99Mo
98Mo
42
+ 10n
99Mo
42
Commercial production of 99Mo
235U
92
99Mo
42
99mTc
43
+ 10n
99Mo
42
99mTc
43
99Tc
43
+ other fission products
+ -10 + n
+ -ray
Bone Scan with
99mTc
t½ = 66 hours
t½ = 6 hours
23.7
Pakai oksigen berlabel
Pakai glukosa berlabel
Geiger-Müller Counter
23.7
Biological Effects of Radiation
Radiation absorbed dose (rad)
1 rad = 1 x 10-5 J/g of material
Roentgen equivalent for man (rem)
1 rem = 1 rad x Q
Quality Factor
-ray = 1
=1
 = 20
23.8
Chemistry In Action: Food Irradiation
Dosage
Effect
Up to 100 kilorad
Inhibits sprouting of potatoes, onions, garlics.
Inactivates trichinae in pork. Kills or prevents insects
from reproducing in grains, fruits, and vegetables.
100 – 1000 kilorads
Delays spoilage of meat poultry and fish. Reduces
salmonella. Extends shelf life of some fruit.
1000 to 10,000 kilorads
Sterilizes meat, poultry and fish. Kills insects and
microorganisms in spices and seasoning.