Transcript Kimia Inti dan Radiokimia

Kimia Inti dan Radiokimia
Kimia inti?
• Kimia inti adalah ilmu yang mempelajari
struktur inti atom dan pengaruhnya terhadap
kestabilan inti serta reaksi-reaksi inti yang
terjadi pada proses peluruhan radio nuklida
dan transmutasi inti
• Radiokimia: mempelajari zat radioaktif dan
penggunaannya dengan teknik2 kimia.
• Kimia radiasi: bidang kimia yang mempelajari
efek radiasi radioaktif terhadap materi.
Nuklida
• Nuklida  spesies nuklir
• Contoh: 6C12, 7N14, 6O18
• Rumus umum: ZXA dengan,
A
Z
– Z= nomor atom
– A=nomor massa
XN
-- N = A-Z
• Berdasarkan kesamaan dalam nilai A, Z, dan N,
nuklida-nuklida digolongkan menjadi 4 tipe.
Penggolongan Nuklida
• Isotop kelompok nuklida dengan Z sama
– Contoh: 82Pb204, 82Pb206, 82Pb207,82Pb208
• Isobar  kelompok nuklida dengan A sama
– Contoh: 6C14, 7N14, 8O14
• Isoton  kelompok nuklida dengan N sama
– Contoh: 1H3, 2He4
• Isomer inti  nuklida dengan A dan Z sama
tetapi berbeda dalam tingkat energinya
– Contoh: Co60m, Co60
5 Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan
proses pembentukannya di alam
• Nuklida stabil  secara alamiah tidak mengalami
perubahan A maupun Z, misal: 1H1, 6C12, 7N14
• Radionuklida alam primer radionuklida yang
terbentuk secara alamiah dan bersifat radioaktif.
Disebut primer karena waktu paruh panjang sehingga
masih bisa ditemukan sampai sekarang. Contoh: 92U238
dengan waktu paruh=4,5x109 th
• Radionuklida alam sekunder radiaktif dan dapat
ditemukan dialam. Waktu paruh pendek, tidak dapat
ditemukan di alam, tetapi dapat dibentuk secara
kontinu oleh radionuklida alam primer, misal 90Th234
dengan waktu paruh 24 hari.
• Radionuklida alam terinduksi  Misal 6C14
yang dibentuk karena interaksi sinar kosmik
dan nuklida 7N14 di atmosfir.
• Radionuklida buatan  merupakan
radionuklida yang terbentuk tidak secara
alamiah, tetapi hasil sintesis.
Kestabilan inti
Faktor penentu kestabilan:
• Angka banding jumlah netron terhadap proton
(n/p) yang terkandung dalam inti. Inti yang
paling stabil adalah inti yang mempunyai
nomor atom sampai 20, memiliki n/p=1
(kestabilan diagonal)
• Pasangan nukleon yang ditunjukkan oleh
hukum genap-ganjil
• Energi pengikat inti pernukleon.
Angka Banding n/p
• Apabila nuklida-nuklida stabil dihubungkan
maka akan diperoleh pita kestabilan inti.
• Unsur-unsur sampai dengan nomor atom 20
pita kestabilan inti membentuk sudut 45o
dengan sumbu N dan Z (n/p=1).
• Suatu inti dikatakan bersifat radioaktif karena
ia mengalami peluruhan spontan disertai
pemancaran radiasi.
Jenis radiasi yang dipancarkan
Partikel
dasar
Alfa
Negatron
(beta)
Massa
relatif
4
0
Muatan
Simbol
Jenis
+2
-1
, 2He4
-, -1e0
Partikel
Partikel
Positron
Gamma
0
0
+1
0
+, +1e0

Partikel
Gelombang
elektromag
net
Proton
Netron
1
1
+1
0
1p
1,
1H
1
0n
1
Partikel
Partikel
Hukum Genap Ganjil
• Dari jumlah nuklida stabil di alam, jika dikelompokkan
berdasarkan jumlah proton (Z) dan jumlah netron (N)
penyusunnya maka akan diperoleh data sbb:
Jenis nuklida
Jumlah nuklida stabil
Z genap, N genap
165
Z genap, N ganjil
55
Z ganjil, N genap
50
Z ganjil, N ganjil
4
• Data diatas menunjukkan urutan kestabilan relatif
adalah Z genap, N genap > Z genap, N ganjil> Z ganjil, N
ganjil > Z ganjil, N ganjil.
• Inti yang stabil menghendaki jumlah proton dan netron
genap
Energi Pengikat Inti
• Massa suatu inti selalu lebih kecil dari jumlah
massa proton dan netron.
• Berdasarkan hukum kesetaraan massa dan
energi, selisih massa tersebut adalah
merupakan energi pengikat nukleon dalam
inti.
• Semakin besar energi pengikat inti per
nukleon, semakin stabil nuklidanya.
Reaksi Inti Spontan dan Buatan
• Unsur paling berat yang terjadi secara alamiah
adalah uranium.
• Isotop uranium 92U238 secara spontan akan
memancarkan partikel alfa menjadi 90Th234.
• Peluruhan 90Th234 dengan memancarkan sinr beta
akan menghasilkan 91Pa234.
• Unsur-unsur dengan Z > 92 yang dikenal dengan
unsur buatan dihasilkan dari penembakan inti
dengan proton, partikel alfa atau ion-ion positif
unsur periode kedua.
Jenis Peluruhan Radioaktif
•
•
•
•
•
•
Peluruhan alfa
Peluruhan beta
Peluruhan gamma (transisi isomerik)
Pembelahan spontan
Pemancaran netron
Pemancaran netron terlambat
Peluruhan alfa
• Partikel alfa terdiri atas 2 proton dan dua
netron (partikel relatif besar).
• Agar suatu nuklida mampu melepaskan
partikel alfa, inti harus relatif besar.
• Contoh:
210  Pb206 + He4.
Po
84
82
2
Peluruhan beta
• 3 jenis peluruhan beta:
– Pemancaran negatron (beta negatif)
– Pemancaran positron (beta positif)
– Penangkapan elektron (electron capture, EC).
• Contoh:
40  Ca40 + 0;
K
19
20
-1
Pemancaran negatron terjadi jika n/p > isobar yang lebih stabil, maka
dalam inti terjadi perubahan 1 n menjadi 1 p : 0n1  1H1 + -10 +
44  Co44 + 0.
Se
21
20
+1
44 + e0  Se44.
Ti
22
-1
21
Peluruhan Gamma (transisi isomerik)
• Transisi diantara isomer inti.
• Seringkali suatu inti berada pada tingkat
kuantum diatas tingkat dasarnya (metastabil).
• Waktu paruh transisi isomerik kebanyakan
dalam orde <10-6 detik.
• Contoh:
60m  Co60 + 
Co
27
27
Pembelahan spontan
• Peluruhan dengan pembelahan spontan hanya
terjadi pada nuklida sangat besar.
• Nuklida yang sangat besar membelah diri
menjadi 2 nuklida yang massanya hampir
sama disertai pelepasan beberapa netron.
• Contoh:
254  Mp108 + Ba142 + 4 n1
Cr
98
42
56
0
Pemancaran netron
• Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida yang
memiliki kelebihan netron relatif terhadap inti
yang stabil.
• Contoh:
87  Kr86 + n1
Kr
36
36
0
Pemancaran netron terlambat
• Proses peluruhan terjadi dengan didahului
oleh pemancaran negatron kemudian
dilanjutkan dengan pemancaran netron.
• Contoh:
87  Kr87 + 0  Kr86 + n1
Br
35
36
-1
36
0
87 disebut pemancar netron terlambat
Br
35
Kinetika reaksi inti dan waktu paruh
• Kebolehjadian suatu nuklida untuk meluruh tidak
tergantung lingkungan (suhu, tekanan, keasaman,
dll).
• Tetapi, bergantung pada jenis dan jumlah nuklida.
• Kecepatan peluruhan berbanding lurus dengan
jumlah radionuklida, yang dinyatakan dengan:
-dN/dt N;
dengan
N=jumlah radionuklida,
t=waktu
Kinetika reaksi inti dan waktu paruh
• Perbandingan dapat diubah menjadi
persamaan dengan memasukkan tetapan
perbandingan .
-dN/dt  N
-dN/dt = N  laju perluruhan=keaktifan(A)
A = -dN/dt  A = N
dN/N = - dt (diintegralkan)
Nt=N0.e- t
Kinetika reaksi inti dan waktu paruh
• Jika N0 dan  diketahui maka dapat dihitung
radionuklida N pada tiap waktu t.
• Daftar tetapan peluruhan tidak ada, yang ada
daftar waktu paruh nuklida sudah dikenal.
• Jika t = t½, maka N = ½ N0
ln ½ N0/N0 = - t½
t½ = ln 2
t½ = 0,693  t½ = 0,693/ 
Satuan keradioaktifan dan dosis radiasi
• Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah
peluruhan (disintegrasi) per satuan waktu.
• Satuan keaktifan suatu zat radioakt9if adalah
Curie (Ci), semula didasarkan pada laju
disintegrasi 1 gram radium, tetapi sekarang
didefinisikan sebagai 3,7 x 1010 disintegrasi S-1.
• Satuan keaktifan dalam SI adalah becquerel (Bq)
yang didefiniskan sebagai 1 disintegrasi S-1.
1 Bq = 1 disintegrasi/S
• Keaktifan jenis adalah keaktifan per gram
cuplikan zat radioaktif.
Satuan keradioaktifan dan dosis radiasi
• Satu rad adalah jumlah energi radiasi yang
diserap 100 erg per gram bahan.
• Dalam SI satuan dosis adalah Gray (Gy) yang
didefinisikan sebagai 1 JKg-1.
1 Gy = 100 rad.
Reaksi Fisi
• Reaksi Fisi : reaksi pembelahan inti menghasilkan
netron
• Setiap reaksi pembelahan inti selalu dihasilkan
energi sekitar 200 Mev.
• Netron yang dihasilkan dapat digunakan untuk
menembak inti lain sehingga terjadi pembelahan
inti secara berantai.
• Energi yang dihasilkan pada pembelahan 235
gram 235U ekivalen dengan energi yang dihasilkan
pada pembakaran 500ton batubara.
Reaksi Fusi
• Reaksi penggabungan dua atau beberapa inti
ringan menjadi satu inti yang lebih berat.
• Reaksi fusi menghasilkan energi yang sangat
besar.
• Reaksi ini memiliki energi pengaktifan, terutama
untuk mengatasi gaya tolak menolak kedua inti
yang akan bergabung.
• Reaksi hanya mungkin terjadi pada suhu sangat
tinggi, sekitar 100 juta derajat.
• Pada suhu tersebut tidak terdapat atom
melainkan plasma dari inti dan elektron.
Reaksi Fusi
• Energi yang dihasilkan pada reaksi fusi sangat
besar.
• Energi yang dihasilkan cukup untuk menyebabkan
terjadinya reaksi fusi berantai yang dapat
menimbulkan ledakan termonuklir.
• Energi fusi dari 1 kg hidrogen setara dengan
energi pembakaran 20ribu ton batubara.
• Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi:
– Energi yang dihasilkan lebih tinggi
– Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi adalah
nuklida-nuklida stabil.
Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan
• Reaksi inti (fusi dan fisi) sebagai penghasil energi listrik.
• Penentuan umur (dating) batuan atau fosil.
• Dalam bidang kimia:
– Analisis pengenceran isotop
– Analisis pengaktifan netron  sebagai perunut dalam
menentukan mekanisme reaksi kimia.
• Dalam bidang kedokteran, radioisotop digunakan
sebagai perunut dalam terapi kanker.
• Dalam bidang pertanian, radioisotop digunakan
sebagai perunut dan juga untuk memperoleh bibit
unggul (pemuliaan tanaman).
Contoh soal:
• Ditemukan tulang suatu binatang purba yang
mempunyai keaktifan C14 2,75 dpm/g.
Perkirakan berapa tahun yang lampau
binatang itu hidup? (t½ C14 = 5668 tahun).