Kimia inti dan unsur transisi

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

Nuklida

 Berdasarkan kesamaan dalam nilai A, Z,

dan N, nuklida-nuklida digolongkan menjadi 4 tipe.

A N

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

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

 Radionuklida alam terinduksi  Misal

6C14 yang dibentuk karena interaksi sinar

kosmik dan nuklida ₇N14 di atmosfr.

 Radionuklida buatan  merupakan

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

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

Jenis radiasi yang dipancarkan

Partikel

dasar Massa relatif Muatan Simbol Jenis

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:

 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

Jenis nuklida Jumlah nuklida stabil

Z genap, N genap 165

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

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

Jenis Peluruhan Radioaktif

 Peluruhan alfa

 Peluruhan beta

 Peluruhan gamma (transisi isomerik)

 Pembelahan spontan

 Pemancaran netron

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:

Peluruhan beta

 3 jenis peluruhan beta:

 Pemancaran negatron (beta negatif)

 Pemancaran positron (beta positif)

 Penangkapan elektron (electron capture, EC).

 Contoh:

19K40  20Ca40 + -1 0;

Pemancaran negatron terjadi jika n/p > isobar yang lebih

stabil, maka dalam inti terjadi perubahan 1 n menjadi 1 p : 0n1

 ₁H1 + _-1 0 +_

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:

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:

Pemancaran netron

 Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida

yang memiliki kelebihan netron relatif terhadap inti yang stabil.

 Contoh:

Pemancaran netron

terlambat

 Proses peluruhan terjadi dengan

didahului oleh pemancaran negatron kemudian dilanjutkan dengan

pemancaran netron.

 Contoh:

35Br87  36Kr87 + -1 0  36Kr86 + 0n1

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

Kinetika reaksi inti dan waktu

paruh

 Perbandingan dapat diubah menjadi

persamaan dengan memasukkan tetapan perbandingan  .

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

Satuan keradioaktifan dan dosis

radiasi

 Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah

peluruhan (disintegrasi) per satuan waktu.

 Satuan keaktifan suatu zat radioaktif adalah

Curie (Ci), semula didasarkan pada laju

disintegrasi 1 gram radium, tetapi sekarang didefnisikan sebagai 3,7 x 1010 disintegrasi S-1.

 Satuan keaktifan dalam SI adalah becquerel (Bq)

yang didefniskan sebagai 1 disintegrasi S-1.

1 Bq = 1 disintegrasi/S

 Keaktifan jenis adalah keaktifan per gram

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 didefnisikan sebagai 1 JKg-1.

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

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

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 fsi:

 Energi yang dihasilkan lebih tinggi

Aplikasi Reaksi Inti dan

Keradioaktifan

 Reaksi inti (fusi dan fsi) 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

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

II. SISTEM PERIODIK UNSUR-UNSUR

Sistem periodik unsur-unsur mula-mula disusun oleh Mendeleeff dan Lotar Meyer berdasarkan masa atom .

Hukum periodik unsur-unsur tersebut menyatakan

Meskipun pernyataan ini benar, namun ada beberapa kelemahannya,

Mis. ada beberapa pasangan unsur yang

tidak cocok dengan hukum periodik, yakni unsur dengan masa atom lebih besar

ditempatkan didepan unsur dengan masa atom lebih kecil, agar sifatnya berulang.

Co (massa atom 58,93) didepan Ni (masa atom 58,70); Te ( massa atom 127,6) didepan I (massa atom 126,9).

Hal ini karena setiap inti atom tersusun atas proton dan neutron, jumlah proton dalam setiap atom suatu unsur sama, tetapi

jumlah neutronnya dapat berbeda

sehingga massa atomnya dapat berbeda pula.

Padahal yang menentukan sifat unsur dan banyaknya elektron adalah jumlah proton. Jumlah proton dalam atom disebut nomor

Jadi hukum periodik seharusnya berbunyi : jika unsur disusun menurut

kenaikkan nomor atomnya, maka

Tabel Periodik yang disusun berdasarkan nomor atom:

Dalam tabel Periodik tersebut, unsur-unsur dalam

deret mendatar dinamakan perioda, sedangkan kolom vertikal dinamakan golongan.

Perioda I : 2 unsur, Perioda II dan III : 8 unsur

Bilangan-bilangan 2, 8, 18 dan 32 menunjukkan jumlah elektron maksimum dalam orbital

dengan

n = 1, n = 2, n = 3 dan n = 4.

Karena orbital yang dihuni elektron dalam atom terdiri atas orbital-orbital s, p, d dan f maka bilangan-bilangan ini merupakan bilangan

yang terbentuk dari penggabungan bilangan 2, 6, 10 dan 14 , yaitu bilangan yang

Dalam tabel Periodik unsur-unsur dikelompokkan ke dalam golongan :

- Unsur-unsur utama dengan indeks A

- Unsur transisi / peralihan dengan indeks B

Unsur nomor atom 57 sampai dengan 71 terletak dalam satu kotak, dan dikenal sebagai unsur-unsur

Lantanida.

Sedangkan unsur-unsur nomor atom 89 sampai

Unsur-unsur Golongan Utama

Unsur-unsur golongan utama adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada orbital-orbital s dan p.

Unsur-unsur Golongan Transisi:

Unsur-unsur transisi adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada orbital d.

Fenomena yang terdapat pada orbital-orbital d ialah: Elektron-elektron dalam orbital- orbital d cenderung berada dalam keadaan penuh (d10) atau setengah

penuh (d5).

Oleh karena itu, konfigurasi elektron ₂₄ Cr adalah 4s1

3d5 bukannya 4s2 3d4 dan

29Cu adalah 4s1 3d10,

Cara penomoran golongan unsur-unsur transisi: 1. Nomor golongan harus dibubuhi huruf B

2. Nomor golongan = jumlah elektron s + d ( jumlah elektron dikulit terluar + jumlah elektron d yang diisi terakhir).

Beberapa sifat khas unsur-unsur transisi:

1. Semua unsur transisi adalah logam

2. Hampir semua unsur transisi berwujud padat pada suhu kamar, kecuali Hg

3. Memiliki sifat katalis

4. Bersifat para magnetik ( tertarik oleh medan magnet )

5. Mempunyai valensi dan bilangan oksidasi umumnya lebih dari satu

Logam Transisi

Jika unsur-unsur block d membentuk ion-ion, elektron-elektron pada 4s hilang pertama kali.

Untuk menulis struktur elektronik dari Co2+:

Co [Ar] 3d74s2

Co2+ [Ar] 3d7

Ion 2+ dibentuk dengan kehilangan dari dua

elektron 4s. Untuk menulis struktur elektronik untuk V3+ :

V [Ar] 3d34s2

V3+ [Ar] 3d2

Variabel tingkat oksidasi (nomor)

Contoh dari variabel tingkat oksidasi dalam logam-logam transisi.

Besi

Besi biasanya mempunyai dua tingkat oksidasi dalam (+2 dan +3) , Sebagai contoh, Fe2+ dan Fe3+. Ia juga dapat mempunyai tingkat

Pembentukan

ion-ion

komplek

Apakah ion kompleks itu ?

Suatu ion komplek mempunyai ion metal pada

pusatnya dengan sejumlah molekul atau ion lain mengelilinginya yang terikat pada ion pusat

tersebut melalui ikatan koordinasi.

Beberapa contoh ion kompleks yang dibentuk oleh logam transisi:

[Fe(H₂O)₆]2+

[Co(NH₃)₆]2+

[Cr(OH)₆]

2-Pembentukan senyawa-senyawa yang berwarna.

The origin of colour in the transition metal ions The origin of colour in the transition metal ions The origin of colour in the transition metal ions

The origin of colour in the transition metal ions

Keaslian warna dalam ion-ion metal transisi.

Jika sinar putih melalui larutan dari salah satu ion-ion ini,

atau dipantulkannya, beberapa warna dalam sinar diabsorbsi.

Warna yang terlihat adalah bagaimana mata kita melihat apa yang tertinggal.

Aktivitas katalitik :

Iron in the Haber Process

Proses Haber mereaksikan hidrogen dan nitrogen untuk membuat amonia menggunakan katalis besi.

Transition metal compounds as catalysts Transition metal compounds as catalysts

Transition metal compounds as catalysts

Senyawa-senyawa logam transisi sebagai katalis.

Vanadium(V) oksida dalam proses kontak.

The chemistry of some specific transition metals

Senyawa beberapa logam-logam transisi yang spesifk.

VANADIUM

Vanadium(V) oksida sebagai catalis dalam proses reaksi.

Bagaimana jalannya reaksi ?

Sulfur dioksida dioksidasi menjadi sulfur trioksida oleh vanadium (V)

(V) Oksida . Dalam proses, vanadium(V) oksida direduksi menjadi

vanadium(IV) oksida.

Tingkat oksidasi Vanadium

Tingkat oksidasi Vanadium dalam senyawanya adalah +5, +4, +3 dan +2.

Tahap reduksi vanadium(V) ke vanadium(II)

Reduksi dari +4 ke +2

Penggantian air oleh ion sulfat.

Penggantian air dengan ion klorida.

Dalam adanya ion klorida (misalnya dengan

chromium(III) klorida), biasanya warna yang teramati adalah hijau.

Ini terjadi jika dua molekul air digantikan oleh ion klorida memberikan

Reaksi ion chromium(III)heksa hidrat dengan ion hidroksida

Oksidasi dari chromium(III) ke chromium(VI)

Beberapa Sifat Periodik Unsur 1. Jari-jari atom

Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom sampai kulit

terluar suatu atom.

Jari-jari atom unsur segolongan dari atas ke bawah umumnya makin besar, sedangkan untuk unsur-unsur dalam satu periode dari kiri ke kanan jari-jari atomnya semakin kecil.

Nomor atom unsur-unsur seperiode dari kiri ke kanan makin besar, sehingga muatan inti

Makin besar muatan inti, maka gaya tarik

elektrostatik terhadap elektron akan lebih kuat, sehingga jarak inti elektron ( jari-jari atom)

makin kecil.

Pada unsur-unsur segolongan memiliki ukuran

orbital dan muatan inti yang berbeda satu sama lain

Makin besar ukuran orbital dalam suatu atom, makin besar pula jari-jari unsur tsb.

Unsur-unsur segolongan dari atas ke bawah

Faktor ukuran orbital lebih menentukan

dibandingkan dengan faktor muatan inti.

Perubahan dari atom menjadi ion positif

mengurangi gaya tolak antar elektron karena jumlah elektron menjadi berkurang sedang muatan intinya tetap, sehingga jari-jari

menjadi berkurang.

Sebaliknya pada perubahan atom menjadi ion negatif, kenaikkan jumlah elektron

mengakibatkan semakin besarnya gaya tolak antar elektron, sehingga jari-jari menjadi

2. Potensial ionisasi

Potensial ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan satu

elektron yang terikat paling lemah dari suatu atom netral atau dari suatu ion. Energi yang diperlukan untuk melepaskan

elektron pertama dari suatu atom netral dinamakan potensial ionisasi tingkat

pertama, sedangkan energi yang

diperlukan untuk melepaskan elektron berikutnya dinamakan potensial ionisasi tingkat ke dua, tingkat ke tiga dan

Potensial ionisasi kedua, ketiga dst.

mempunyai harga yang lebih besar dari pada potensial ionisasi.

Hal ini disebabkan karena setelah

melepaskan elektronnya yang pertama jari-jari menjadi jauh lebih kecil.

Bila elektron dilepaskan dari kulit yang lebih dalam maka potensial ionisasi menjadi

Potensial ionisasi biasanya dinyatakan dalam satuan elektron volt.

1 elektron volt (eV) adalah banyaknya energi yang diperoleh elektron, ketika elektron tersebut melalui medan listrik dengan perbedaan potensial sebesar 1 volt.

eV merupakan besaran energi yang sangat kecil, karena itu sesuai untuk

Tetapi apabila yang dibicarakan adalah

3. Keelektronegatifan

Keelektronegativan adalah suatu ukuran

kemampuan atom untuk menarik elektron terluarnya baik elektron bebas ataupun

ikatan sehingga atom tersebut cenderung bermuatan negatif.

Atom-atom dengan jari-jari atom yang kecil mempunyai kecenderungan lebih besar untuk menarik elektron dari pada atom-atom yang memp. jari-jari lebih besar.

Makin tinggi potensial ionisasi suatu unsur, makin besar pula elektronegatiftas unsur tersebut.

Dalam sistem periodik, dari atas kebawah

4. Afnitas elektron

Afnitas elektron suatu unsur adalah besarnya

energi yang dilepaskan apabila atom unsur itu menangkap sebuah elektron dari luar.

Bila potensial ionisasi merupakan ukuran kemampuan suatu unsur untuk berubah menjadi ion positif, maka afnitas elektron