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}

Nuklida

– _{A=nomor massa}

• _{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

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

• _{Radionuklida alam terinduksi} 

Misal ₆C14 yang dibentuk karena

interaksi sinar kosmik dan nuklida

7N14 di atmosfr.

• _{Radionuklida buatan} 

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 karena ia mengalami peluruhan spontan disertai

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

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}

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

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

35Br87 disebut pemancar netron

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  .

-dN/dt   N

-dN/dt =  N  laju

perluruhan=keaktifan(A)

A = -dN/dt  A =  N

dN/N = -  dt (diintegralkan)

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 = t_½, maka N = ½ N₀

ln ½ N₀/N₀ = -  t_½  t_½ = ln 2

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 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

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.

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}

– _{Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi adalah}

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.

Contoh soal:

• _{Ditemukan tulang suatu binatang}

purba yang mempunyai keaktifan C14

2,75 dpm/g. Perkirakan berapa tahun yang lampau binatang itu hidup? (t½