Kimia Inti Bab 21 Presentasi Powerpoint Pengajar oleh Penerbit ERLANGGA Divisi Perguruan Tinggi Bab 21 Kimia Inti

Reaksi-reaksi Inti Beberapa inti tidak stabil. Inti-inti ini disebut radioaktif dan memancarkan partikel dan biasanya radiasi elektromagnetk energi-tinggi (sinar gamma) pada saat yang bersamaan. Reaksi inti yang lain melibatkan pemboman inti dengan partikel-partikel seperti neutron, proton, atau inti lainnya.

X Nomor atom (Z) = jumlah proton dalam inti Nomor massa (A) = jumlah proton + jumlah neutron = nomor atom (Z) + jumlah neutron nomor massa X A Z Unsur nomor atom 1p 1 1H atau proton 1n neutron 0e -1 0b atau elektron 0e +1 0b atau positron 4He 2 4a atau partikel a A 1 1 4 Z 1 -1 +1 2 21.1

Menyetarakan Persamaan Inti Kekekalan nomor massa (A). Jumlah proton plus neutron dalam produk harus sama dengan jumlah proton plus neutron dalam reaktan. 1n U 235 92 + Cs 138 55 Rb 96 37 + 2 235 + 1 = 138 + 96 + 2x1 Kekekalan nomor atom (Z) atau muatan inti. Jumlah muatan inti dalam produk harus sama dengan jumlah muatan inti dalam reaktan. 1n U 235 92 + Cs 138 55 Rb 96 37 + 2 92 + 0 = 55 + 37 + 2x0 21.1

Peluruhan 212Po karena emisi alpha Peluruhan 212Po karena emisi alpha. Tulis persamaan inti setimbang untuk peluruhan 212Po. 4He 2 4a atau partikel alpha - 212Po 4He + AX 84 2 Z 212 = 4 + A A = 208 84 = 2 + Z Z = 82 212Po 4He + 208Pb 84 2 82 21.1

21.1

Kestabilan Inti dan Peluruhan Radioaktif Peluruhan Beta 14C 14N + 0b + n 6 7 -1 jumlah neutron turun 1 40K 40Ca + 0b + n 19 20 -1 jumlah proton naik 1 1n 1p + 0b + n 1 -1 Peluruhan Positron 11C 11B + 0b + n 6 5 +1 jumlah neutron naik 1 38K 38Ar + 0b + n 19 18 +1 jumlah proton turun 1 1p 1n + 0b + n 1 +1 n dan n memiliki A = 0 dan Z = 0 21.2

Kestabilan Inti dan Peluruhan Radioaktif Penangkapan elektron 37Ar + 0e 37Cl + n 18 17 -1 jumlah neutron naik 1 55Fe + 0e 55Mn + n 26 25 -1 jumlah proton turun 1 1p + 0e 1n + n 1 -1 Peluruhan alpha jumlah neutron turun 2 212Po 4He + 208Pb 84 2 82 jumlah proton turun 2 Fisi spontan 252Cf 2125In + 21n 98 49 21.2

peluruhan positron atau penangkapan elektron n/p terlalu besar peluruhan beta X Y n/p terlalu kecil peluruhan positron atau penangkapan elektron 21.2

Kestabilan Inti Inti yang mengandung proton atau neutron sebanyak 2, 8, 20, 50, 82, atau 126 lebih stabil dibandingkan inti-inti lainnya Inti yang jumlah proton dan jumlah neutronnya genap lebih stabil dibanding yang ganjil Semua isotop dari unsur dengan nomor atom lebih dari 83 adalah isotop radioaktif Semua isotop Tc dan Pm bersifat radioaktif 21.2

BE = 9 x (p massa) + 10 x (n massa) – 19F massa Energi ikatan inti (BE) energi yg dibutuhkan untuk memecah inti menjadi komponen-komponennya, proton dan neutron. BE + 19F 91p + 101n 9 1 Δ E = (Δ m)c2 BE = 9 x (p massa) + 10 x (n massa) – 19F massa BE (sma) = 9 x 1,007825 + 10 x 1,008665 – 18,9984 BE = 0,1587 sma 1 sma = 1,49 x 10-10 J BE = 2,37 x 10-11J Energi ikatan per nukleon = Energi ikatan Jumlah nukleon = 2,37 x 10-11 J 19 nukleon = 1,25 x 10-12 J 21.2

Energi ikatan inti per nukleon vs nomor massa Kestabilan inti 21.2

Kinetika peluruhan radioaktif N anak laju = - DN Dt laju = lN DN Dt = lN - N = N0exp(-lt) lnN = lnN0 - lt N = jumlah atom pada waktu t N0 = jumlah atom pada waktu t = 0 l adalah kostanta peluruhan ln2 = t½ l 21.3

Kinetika Peluruhan Radioaktif [N] = [N]0exp(-lt) ln[N] = ln[N]0 - lt [N] ln [N] 21.3

Penarikan Radiokarbon 14N + 1n 14C + 1H 7 1 6 14C 14N + 0b + n 6 7 -1 t½ = 5730 tahun Isotop C-14 dihasilkan ketika nitrogen atmosfer dibombardir dengan sinar kosmik. Semua makhluk hidup mengandung C-14, namun ketika mati, jumlah C-14 berkurang. 21.3

K-40 meluruh menjadi Ar-40 dengan waktu-paruh 1,2 x 109 tahun Umur batuan K-40 meluruh menjadi Ar-40 dengan waktu-paruh 1,2 x 109 tahun Penarikhan Uranium-238 238U 206Pb + 8 4a + 6 0b 92 -1 82 2 t½ = 4,51 x 109 tahun 21.3

Pemercepat partikel siklotron Transmutasi Inti Pemercepat partikel siklotron 14N + 4a 17O + 1p 7 2 8 1 27Al + 4a 30P + 1n 13 2 15 14N + 1p 11C + 4a 7 1 6 2 21.4

Transmutasi Inti 21.4

Fisi Inti 235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy 92 54 38 Energi = [massa235U + massa n – (massa90Sr + massa143Xe + 3xmassa n )] x c2 Energi = 3.3 x 10-11J per 235U = 2.0 x 1013 J per mol 235U Pembakaran 1 ton batubara = 5 x 107 J 21.5

Fisi Inti Reaksi fisi 235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energi 21.5 92 38 54 38 21.5

Fisi Inti Reaksi rantai inti serangkaian reaksi inti yang dapat berlangsung sendiri. Massa minimum dari material terfisikan yang diperlukan untuk memicu reaksi rantai inti disebut massa kritis. Massa subkritis Massa kritis 21.5

The little boy bomb. Bom ini menggunakan U-235

The fat man bomb. Bom ini menggunakan Pu-239

Fig. 21.9

Skema suatu reaktor fisi inti Sebagian besar kalor dihasilkan dari peluruhan produk fisi. Bahkan jika reaksi fisi berhenti, peluruhan tidak berhenti. 21.5

Tokamak, sungkup plasma magnetik Fusi Inti Reaksi Fusi Energi yg Dilepaskan 2H + 2H 3H + 1H 1 6,3 x 10-13 J 2H + 3H 4He + 1n 1 2 2,8 x 10-12 J 3,6 x 10-12 J 6Li + 2H 2 4He 3 1 2 Butuh suhu yg tinggi. Mengapa? Tokamak, sungkup plasma magnetik 21.6

Radioisotop dalam kedokteran 24Na, t½ = 14,8 jam, pemancar b, merunut aliran darah 131I, t½ = 8 hari, pemancar b, menguji aktivitas kelenjar tiroid 123I, t½ = 13,3 jam, pemancar sinar-g, menangkap citra otak 18F, t½ = 1,8 jam, pemancarb+, tomografi emisi positron 99mTc, t½ = 6 jam, pemancar sinar-g, zat diagnostik Citra otak dengan senyawa 123I 21.6

Pencacah Geiger-Müller 21.6

Dampak biologis dari radiasi radiation absorbed dose (rad) 1 rad = 1 x 10-5 J/g zat Roentgen equivalent for man (rem) 1 rem = 1 rad x Q Quality Factor g-ray = 1 b = 1 a = 20 21.6