RADIOAKTIF DAN RADIOISOTOP TIM KIMIA DASAR FPI-K UB

References Kimia fisik untuk universitas; Tony Bird Kimia Inti; Bunbun Bundjali Etc….

Kimia Inti Kimia yang mempelajari radioaktivitas, proses nuklir dan sifat nuklir disebut Kimia Nuklir/Kimia Inti atau Cabang kimia yang membahas perubahan yang terjadi yang terjadi pada inti atom disebut Kimia Inti Kestabilan inti berhubungan dengan radioaktivitas; Kestabilan inti tidak dapat diramalkan dengan suatu aturan. Namun, ada beberapa petunjuk empiris yang dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan yang bersifat radioaktif/tidak stabil, yaitu: Continue………

Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil Aturan ganjil genap, yaitu inti yang mempunyai jumlah proton genap dan jumlah neutron genap lebih stabil daripada inti yang mempunyai jumlah proton dan neutron ganjil Bilangan sakti (magic numbers); Nuklida yang memiliki neutron dan proton sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126 Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82 Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron- proton.

PENGERTIAN RADIOAKTIF Radioaktif : berhubungan dengan pemancaran partikel dari sebuah inti atom. Inti Radioaktif : Unsur inti atom yg mempunyai sifat memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma. Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat radioaktif.

Penemuan Gejala Keradioaktifan Taken from; google.com Penemuan Gejala Keradioaktifan Henri Becquerel (1852-1908) Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C. Röntgen sekitar tahun 1985 Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh sinar matahari Membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan kain hitam Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium uranil sulfat), material yang bersifat fosforensis Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium dengan sinar matahari dan meletakkannya dekat pelat film dan mengharapkan terjadinya sinar-X

cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film yang tertutup kain hitam dan garam uranium dalam laci meja di laboratoriummnya Ia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah dicuci karena pada pelat film tersebut terdapat suatu jejak cahaya berupa garis lurus Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini Becquerel menyimpulkan bahwa jejak cahaya pada pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium memancarkan radiasi (dan sifatnya berbeda dengan sinar –X) yang dapat menembus kain pembungkusnya dan mempengaruhi pelat film

Taken from: http://www.wikipedia.com/henrybecquerel Image of Becquerel's photographic plate which has been fogged by exposure to radiation from a uranium salt. The shadow of a metal Maltese Cross placed between the plate and the uranium salt is clearly visible. Taken from: http://www.wikipedia.com/henrybecquerel

Penemuan Zat Radioaktif lain; Polonium (Po) dan Radium (Ra) Berdasar penemuan H.B. Pierre (Perancis, 1859-1906) dan Marie Curie (Polandia-Perancis, 1867-1934) melakukan penelitian kuantitatif radioaktivitas macam-macam garam uranium Dua bahan tambang uranium yaitu pitch blend (uranium oksida) dan shell corit (tembaga dan uranil) menunjukkan radioaktivitas yang besar dan tidak dapat dijelaskan dengan jumlah uranium yang ada di dalamnya Pierre dan Marie kemudian fokus untuk meneliti unsur baru radioaktif; Polonium (Po)>> sifat sublimasi Radium (Ra)>> pemisahan kristal berdasarkan perbedaan kelarutan dalam air, campuran air dan alkohol, kelarutan garam dalam larutan asam klorida Thorium (Th) Aktinium (Ac) Taken from: http://www.wired.com/thisdayintech/tag/marie-curie/

Konsep Radioaktivitas Inti Atom>> Proton (Rutherford 1919) Neutron (James Chadwick, 1932) :>>> Aktivitas radiasi/radioaktivitas merupakan aktivitas proton dan neutron :>>> ∑ Proton = ∑ Neutron>>> Inti Stabil ∑ Proton > ∑ Neutron >>> Inti tidak stabil :>>> Inti atom yang tidak stabil akan melakukan aktivitas radiasi (melakukan peluruhan) sampai mencapai keadaan stabil

Gaya Inti; :>>> Partikel dasar pembangun inti atom adalah : Proton + Neutron (dapat dijelaskan dari dualisme gelombang dan materi de Broglie) Hal ini sesuai dengan Hipotesis Proton-Neutron Gaya pada inti atom: Gaya elektrostatis; secara elektrostatis proton-proton dalam inti atom akan saling tolak dengan gaya coulomb (gaya elektrostatis), yang akan semakin besar jika jarak dua buah proton makin dekat fakta> proton-proton bersatu dalam inti atom pada jarak yang sangat dekat, dimana secara elektrostatis proton-proton tidak mungkin bersatu

Gaya gravitasi; besarnya sangat kecil karena massa partikelnya sangat kecil (bukan faktor dominan dalam mengikat partikel inti) Gaya Inti Ilmuwan mengajukan adanya gaya inti

Bagaimana Radioaktif Terjadi Konsep>>> Di dalam inti atom terdapat 3 gaya yang penting; gaya elektrostatis, gaya gravitasi dan gaya inti Inti Atom = keadaan stabil vs keadaan tidak stabil Keadaan tersebut ditentukan oleh komposisi penyusun Inti Keadaan Stabil; ∑ Proton (Z) sedikit/sama banyak dengan ∑ Neutron ; Gaya Inti lebih > daripada Gaya Elektrostatis Keadaan Tidak Stabil; ∑ Proton > ∑ Neutron ; Gaya Inti < daripada Gaya Elektrostatis MENGAPA hal ini bisa terjadi??? continue……

Karena Gaya Elektrostatis memiliki jangkauan yang lebih luas daripada Gaya Inti, sehingga dapat menjangkau partikel proton yang berdekatan atau berseberangan sekalipun So that>>> Inti atom seperti inilah yang akan melakukan aktivitas radiasi secara spontan sampai tercapai keadaan stabil. Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N) akan menghasilkan zat radioaktif.

Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel yang saling berdekatan saja Gambar :Gaya elektroststis terjadi pada partikel yang berdekatan dan berjauhan Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel yang saling berdekatan saja Suatu zat (unsur) akan menjadi radioaktif jika memimilik inti atom yang tidak stabil. Suatu inti atom berada dalam keadaan tidak stabil jika jumlah proton jauh lebih besar dari jumlah netron. Pada keadaan inilah gaya elektrostatis jauh lebih besar dari gaya inti sehingga ikatan atom-atom menjadi lemah dan inti berada dalam keadaan tidak stabil.

Tipe Radiasi yang Dipancarkan Unsur radioaktif alam dan buatan menunjukkan aktivitas radiasi yang sama yaitu radiasi partikel-α, partikel-ß, dan partikel-γ Taken from: http://www.vae.lt/en/pages/about_radioactive_waste

Sifat-Sifat partikel-α, partikel-ß, dan partikel-γ Sinar alfa ( α ) Sinar alfa merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4, bermuatan +2e dan bermassa 4 sma. Partikel alfa adalah partikel terberat yang dihasilkan oleh zat radioaktif. Karena memiliki massa yang besar, daya tembus sinar alfa paling lemah diantara diantara sinar-sinar radioaktif. Sinar beta ( ß ) Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Sinar beta merupakan berkas elektron yang berasal dari inti atom. Sinar beta paling energetik dapat menempuh sampai 300 cm dalam uadara kering dan dapat menembus kulit. Karena sangat kecil, partikel beta dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi . Sinar gamma (γ ) Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetek berenergi tinggi, tidak bermuatan dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan dengan notasi . Sinar gamma mempunyai daya tembus.

Nuklida dan Penggolongannya Nuklida  Sebuah nuklida adalah satu jenis tertentu nukleus atom, atau lebih umum sebuah aglomerasi proton dan neutron Contoh: 6C12, 7N14, 6O18 Rumus umum: dengan, Z = nomor atom = ∑ proton dalam nuklida X A = nomor massa = ∑ proton + ∑ Neutron dalam nuklida X N = ∑ neutron dalam inti = 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 di alam. 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 dan Peluruhan Inti Atom Kestabilan Inti Atom Pita kestabilan : Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini. Di atas pita kestabilan, Z <> Untuk mencapai kestabilan : inti memancarkan (emisi) neutron atau memancarkan partikel beta Di atas pita kestabilan dengan Z > 83, terjadi kelebihan neutron dan proton. Untuk mencapai kestabilan : Inti memancarkan partikel alfa Di bawah pita kestabilan, Z <> Untuk mencapai kestabilan : Inti memancarkan positron atau menangkap elektron

Peluruhan inti atom Inti stabil = Bismuth yaitu yang mempunyai 83 proton dan 126 netron. Inti atom yang mempunyai jumlah proton lebih besar dari 83 akan berada dalam keadaan tidak stabil. Inti yang tidak stabil ini akan berusaha menjadi inti stabil dengan cara melepaskan partikel bisa berupa proton murni , partikel helium yang memiliki 2 proton atau partikel lainnya Inti atom yang tidak stabil = dinamakan inti radioaktif. Unsur yang inti atomnya mampu melakukan aktivitas radiasi spontan berupa pemancaran sinar-sinar radioaktif dinamakan unsur (zat) radioaktif Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang elektromagnetik) secara spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil menjadi inti-inti yang stabil disebut Radioaktivitas. Inti yang memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang terjadi disebut inti anak.

JENIS RADIASI YANG DIPANCARKAN Peluruhan Alpha ( α ) Pertikel alpha terdiri atas dua buah proton dan dua buah netron yang terikat menjadi suatu atom dengan inti yang sangat stabil, dengan notasi atom 42 He atau 42α Contoh; dapat ditulis Peluruhan Beta adalah merupakan radiasi partikel beta (elektron atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari partikel a. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron disebut peluruhan beta minus (ß- ), dan pemancaran positron disebut sebagai peluruhan beta plus (ß+ ). contoh;

Peluruhan Gamma ( γ ) merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi sangat tinggi sehingga memiliki daya tembus yang sangat kuat. Sinar gamma dihasilkan oleh transisi energi inti atom dari suatu keadaan eksitasi ke keadaan dasar. Saat transisi berlangsung terjadi radiasi energi tinggi (sekitar 4,4 MeV) dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru. Contoh 27Co60m  27Co60 + 

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: 98Cr254  42Mp108 + 56Ba142 + 4 0n1

Pemancaran netron Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida yang memiliki kelebihan netron relatif terhadap inti yang stabil. Contoh: 36Kr87  36Kr86 + 0n1

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 terlambat

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 500 ton batubara. Awan cendawan pengeboman Nagasaki, Jepang, 1945, menjulang sampai 18 km di atas hiposentrum.

Bentuk bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki Reaksi Fusi Reaksi penggabungan dua atau beberapa inti ringan menjadi satu inti yang lebih berat. Reaksi fusi menghasilkan energi yang sangat besar. Reaksi hanya mungkin terjadi pada suhu sangat tinggi, sekitar 100 juta derajat. Pada suhu tersebut tidak terdapat atom melainkan plasma dari inti dan elektron. Bentuk bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki

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 20 ribu ton batubara. Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi: Energi yang dihasilkan lebih tinggi Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi adalah nuklida-nuklida stabil.

Laju peluruhan 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

………continue 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/  Waktu paruh dari Au-198 adalah 3 hari, tentukan tetapan peluruhnya? Jawab ; λ = = 0,231

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 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.

Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan Radioaktif Sebagai Perunut Bidang kedokteran ; diagnosa Bidang industri ; pelumas/oli Hidrologi ; kecepatan arus,kebocoran pipa Biologis ; mekanisme fotosintesis Radioisotop sebagai sumber Radiasi Bidang Kedokteran ; sterilisasi, terapi tumor/kanker Pertanian ; teknik jantan mandul, pemuliaan tanaman, penyimpanan makanan Bidang industri ; pemeriksaan tanpa merusak, mengontrol ketebalan bahan, pengawetan makanan

Contoh soal: Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-mula di simpan beratnya adalah 40 gram, maka setelah disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak? Jawab: Nt/N0 = (1/2)T/t1/2 Nt/40 = (1/2)15/5 Nt = 1/8 x 40 Nt = 5 gram Jadi berkurang sebanyak 35 gram

Contoh soal Suatu radioisotop X meluruh sebanyak 87,5% setelah disimpan selama 30 hari. Waktu paro radioisotop X adalah? Jawab; Nt = 100-87,5 = 12,5% 12,5/100 = (½) 30/x 1/8 = (1/2) 30/x X = 10