Nukleosintesis dan Energi Ikat Inti

131 Kerad ioakt ifan Satuan yang digunakan untuk energi ikat inti adalah Mega elektron volt MeV. Satu Mega elektron volt 1 MeV sama dengan 1,062 × 10 –13 Joule, atau 1 MeV = 1,062 × 10 –13 Joule Hubungan satuan energi ikat inti dan massa partikel subinti dalam satuan sma adalah 1 sma = 931,5 MeV T h Pa U Pu 90 90 91 92 92 92 92 94 230 234 234 233 234 235 238 239 229,9837 233,9942 233,9931 232,9890 233,9904 234,9934 238,0003 239,0006 Kekurangan massa pada pembentukan nuklida helium Contoh Soal 5.4 di atas disebabkan telah diubah menjadi energi yang digunakan untuk mengikat partikel subinti agar tidak pecah. Oleh karena itu, makin besar energi ikat inti makin stabil inti tersebut. Energi ikat per nukleon bervariasi bergantung pada nomor atom unsur- unsur stabil. Energi ikat rata-rata maksimum sekitar 8,8 MeV dimiliki oleh atom Fe dan Ni, seperti ditunjukkan pada gambar berikut. Makanan Iradiasi Pada t ahun 1953, Angkat an Darat Am erika Serikat m em ulai program percobaan iradiasi m akanan sehingga pasukan yang t ersebar m em punyai m akanan segar t anpa harus dibekukan. Sum ber radiasi unt uk ham pir sem ua pengaw et an m akanan adalah kobalt –60 dan cesium –137 . Keduanya m engem isikan sinar gam m a γ w alaupun sinar X dan elekt ron dapat juga digunakan unt uk m engiradiasi m akanan. Keunt ungan iradiasi m akanan sangat jelas, selain m enghem at energi karena t idak p erlu pendinginan, juga m em perlam a w akt u sim pan berbagai m acam m akanan. Hal ini sangat berguna bagi negara-negara m iskin. Akan t et api, ket akut an t ersendiri pada prosedur ini pun ada. Pert am a, bahw a m akanan yang diiradiasi dapat m enjadi radioakt if meskipun tidak ada dat a kejadian mengenai hal ini. Kedua, iradiasi dapat merusak nutrien, seperti asam amino dan vitamin. Selain itu, radiasi yang mengionisasi akan menghasilkan spesi yang reaktif, sepert i radikal hidroksil yang akan bereaksi dengan m olekul organik dan m enghasilkan zat yang berbahaya. Menariknya, efek yang sam a dihasilkan juga ket ika m akanan t ersebut dipanaskan. Sumber: Chemistry,2000 Sekilas Kimia Kata Kunci • Nukleon • Energi ikat rata-rata • Massa partikel subinti Menentukan Perubahan Energi Inti Hitung perubahan energi pada pembentukan nuklida helium partikel alfa berikut. 1 1 4 1 2 2 n 2 p He + ⎯⎯ → a. dalam satuan MeV b. dalam satuan Joule Jawab a. Energi ikatan inti dalam satuan Me Perubahan massa pada pembentukan He: m = m He – 2m n + m p { 4,00150 – 21,00867 + 1,00728} sma = – 0,0304 sma Ei = – 0,0304 sma 931,5 MeV sma –1 = – 28,3176 MeV b. Energi ikat inti dalam satuan Joule 1 MeV = 1,062 × 10 –13 J Ei = –28,3176 MeV × 1,062 × 10 –13 J MeV –1 = –3,007 × 10 –12 J Jadi, pada pembentukan nuklida He dilepaskan energi sebesar 28,3176 MeV atau 3,007 × 10 –12 J. Contoh 5.4 Sumber: General Chemistry , 1990 132 Mudah dan Akt if Belajar Kim ia unt uk Kelas XII Kerjakanlah di dalam buku latihan. 1. Salah satu dari setiap pasangan nuklida berikut adalah radioaktif. Manakah nuklida yang radioaktif dan nuklida yang stabil? a. 208 Po dan 209 Bi b. 39 K dan 40 K c. 71 Ga dan 76 Ga 2. Ramalkan jenis peluruhan untuk setiap nuklida radioaktif berikut berdasarkan pita kestabilan. a. 13 N b. 26 Na c. 25 Al 3. Tuliskan persamaan inti untuk reaksi peluruhan zat radioaktif berikut. a. 235 U menjadi 239 U b. 13 C menjadi 12 C Tes Kompetensi Subbab A 4. Ramalkan jenis peluruhan dari radionuklida berikut dan tuliskan persamaan transmutasi intinya. a. 24 Na b. 52 Fe c. 60 Co d. 90 Sr 5. Kalium–40 adalah isotop radioaktif alam, meluruh menjadi kalsium–40. Ramalkan jenis peluruhan yang terjadi dan tuliskan persamaan transmutasi intinya. 6. Hitung perubahan energi dalam joule jika 1,00 g 234 Th meluruh menjadi 234 Pa dengan memancarkan beta. Berapa perubahan energi dalam MeV jika satu inti 234 Th meluruh. Gambar 5.7 Grafik Energi ikat nukleon terhadap nomor massa 50 100 150 200 250 U 235 Fe 56 He 4 E n e rg i Ik a t p e r N u k le o n Nom or Massa Menghitung Energi Ikat Inti Hitung energi ikat 235 U jika massa nuklidanya sebesar 235,034 sma. Jawab Nuklida 235 U mengandung 92 proton dan 143 neutron. Massa nukleon penyusun 235 U adalah 92 × 1,00728 sma = 92,6698 sma 143 × 1,00867 sma = 144,2398 sma Total massa = 236,9096 sma Kekurangan massa dari nuklida ini adalah Massa nukleon = 236,9096 sma Massa nuklida = 235,0349 sma Kekurangan massa = 1,8756 sma Energi ikat inti 235 U per nuklida adalah E i = 1,8756 sma × 931,5 MeV sma –1 = 1747,1214 MeV Contoh 5.5 133 Kerad ioakt ifan

B. Kegunaan Radioisotop

Radiasi dari peluruhan unsur radioaktif dapat memengaruhi benda dan makhluk hidup. Partikel alfa, beta, dan gamma dapat menembus ke dalam materi dan mampu mengionisasi atom atau molekul lihat Gambar 5.8. Hal ini dapat memengaruhi organ tubuh dan bersifat destruktif. Namun demikian, dengan pengetahuan yang memadai, radiasi dari unsur radioaktif dapat dimanfaatkan oleh manusia, terutama dalam bidang kedokteran, pertanian, dan industri.

1. Manfaat dalam Analisis Kimia

Perunut radioaktif adalah isotop radioaktif yang ditambahkan ke dalam bahan kimia atau makhluk hidup guna mempelajari sistem. Keuntungan perunut radioaktif yaitu isotop berperilaku sebagaimana isotop nonradioaktif, tetapi dapat dideteksi dalam jumlah sangat sedikit melalui pengukuran radiasi yang diemisikannya.

a. Analisis Kesetimbangan Kimia

Tinjau kesetimbangan timbalII iodida padat dan larutan jenuhnya yang mengandung Pb 2+ aq dan I – aq. Persamaannya: PbI 2 s ZZX YZZ Pb 2+ aq + 2I – aq Ke dalam tabung yang berisi PbI 2 padat nonradioaktif tambahkan larutan yang berisi ion iodida radioaktif hingga jenuh. Kocok campuran dan biarkan beberapa lama. S aring campuran dan keringkan endapan yang tersaring. Jika dianalisis maka dalam padatan PbI 2 akan terdapat PbI 2 yang radioaktif. Hal ini menunjukkan bahwa dalam larutan jenuh terdapat keadaan setimbang dinamis antara padatan dan ion-ionnya.

b. M ekanisme Fotosintesis

Percobaan menggunakan perunut telah dilakukan sejak tahun 1950 oleh Melvin C alvin dari Universitas Berkeley untuk menentukan mekanisme fotosintesis tanaman. Proses keseluruhan fotosintesis melibatkan reaksi CO 2 dan H 2 O untuk menghasilkan glukosa dan O 2 . 6CO 2 g + 6H 2 O A Sinar matahari ⎯⎯⎯⎯⎯→ C 6 H 12 O 6 aq + 6O 2 g Dalam percobaannya, gas CO 2 yang mengandung lebih isotop 14 C radioaktif diterpakan kepada tanaman alga selama satu hari. Selanjutnya, Gambar 5.8 Daya penetrasi sinar a , b , dan g terhadap tubuh manusia Organ Tulang Jaringan Ku lit a b g Sumber: Chemistry: The Central Science, 2000 Kata Kunci • Daya penetrasi • Perunut radioakt if • Isot op radioakt if • Isot op nonradioakt if 134 Mudah dan Akt if Belajar Kim ia unt uk Kelas XII alga diekstrak dengan alkohol dan air. Senyawa terekstrak dipisahkan dengan kromatografi, selanjutnya diidentifikasi. Senyawa yang mengandung 14 C radioaktif terdapat dalam zat antara yang dibentuk selama fotosintesis. Berdasarkan analisis terhadap isotop 14 C, Calvin mengajukan mekanisme atau tahap-tahap reaksi dalam fotosintesis.

c. Titrasi Radiometri

Pada titrasi radiometri, isotop radioaktif dapat digunakan sebagai petunjuk titik akhir titrasi. Misalnya, pada titrasi penentuan ion Cl – dengan ion Ag + membentuk endapan AgCl. Baik titran maupun cuplikan dapat mengandung komponen radioaktif. Pada awal titrasi, dalam labu Erlenmeyer yang berisi ion Cl – nonradioaktif tidak terdapat keaktifan. Setelah ion 110 Ag + radioaktif ditambahkan ke dalam erlenmeyer dan bereaksi dengan ion Cl – , membentuk endapan AgCl. Bagian supernatan endapan tidak menunjukkan tanda-tanda keaktifan, tetapi setelah titik ekuivalen tercapai, kelebihan ion Ag + berada dalam larutan, dan secara perlahan meningkatkan keaktifan. Titik akhir titrasi diperoleh dengan cara ekstrapolasi grafik. Kelebihan cara analisis titrasi radiometri adalah kepekaannya sangat tinggi. S elain itu, suhu, pH, kekeruhan, dan yang lainnya tidak memengaruhi penentuan titik akhir titrasi.

d. Analisis Aktivasi Neutron

Analisis aktivasi neutron adalah analisis unsur-unsur dalam sampel yang didasarkan pada pengubahan isotop stabil oleh isotop radioaktif melalui pemboman sampel oleh neutron. Untuk mengidentifikasi apakah seseorang itu mati wajar atau diracun dapat dianalisis berdasarkan runutan unsur dalam rambut. Ini dapat dilakukan dengan cara menentukan jumlah dan posisi unsur dalam rambut secara saksama sehingga dapat diketahui penyebab kematian orang itu. Analisis terhadap rambut dapat dilakukan untuk menentukan zat beracun yang terdapat dalam rambut, misalnya arsen As. Jika isotop 75 As dibombardir dengan neutron, inti metastabil dari 76 As m akan diperoleh: 75 1 33 As n + ⎯⎯ → 76 33 As m Inti metastabil berada pada keadaan tereksitasi, dan meluruh disertai emisi gamma. Frekuensi sinar gamma yang diemisikan khas untuk setiap unsur. Selain itu, intensitas sinar gamma sebanding dengan jumlah unsur yang ada dalam sampel rambut. Berdasarkan prosedur di atas, dapat diketahui apakah orang itu diracuni arsen atau mati wajar. Metode ini juga sangat peka sebab dapat mengidentifikasi jumlah arsen hingga 10 –9 g. Gambar 5.10 Arsen dibom bardir dengan neut ron menghasilkan arsen metastabil. Untuk stabil meluruhkan sinar gamma. Gambar 5.9 Pencacah Geiger Partikel radiasi m asuk m elalui jendela dan melewati gas argon. Energi dari part ikel m engionisasi molekul gas menghasilkan ion positif dan elektron yang dipercepat oleh elekt rode. Elekt ron yang bergerak lebih cepat, menumbuk logam anode dan menimbulkan pulsa arus. Pulsa arus selanjutnya dicacah. Sumber: Chemistry: The Central Science, 2000 Gas Argon Sum b er list rik Pencacah dan penguat Jendela radiasi masuk Kat ode– Anod e+ 76 As 75 As