inti atau transmutasi. Perubahan pada inti ini mengakibatkan terjadinya perbedaan dalam nomor massanya, nomor atomnya, ataupun keduanya.
Pada tahap pertama penyelidikan manusia terhadap inti atom, para fisikawan mencoba memanfaatkan partikel radioaktif alam, khususnya partikel alfa untuk membombardir inti
sehingga terjadilah reaksi inti. Contoh-contoh reaksi inti jenis ini adalah sebagai berikut.
4 9
12 1
2 4
6
He Be
C n
�� �
15.1 Melalui reaksi inilah Chadwick berhasil menemukan neutron. Contoh reaksi lainnya
adalah
4 11
14 1
2 5
7
He B
N n
�� �
15.2 Transmutasi inti pertama kali berhasil dilakukan Rutherford tahun 1919 dengan
membombardir inti target yaitu nitrogen dengan partikel alfa dari zat ardioaktif. Sebagai hasilnya diperoleh inti oksigen-17 dan proton.
4 14
14 1
2 7
7 1
He N
O H
�� �
15.3 Pada perkembangan selanjutnya para fisikawan berhasil mengembangkan alat
pemercepat partikel akselerator partikel yang pertama kali dikembangkan oleh J. Cockcroft dan E. Walton ditahun 1930. Dengan akselerator ini sebuah proton yang telah dipercepat
ditumbukkan pada inti lithium menghasilkan dua inti helium.
7 1
4 4
3 1
2 2
Li p
He He
�� �
15.4
2. Hukum Kekekalan pada Reaksi Inti
Perhatikan suatu reaksi inti dengan dengan inti sasaran X yang ditembak dengan sebuah partikel a, menghasilkan inti baru Y dan sebuah partikel b”
a X
Y b
�� �
Reaksi inti seperti ini biasa ditulis dalam bentuk:
, X a b Y
Ada beberapa hukum kekekalan yang harus dipenuhi oleh reaksi inti, diantaranya adalah hukum kekekalan energi, hukum kekekalan momentum, hukum kekekalan jumlah
nukleon, dan hukum kekekalan muatan.
2
2.1 Hukum Kekekalan Energi dan Hukum Kekekalan Momentum Suatu reaksi inti harus memenuhi:
1 hukum kekekalan momentum: momentum sebelum reaksi sama dengan momentum sesudah reaksi.
2 Hukum kekekalan energi: energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi. Hukum kekekalan energi dan momentum berkaitan dengan proses mekanika secara
detil dari reaksi inti tersebut. Dalam reaksi inti ini kita sudah harus menggunakan mekanika relativistik. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi total relativistik
sebelum terjadinya reaksi harus sama dengan jumlah energi total sesudah tumbukan. Energi total partikel adalah jumlah antara energi diam dan energi kinetiknya. Hal ini dapat
dituliskan
2 2
2 2
1 E
K E K m c
m c m c
m c
dengan
2 2
1 1
v c
Dengan demikian, untuk contoh reaksi di atas harus berlaku.
X x
Y y
E E
E E
2 2
2 2
X X
x x
Y oY
Y oy
K m c
K m c
K m c
K m c
2 Y
y X
x X
x Y
y
K K
K K
m m
m m
c
Adapun hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jumlah momentum sebelum reaksi sama dengan jumlah momentum sesudah reaksi. Hal ini dapat dituliskan
X x
Y y
p p
p p
bila
X X
X X
p m
v
x x
x x
p m
v
Y Y
Y Y
p m
v
3
y y
y y
p m
v
Maka hukum kekekalan momentum dapat dituliskan sebagai berikut.
X X
X x
x x
Y Y
Y y
y y
m v
m v
m v
m v
Untuk menghitung energi reaksi Q pada reaksi inti di atas, kita akan menggunakan
hukum kekekalan energi, tetapi sebelumnya kita tuliskan kembali reaksi inti di atas: a
X Y
b Q
�� �
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi. Sebelum reaksi ruas kiri, energi dihasilkan oleh inti sasaran X dengan
partikel a. Jika X dan a kita sebut reaktan pereaksi, maka energi sebelum reaksi sama dengan energi reaktan. Sesudah reaksi ruas kanan, energi dimiliki oleh inti baru Y, partikel baru b,
dan energi reaksi Q. Jika Y dan b kita sebut produk hasil reaksi, maka energi sesudah reaksi sama dengan energi produk ditambah dengan energi reaksi. Sesuai dengan hukum kekekalan
maka: energi sebelum reaksi = hukum sesudah reaksi
energi reaktan = energi produk + energi reaksi energi reaksi = energi reaktan – energi produk
Oleh karena massa 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV, maka untuk semua massa dalam satuan sma berlaku:
Energi reaktan = m
a
+ m
X
931 MeV Energi produk = m
Y
+ m
b
931 MeV
931
a x
Y b
Q m
m m
m MeV
� �
� �
2.2 Reaksi Eksotermik, Endotermik dan Harga-Q Reaksi eksotermik adalah reaksi dengan energi kinetik partikel-partikel sebelum reaksi
termasuk foton bila pada reaksi itu melibatkan foton lebih besar daripada energi kinetik partikel-partikel sesudah reaksi. atau Q 0, energi dibebaskan dan disebut reaksi eksotermik.
Dari pembahasan di atas untuk reaksi eksotermik ini jumlah energi diam partikel-partikel sebelum reaksi lebih besar dari energi diam partikel-partikel sesudah reaksi. Ini artinya setelah
4
reaksi energi kinetik partikel-partikel hasil reaksi bertambah besar. Salah satu contoh reaksi seperti ini adalah reaksi fisi dan reaksi fusi yang digunakan sebagai sumber energi nuklir.
Sebaliknya, reaksi endotermik adalah reaksi dengan energi kinetik partikel-partikel sebelum reaksi termasuk foton bila pada reaksi itu melibatkan foton lebih kecil daripada
energi kinetik partikel-partikel sesudah reaksi. atau Q 0, energi diserap dan disebut reaksi endotermik Ini artinya sebagian energi kinetik partikel yang bereaksi diubah menjadi massa.
Reaksi seperti ini hanya dapat berlangsung bila energi kinetik partikel-partikel yang bereaksi di atas harga tertentu. Harga ini disebut nilai ambang reaksi. Karena adanya hukum kekekalan
momentum yang harus dipenuhi, maka pada umumnya nilai ambang energi ini lebih besar dari Q.
CONTOH 15- 1 Energi Reaksi Inti
Jika nitrogen ditembak dengan partikel alfa, maka dihasilkan sebuah inti oksigen dan sebuah proton sesuai dengan reaksi inti berikut.
4 14
14 1
2 7
7 1
He N
O H
�� �
Tentukan energi reaksi yang terlibat dalam reaksi di atas. Diketahui massa-massa diam
4 2
He = 4,00260 sma;
14 7
N = 14,00307 sma;
17 8
O = 16,99913 sma ;
1 1
H = 1,007883 sma
Penyelesaian:
Energi reaksi sama dengan energi reaktan dikurangi energi produk. Reaktan adalah partikel- partikel di sebelah kiri anak panah dan produk adalah partikel-partikel di sebelah kanan anak
panah. Energi reaktan = 4,00260 + 14,00307 931 MeV = 16763,279 MeV
Energi produk = 16,99913 + 1,00783 931 MeV = 16764,48 MeV ----------------------------------------------------------------- -
energi reaksi = - 1,20076 MeV
5
Oleh karena energi reaksi bertanda negative, maka reaksi inti ini tergolong dalam reaksi endotermik, yakni reaksi yang menyerap energi selama berlangsung proses reaksi.
2.3. Hukum Kekekalan Nomor Atom dan Nomor Massa Selain memenuhi hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum, suatu
reaksi inti juga harus memenuhi hukum kekekalan nomor atom dan nomor massa sebagai berikut.
1 Hukum kekekalan nomor atom; jumlah nomor atom sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor atom sesudah reaksi.
2 Hukum kekekalan nomor massa: jumlah nomor massa sebelum reaksi sama
dengan jumlah nomor massa sesudah reaksi. Hukum kekekalan jumlah nukleon dapat dinyatakan sebagai jumlah nukleon proton
atau netron harus sama sebelum dan sesudah reaksi. Adapun hukum kekekalan muatan adalah jumlah muatan inti jumlah proton sebelum dan sesudah reaksi inti harus sama.
Perhatikan contoh reaksi secara umum
1 2
3 4
1 2
3 4
A A
A A
Z Z
Z Z
X x
Y y
�� �
Berdasarkan hukum kekekalan nukleon, maka harus dipenuhi
1 2
3 4
A A
A A
Sedangkan berdasarkan hukum kekekalan muatan nomor massa atau jumlah proton maka
harus dipenuhi:
1 2
3 4
Z Z
Z Z
Perhatikan reaksi berikut.
1 19
16 4
1 9
8 2
H F
O He
�� �
Jumlah nomor atom sebelum reaksi = 1 + 9 = 10 Jumlah nomor atom sesudah reaksi = 8 + 2 = 10
� �
� sama
Jumlah nomor massa sebelum reaksi = 1 + 19 = 20 Jumlah nomor massa sesudah reaksi = 16 + 4 = 20
� �
� sama
6
CONTOH 15- 2 Hukum Kekekalan Nomor Atom dan Nomor Massa
Radium 226
226 88
Ra adalah unsur tidak stabil dan memancarkan sebuah partikel . Tentukan inti partikel baru yang terbentuk dengan menyatakan nomor massa dan nomor atomnya.
Penyelesaian:
Peluruahn radium dapat ditampilkan dengan reaksi inti berikut
226 4
88 2
A Z
Ra X
He
�� �
Jumlah nomor massa sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor massa sesudah reaksi: 226 = A + 4
226 - 4 = A 222 = A atau A = 222
Jumlah nomor atom sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor atom sesudah reaksi: 88 = Z + 2
88 - 2 = Z 86 = Z atau Z = 86
Inti partikel baru
222 86
X , memiliki nomor massa 222 dan nomor atom 86.
3. Reaksi Fisi dan Reaksi Fisi Berantai
