Universitas Gadjah Mada 1 BAB I INTI ATO
BAB I
INTI ATOM
1. STRUKTUR ATOM
Untuk mengetahui distribusi muatan positif dan negatif dalam atom, maka Rutherford
melakukan eksperimen hamburan partikel alpha. Adapun eksperimen tersebut adalah
sebagai berikut, partikel alpha dilewatkan dan kolimator dan ditumbukkan pada suatu lapisan
logam tipis. Sebagian partikel diteruskan dan sebagian dihamburkan (dibelokkan). Partikel
alpha yang terhambur disebabkan oleh gaya elektrostatik antara muatan positif dari partikel
alpha dengan muatan positif dan negatif dari atom penyusun lapisan logam tipis. Hamburan
dengan sudut 900 disebabkan oleh proses hamburan tunggal dengan medan listrik yang
kuat. Dan hasil eksperimen ini dapat disimpulkan bahwa muatan positif dan bagian terbesar
dan massa atom terkonsentrasi pada bagian yang sangat kecil, yang kemudian dikenal
dengan inti atom.
Jumlah elektron yang mengimbangi muatan positif dan atom penyusun lapisan logam
tipis diperkirakan terdistribusi mengelilingi dimensi atom. Gaya antara partikel alpha dengan
muatan positif atom adalah
dimana :
Z.e
: muatan pada pusat atom
Zα.e
: muatan partikel alpha
d
: jarak antar keduanya
Rutherford menjelaskan bahwa jejak partikel alpha dalam medan inti adalah
berbentuk hiperbola dengan inti sebagai fokus eksternalnya. Persamaan hamburan untuk
menentukan jumlah partikel alpha yang terhambur telah diturunkan dan eksperimen tersebut.
Universitas Gadjah Mada
1
dimana :
: jumlah partikel alpha yang bertumbukan
: tebal lapisan logam
: jumlah inti tiap volume penghambur
: massa partikel alpha
: laju awal partikel alpha
: sudut hamburan
: jarak dan titik hambur
2. KOMPOSISI INTI ATOM
Dan eksperimen Rutherford dapat dijelaskan tentang model inti, penentuan muatan
inti dan ukuran inti atom.
Karena muatan dalam inti merupakan kelipatan eksak dan muatan proton dan massa
inti merupakan kelipatan eksak dan massa proton, maka dianggap bahwa semua inti
tersusun dan proton. Jika ada inti bernomor massa A dan nomor atom Z, maka inti tersebut
mengandung A proton dan (A-Z) elektron supaya muatan positifnya menjadi Z.
Hipotesis proton-elektron ini memiliki kelemahan, yaitu elektron yang terdapat di
dalam inti harus memiliki panjang gelombang de Brogue ( = h/mv) yang tidak boleh lebih
besar daripada ukuran inti (10-12cm). Pada kenyataannya, elektron dengan panjang
gelombang de Broglie mi memiliki energi kinetik yang lebih besar daripada partikel beta yang
dipancarkan dan inti atom. Oleh karena itu hipotesis proton-elektron menimbulkan keraguan
bahwa elektron bebas merupakan partikel penyusun inti atom.
Pada tahun 1932, J. Chadwick menemukan neutron, yaitu partikel yang memiliki
muatan nol atau netral dan massanya mendekati massa proton. Karena hipotesis elektronproton tidak dapat menjelaskan beberapa sifat inti, maka segera ditinggalkan sesudah
penemuan neutron ditinggalkan sesudah penemuan neutron. Sejak saat itu mulai dipercaya
bahwa inti terdiri dan neutron. Jumlah proton dalam inti disebut sebagai nomor atom (Z).
Jumlah neutron dalam inti disebut sebagai jumlah neutron (N). Jumlah dan banyaknya
proton dan neutron disebut sebagai nomor massa (A).
A=Z+N
(1-3)
Simbol yang digunakan untuk menunjukkan jenis inti adalah simbol kimia dan unsur
tersebut dengan nomor atom di tulis sebagai subscrip kiri dan nomor massa sebagai
superscrip, misalnya
memiliki nomor atom 2 dan nomor massa 4.
Universitas Gadjah Mada
2
3. SIFAT – SIFAT INTI ATOM
a. Massa dan Energi
Massa inti atom sangat kecil jika dinyatakan dengan satuan massa biasa, yaitu
kurang dan 10.21 gram. Oleh karena itu harus dinyatakan dengan satuan yang berbeda.
Satuan yang diakui secara universal adalah didasarkan pada massa atom
12
C yang berada
dalam keadaan netral dan tingkat energi dasar. Satuan yang dimaksud adalah sma (satuan
massa atom) atau amu (atomic mass unit).
1 sma = ½ massa atom 12C
1 kg atom (kg mol) 12C = 12 kg, sehingga
1 gram atom (1 gram mol) 12C = 1 mol = 12.10-3 kg
1 gram atom 12C = 6.022. 1023 atom / molekul
-
1 sma =
-
-
Dari kesetaraan massa dan energi (E = mc2), maka 1 sma setara dengan energi
sebesar 1,492232.10.-10 joule. Dalam sistem atom, energi pada umumnya dinyatakan dalam
satuan elektron volt (eV). Satu elektron volt didefinisikan sebagai energi yang diperoleh satu
elektron yang bermuatan 1,6.10-19 coulomb setelah menempuh beda potensial sebesar 1
volt, atau
1 eV
= 1,6021.10-19 joule
1 sma = 1,66043. 10-27 kg = 1,492232. 10-10 joule = 9,3148.108 eV
= 931, 48 MeV
Massa dari berbagai elemen atom diketahui lebih besar dan berat atom. Sebagai
contoh isotop oksigen
16
O terdapat 8 proton, 8 neutron dan 8 elektron; jumlah massanya
sama dengan 16,132 amu, sedangkan berat atomnya sebesar 15,99491 amu. Isotop
oksigen 16O lebih ringan 0,13709 amu dan elemen penyusun. Perbedaan antara total massa
proton, neutron dan elektron secara individu dengan massa atom disebut mass defect.
Persamaan untuk mass defect adalah
mass defect = Z.mh + (A-Z). mn – M
(1-4)
dimana,
Z
: nomor atom
M
: massa atom hidrogen
M
: massa neutron
A-Z : nomor neutron
M
: berat atom
Universitas Gadjah Mada
3
Jika berat atom pada persamaan di atas diganti dengan massa inti, maka massa
atom hidrogen harus diganti massa proton.
b. Energi Ikat
Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan jika penyusun inti bergabung
membentuk inti. Energi dengan jumlah yang sama akan diperlukan untuk memecah inti atom
menjadi elemen penyusun, karena itu energi yang ekivalen dengan mass defect digunakan
sebagai ukuran dan energi ikat inti. Apabila mh, mn dan M dinyatakan dalam satuan massa
atom (amu), maka energi ikat inti dinyatakan dalam satuan MeV, dengan persamaan berikut:
Suatu atom yang massanya M(A,Z) dengan Z adalah jumlah proton dan N adalah jumlah
neutron dalam keadaan bebas memiliki energi diam (rest energy) sebesar,
RE = Z.mp.c2 + N.mn.c2 + Z.me.c2
(1-5)
Energi ikat nucleon A = Z + N dalam inti tersebut adalah
B(A,Z) = Z.mH.C2 + N.MN.C2 – M (A,Z).C2
(1-6)
Energi ikat rata – rata per nucleon adalah
Mass defect untuk isotop 160 adalah 0,13709 sma, dengan demikian energi ikatnya
adalah
931,4 x 0,13709 MeV = 127,68 MeV
Karena ada 16 nukleon di dalam inti
16
O, maka energi ikat rata-rata dan
16
O adalah
127,68/16 atau 7,06 MeV/nukleon. Untuk inti-inti ringan energi ikat per nukleon relatif kecil,
sekitar 7,4 sampai dengan 8,7 MeV/nukleon dan akan bertambah (naik) dengan
bertambahnya nomor massa, akan mencapai nilai maksimum mendekati 8,8 MeV (nukleon
dalam rentang nomor massa 40 sampai dengan 120. Untuk nomor massa yang lebih besar,
energi ikat per nukleon akan berkurang sampai dengan 7,6 MeV/nukleon (untuk uranium).
c. Radius (Ukuran dan Bentuk)
Semua eksperimen yang dilakukan untuk menentukan radius inti menunjukkan
bahwa perkiraan secara kasar untuk radius inti adalah
Universitas Gadjah Mada
4
dimana,
r
: konstanta yang tidak tergantung pada A (sekitar1, 1 sampai dengan 1,6 fm)
A
: nomor massa
Dengan demikian volume inti sebanding dengan massa inti, sehingga semua inti
memiliki densitas yang hampir sama.
Bentuk inti atom tidak selalu bulat (sferis) tetapi dapat berbentuk oblate (IA=IB < IC)
atau prolate (IA
INTI ATOM
1. STRUKTUR ATOM
Untuk mengetahui distribusi muatan positif dan negatif dalam atom, maka Rutherford
melakukan eksperimen hamburan partikel alpha. Adapun eksperimen tersebut adalah
sebagai berikut, partikel alpha dilewatkan dan kolimator dan ditumbukkan pada suatu lapisan
logam tipis. Sebagian partikel diteruskan dan sebagian dihamburkan (dibelokkan). Partikel
alpha yang terhambur disebabkan oleh gaya elektrostatik antara muatan positif dari partikel
alpha dengan muatan positif dan negatif dari atom penyusun lapisan logam tipis. Hamburan
dengan sudut 900 disebabkan oleh proses hamburan tunggal dengan medan listrik yang
kuat. Dan hasil eksperimen ini dapat disimpulkan bahwa muatan positif dan bagian terbesar
dan massa atom terkonsentrasi pada bagian yang sangat kecil, yang kemudian dikenal
dengan inti atom.
Jumlah elektron yang mengimbangi muatan positif dan atom penyusun lapisan logam
tipis diperkirakan terdistribusi mengelilingi dimensi atom. Gaya antara partikel alpha dengan
muatan positif atom adalah
dimana :
Z.e
: muatan pada pusat atom
Zα.e
: muatan partikel alpha
d
: jarak antar keduanya
Rutherford menjelaskan bahwa jejak partikel alpha dalam medan inti adalah
berbentuk hiperbola dengan inti sebagai fokus eksternalnya. Persamaan hamburan untuk
menentukan jumlah partikel alpha yang terhambur telah diturunkan dan eksperimen tersebut.
Universitas Gadjah Mada
1
dimana :
: jumlah partikel alpha yang bertumbukan
: tebal lapisan logam
: jumlah inti tiap volume penghambur
: massa partikel alpha
: laju awal partikel alpha
: sudut hamburan
: jarak dan titik hambur
2. KOMPOSISI INTI ATOM
Dan eksperimen Rutherford dapat dijelaskan tentang model inti, penentuan muatan
inti dan ukuran inti atom.
Karena muatan dalam inti merupakan kelipatan eksak dan muatan proton dan massa
inti merupakan kelipatan eksak dan massa proton, maka dianggap bahwa semua inti
tersusun dan proton. Jika ada inti bernomor massa A dan nomor atom Z, maka inti tersebut
mengandung A proton dan (A-Z) elektron supaya muatan positifnya menjadi Z.
Hipotesis proton-elektron ini memiliki kelemahan, yaitu elektron yang terdapat di
dalam inti harus memiliki panjang gelombang de Brogue ( = h/mv) yang tidak boleh lebih
besar daripada ukuran inti (10-12cm). Pada kenyataannya, elektron dengan panjang
gelombang de Broglie mi memiliki energi kinetik yang lebih besar daripada partikel beta yang
dipancarkan dan inti atom. Oleh karena itu hipotesis proton-elektron menimbulkan keraguan
bahwa elektron bebas merupakan partikel penyusun inti atom.
Pada tahun 1932, J. Chadwick menemukan neutron, yaitu partikel yang memiliki
muatan nol atau netral dan massanya mendekati massa proton. Karena hipotesis elektronproton tidak dapat menjelaskan beberapa sifat inti, maka segera ditinggalkan sesudah
penemuan neutron ditinggalkan sesudah penemuan neutron. Sejak saat itu mulai dipercaya
bahwa inti terdiri dan neutron. Jumlah proton dalam inti disebut sebagai nomor atom (Z).
Jumlah neutron dalam inti disebut sebagai jumlah neutron (N). Jumlah dan banyaknya
proton dan neutron disebut sebagai nomor massa (A).
A=Z+N
(1-3)
Simbol yang digunakan untuk menunjukkan jenis inti adalah simbol kimia dan unsur
tersebut dengan nomor atom di tulis sebagai subscrip kiri dan nomor massa sebagai
superscrip, misalnya
memiliki nomor atom 2 dan nomor massa 4.
Universitas Gadjah Mada
2
3. SIFAT – SIFAT INTI ATOM
a. Massa dan Energi
Massa inti atom sangat kecil jika dinyatakan dengan satuan massa biasa, yaitu
kurang dan 10.21 gram. Oleh karena itu harus dinyatakan dengan satuan yang berbeda.
Satuan yang diakui secara universal adalah didasarkan pada massa atom
12
C yang berada
dalam keadaan netral dan tingkat energi dasar. Satuan yang dimaksud adalah sma (satuan
massa atom) atau amu (atomic mass unit).
1 sma = ½ massa atom 12C
1 kg atom (kg mol) 12C = 12 kg, sehingga
1 gram atom (1 gram mol) 12C = 1 mol = 12.10-3 kg
1 gram atom 12C = 6.022. 1023 atom / molekul
-
1 sma =
-
-
Dari kesetaraan massa dan energi (E = mc2), maka 1 sma setara dengan energi
sebesar 1,492232.10.-10 joule. Dalam sistem atom, energi pada umumnya dinyatakan dalam
satuan elektron volt (eV). Satu elektron volt didefinisikan sebagai energi yang diperoleh satu
elektron yang bermuatan 1,6.10-19 coulomb setelah menempuh beda potensial sebesar 1
volt, atau
1 eV
= 1,6021.10-19 joule
1 sma = 1,66043. 10-27 kg = 1,492232. 10-10 joule = 9,3148.108 eV
= 931, 48 MeV
Massa dari berbagai elemen atom diketahui lebih besar dan berat atom. Sebagai
contoh isotop oksigen
16
O terdapat 8 proton, 8 neutron dan 8 elektron; jumlah massanya
sama dengan 16,132 amu, sedangkan berat atomnya sebesar 15,99491 amu. Isotop
oksigen 16O lebih ringan 0,13709 amu dan elemen penyusun. Perbedaan antara total massa
proton, neutron dan elektron secara individu dengan massa atom disebut mass defect.
Persamaan untuk mass defect adalah
mass defect = Z.mh + (A-Z). mn – M
(1-4)
dimana,
Z
: nomor atom
M
: massa atom hidrogen
M
: massa neutron
A-Z : nomor neutron
M
: berat atom
Universitas Gadjah Mada
3
Jika berat atom pada persamaan di atas diganti dengan massa inti, maka massa
atom hidrogen harus diganti massa proton.
b. Energi Ikat
Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan jika penyusun inti bergabung
membentuk inti. Energi dengan jumlah yang sama akan diperlukan untuk memecah inti atom
menjadi elemen penyusun, karena itu energi yang ekivalen dengan mass defect digunakan
sebagai ukuran dan energi ikat inti. Apabila mh, mn dan M dinyatakan dalam satuan massa
atom (amu), maka energi ikat inti dinyatakan dalam satuan MeV, dengan persamaan berikut:
Suatu atom yang massanya M(A,Z) dengan Z adalah jumlah proton dan N adalah jumlah
neutron dalam keadaan bebas memiliki energi diam (rest energy) sebesar,
RE = Z.mp.c2 + N.mn.c2 + Z.me.c2
(1-5)
Energi ikat nucleon A = Z + N dalam inti tersebut adalah
B(A,Z) = Z.mH.C2 + N.MN.C2 – M (A,Z).C2
(1-6)
Energi ikat rata – rata per nucleon adalah
Mass defect untuk isotop 160 adalah 0,13709 sma, dengan demikian energi ikatnya
adalah
931,4 x 0,13709 MeV = 127,68 MeV
Karena ada 16 nukleon di dalam inti
16
O, maka energi ikat rata-rata dan
16
O adalah
127,68/16 atau 7,06 MeV/nukleon. Untuk inti-inti ringan energi ikat per nukleon relatif kecil,
sekitar 7,4 sampai dengan 8,7 MeV/nukleon dan akan bertambah (naik) dengan
bertambahnya nomor massa, akan mencapai nilai maksimum mendekati 8,8 MeV (nukleon
dalam rentang nomor massa 40 sampai dengan 120. Untuk nomor massa yang lebih besar,
energi ikat per nukleon akan berkurang sampai dengan 7,6 MeV/nukleon (untuk uranium).
c. Radius (Ukuran dan Bentuk)
Semua eksperimen yang dilakukan untuk menentukan radius inti menunjukkan
bahwa perkiraan secara kasar untuk radius inti adalah
Universitas Gadjah Mada
4
dimana,
r
: konstanta yang tidak tergantung pada A (sekitar1, 1 sampai dengan 1,6 fm)
A
: nomor massa
Dengan demikian volume inti sebanding dengan massa inti, sehingga semua inti
memiliki densitas yang hampir sama.
Bentuk inti atom tidak selalu bulat (sferis) tetapi dapat berbentuk oblate (IA=IB < IC)
atau prolate (IA