Kimia Inti dan Radiokimia

  Kimia Inti dan Radiokimia

Kimia inti?

• Kimia inti adalah ilmu yang mempelajari

  struktur inti atom dan pengaruhnya terhadap kestabilan inti serta reaksi-reaksi inti yang terjadi pada proses peluruhan radio nuklida dan transmutasi inti

• Radiokimia : mempelajari zat radioaktif dan penggunaannya dengan teknik2 kimia.
• Kimia radiasi : bidang kimia yang

  

Nuklida

• Nuklida  spesies nuklir
_{12 14 18} C ,
• Contoh:
_{6 7 6 Z N}

_X

_A A de
• Rumus umum:

X Z

• – Z= nomor atom -- N = A-Z
• – A=nomor massa
• Berdasarkan kesamaan dalam nilai A,

  

Penggolongan Nuklida

• Isotop

   kelompok nuklida dengan Z sama

• – Contoh:
₈₂ Pb ²⁰⁴ , ₈₂ Pb ²⁰⁶

,

₈₂ Pb ²⁰⁷ , ₈₂ Pb 208<
• Isobar  kelompok nuklida dengan A sama
• – Contoh:
₆ C ¹⁴ , ₇ N ¹⁴ , ₈ O ¹⁴

   kelompok nuklida dengan N sama

• Isoton
• – Contoh:
₁ H ³ , ₂ He ⁴

• • Isomer inti  nuklida dengan A dan Z sama

  tetapi berbeda dalam tingkat energinya

  5 Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan proses pembentukannya di alam

   secara alamiah tidak mengalami

• Nuklida stabil
_{1 12 14} perubahan A maupun Z, misal: H , C , N _{1 6 7Radionuklida alam primer radionuklida yang terbentuk secara alamiah dan bersifat radioaktif.}

  Disebut primer karena waktu paruh panjang sehingga masih bisa ditemukan sampai sekarang. Contoh: _{238 9 92} U dengan waktu paruh=4,5x10 th

• • Radionuklida alam sekunder  radiaktif dan dapat

  

ditemukan dialam. Waktu paruh pendek, tidak dapat

ditemukan di alam, tetapi dapat dibentuk secara

  

• Radionuklida alam terinduksi
₁₄ Misal C yang dibentuk karena ₆ interaksi sinar kosmik dan nuklida _{14 7} N di atmosfr.

  

• Radionuklida buatan

  merupakan radionuklida yang terbentuk tidak secara alamiah,

Kestabilan inti

  Faktor penentu kestabilan:

• Angka banding jumlah netron terhadap proton (n/p) yang terkandung dalam inti. Inti yang paling stabil adalah inti

  yang mempunyai nomor atom sampai

  20, memiliki n/p=1 (kestabilan diagonal)
• Pasangan nukleon yang ditunjukkan

Angka Banding n/p

• Apabila nuklida-nuklida stabil dihubungkan maka akan diperoleh pita kestabilan inti.
• Unsur-unsur sampai dengan nomor atom 20 pita kestabilan inti _o membentuk sudut 45 dengan sumbu N dan Z (n/p=1).

  Jenis radiasi yang

dipancarkan

Partikel Massa Muatan Simbol Jenis dasar relatif _{ 4} Alfa 4 +2 , He Partikel _{ 2} Negatron -1 , e Partikel _-1 ^- (beta) _ ⁺

  

Positron +1 , e Partikel

_{ +1} Gamma Gelomba ng elektrom

  

Hukum Genap Ganjil

• • Dari jumlah nuklida stabil di alam, jika dikelompokkan

  berdasarkan jumlah proton (Z) dan jumlah netron (N) penyusunnya maka akan diperoleh data sbb:
• Data diatas menunjukkan urutan kestabilan relatif adalah Z genap, N genap &gt; Z genap, N ganjil&gt; Z ^{Jenis nuklida Jumlah nuklida stabil Z genap, N genap 165 Z genap, N ganjil}
^{55 Z ganjil, N genap 50 Z ganjil, N ganjil 4}

Energi Pengikat Inti

• Massa suatu inti selalu lebih kecil dari jumlah massa proton dan netron.
• Berdasarkan hukum kesetaraan massa dan energi, selisih massa tersebut adalah merupakan energi pengikat nukleon dalam inti.
• Semakin besar energi pengikat inti

  

Reaksi Inti Spontan dan

Buatan

• Unsur paling berat yang terjadi secara alamiah adalah uranium. ₂₃₈
• Isotop uranium
₉₂ U secara spontan akan ₂₃₄ memancarkan partikel alfa menjadi Th . ₂₃₄ 90<
• Peluruhan
₉₀ Th dengan memancarkan sinr ₂₃₄ beta akan menghasilkan Pa . 91<
• Unsur-unsur dengan Z &gt; 92 yang dikenal dengan unsur buatan dihasilkan dari

Jenis Peluruhan Radioaktif

• Peluruhan alfa
• Peluruhan beta
• Peluruhan gamma (transisi isomerik)
• Pembelahan spontan
• Pemancaran netron
• Pemancaran netron terlambat

  

Peluruhan alfa

• Partikel alfa terdiri atas 2 proton dan dua netron (partikel relatif besar).
• Agar suatu nuklida mampu melepaskan partikel alfa, inti harus relatif besar.
• Contoh: Po  Pb He . ^{210 206}
4<

  

Peluruhan beta

• 3 jenis peluruhan beta:
• – Pemancaran negatron (beta negatif)
• – Pemancaran positron (beta positif) – Penangkapan elektron (electron capture, EC).
• Contoh:
_{40 40}  _{19 Pemancaran negatron terjadi jika n/p &gt; isobar yang lebih stabil, maka} K  Ca ; + _{20 -1 dalam inti terjadi perubahan 1 n menjadi 1 p : n  +}

  1 _{1 -1 H +} ¹ _

Peluruhan Gamma (transisi isomerik)

• Transisi diantara isomer inti.
• Seringkali suatu inti berada pada tingkat kuantum diatas tingkat dasarnya (metastabil).
• Waktu paruh transisi isomerik kebanyakan dalam orde &lt;10 ^-6 detik.
• Contoh:

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.

  Pemancaran netron

• Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida yang memiliki kelebihan netron relatif terhadap inti yang stabil.
• Contoh:
₃₆ Kr  Kr n ⁸⁷ ₃₆ ⁸⁶ 1<

Pemancaran netron terlambat

• Proses peluruhan terjadi dengan didahului oleh pemancaran negatron kemudian dilanjutkan dengan pemancaran netron.
• Contoh:
_{87 87 86 1}

   ₃₅ Br + ₈₇  Kr  Kr n + _{36 -1 36}

Kinetika reaksi inti 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,

Kinetika reaksi inti dan waktu paruh

• Perbandingan dapat diubah menjadi persamaan dengan memasukkan tetapan perbandingan  .
• dN/dt   N -dN/dt =  N  laju perluruhan=keaktifan(A) A = -dN/dt  A =  N

  

Kinetika reaksi inti dan waktu paruh

  dan  diketahui maka dapat

• Jika N dihitung radionuklida N pada tiap waktu t.
• Daftar tetapan peluruhan tidak ada, yang ada daftar waktu paruh nuklida sudah dikenal.

  , maka N = ½ N

• Jika t = t _½

  Satuan keradioaktifan dan dosis

radiasi

• Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah peluruhan (disintegrasi) per satuan waktu.
• Satuan keaktifan suatu zat radioakt9if adalah Curie (Ci), semula didasarkan pada laju disintegrasi 1 gram radium, tetapi sekarang _{10 -1}

  didefnisikan sebagai 3,7 x 10 disintegrasi S .

• • Satuan keaktifan dalam SI adalah becquerel (Bq)

  _-1 yang didefniskan sebagai 1 disintegrasi S .

  

Satuan keradioaktifan dan dosis

radiasi

• Satu rad adalah jumlah energi radiasi yang diserap 100 erg per gram bahan.
• Dalam SI satuan dosis adalah Gray
₁
• ^- (Gy) yang didefnisikan sebagai 1 JKg .

  1 Gy = 100 rad.

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 235 ₂₃₅

Reaksi Fusi

• Reaksi penggabungan dua atau beberapa inti ringan menjadi satu inti yang lebih berat.
• Reaksi fusi menghasilkan energi yang sangat besar.

• • Reaksi ini memiliki energi pengaktifan, terutama

  untuk mengatasi gaya tolak menolak kedua inti

  yang akan bergabung.

• • Reaksi hanya mungkin terjadi pada suhu sangat

  tinggi, sekitar 100 juta derajat.

  

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 20ribu ton batubara.

• • Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fsi:

• – Energi yang dihasilkan lebih tinggi

  Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan

• • Reaksi inti (fusi dan fsi) sebagai penghasil energi

  listrik.
• Penentuan umur (dating) batuan atau fosil.
• Dalam bidang kimia:
• – Analisis pengenceran isotop

• – Analisis pengaktifan netron  sebagai perunut dalam

  menentukan mekanisme reaksi kimia.
>Dalam bidang kedokteran, radioisotop digunakan sebagai perunut dalam terapi kanker.
• Dalam bidang pertanian, radioisotop digunakan

  

Contoh soal:

• Ditemukan tulang suatu binatang
₁₄ purba yang mempunyai keaktifan C 2,75 dpm/g. Perkirakan berapa tahun yang lampau binatang itu hidup? (t½ ₁₄ C = 5668 tahun).