Struktur Inti Atom. Atom yang memiliki Z sama tetapi A berbeda disebut Isotop (isotope) Contoh. Hidrogen Deuteriumon Tritium

Transkripsi

1 Struktur Inti Atom Massa Atom 99,9 % terdapat dalam inti yang terdiri dari proton (muatan = e +) massa energi 938,28 Mev dan netron (muatan =0) massa energi 929,57 Mev sedangkan elektron berada di kulit atom. Nomor massa ( A ) Proton ( Z ) Netron A - Z Sifat kimia dari atom lebih banyak ditentukan oleh Z bukan A. Sifat kimiawinya identik jika Z nya sama.

2 Struktur Inti Atom Atom yang memiliki Z sama tetapi A berbeda disebut Isotop (isotope) Contoh. Hidrogen Deuteriumon Tritium Soal. Tuliskan minimal 4 isotop yang lainnya

3 Struktur Inti Atom Soal. Tuliskan minimal 4 isotop yang lainnya Carbon Uranium Oksigen Helium dll

4 Struktur Inti Atom Kerapatan inti atom tergantung netron dan proton dapat dituiskan Maka jari-jari atom akan sebanding dengan akar pangkat sepertiga nomor massa Ro = 1, meter = 1,2 fm

5 Struktur Inti Atom Soal Latihan (oleh-oleh S1 sem3 reg Adan B) 1. Hitunglah jari-jari inti dari karbon (A=12), Germanium (A=70), Bismuth (A=209) 2. Hitunglah kerapatan inti atom karbon dan massa total inti atom karbon (A=12). Massa diam elektron (m e ) = 9, kg Massa diam proton (m p ) = 1, kg

6 Struktur Inti Atom Jawab 1. Carbon R= 1,2 fm. (A) 1/3 = 1,2.(12) 1/3 = 2,7 fm Germanium R= 1,2 fm.(a) 1/3 = 1,2.(70) 1/3 = 4,9 fm Bismuth R= 1,2 fm. (A) 1/3 = 1,2.(209) 1/3 = 7,1 fm 2. kerapatan inti atom karbon dan massa total inti atom karbon (A=12).

7 Struktur Inti Atom Energi total inti atom hidrogen Secara umum dituliskan m(atom) = m(inti atom) + Z m (elektron) +energi ikat elektron total Binding energy (energi ikat)

8 Strukrur Inti Aatom Contoh Deuterium memiliki massa atom = 2, u, massa atom hidrogen (m p )= 1, u, massa netron(m n )1, u. Berapakah energi total ikat inti atom deuterium? Jawab. B = (1, u + 1, u - 2, u ) = 0, u = 0, u. 931,5 Mev/u. B = 2,224 Mev

9 Struktur Inti Atom Soal.. Hitunglah energi ikat total ( B ) dari a. b.

10 Struktur Inti Atom Jawab. P = 26 N = = 30 m Fe = 55,8447 u B = (30.1, u , u - 55,8447 u) = 30, , ,8447 = 56, ,8447 = 0,6187u = 0,6187 u. 931,5 Mev/u. = 576,31905 Mev

11 Jawab. P = 92 Struktur Inti Atom N = = 146 m U = 238,02891u B =(146. 1, u , u - 238,02891 u) = (147, , ,02891) u = 1, ,5 Mev/u. = 1822,08852 Mev = 1822, , Joule = 2, Joule = 0,2915 nj = 291,5 pj

12 Gaya Inti Atom 1. Lebih besar dibanding gaya elektromagnet, grafitasi, dan gaya lain disebut juga strong force 2. Jangkauan sangat pendek m = 1 fm penambahan nukleon kerapatan inti tidak berubah energi ikat per nukleon tetap 3. Tidak tergantung jenis nukleon gaya inti n-p = n-n = p p 4. Selang waktu hadirnya energi 5. Jarak tempuh yang dicapai partikel x = c t 6. Energi diam yang diperlukan partikel mc 2 = 200 Mev (jangkauan 1 fm)

13 Radioaktif Suatu zat radioaktif (radioactive substance) didefinisikan sebagai sesuatu zat yang memiliki sifat untuk mengemisikan radiasi secara spontan.

14 Radioaktif Semua inti atom stabil N = Z berat N > Z dan tidak ada inti stabil dengan A=5 atau 8. Contoh Helium stabil

15 Peluruhan radioaktif Peluruhan alfa Peluruhan beta Peluruhan gamma Radioaktif

16 Peluruhan Radioaktif Satuan peluruhan 1curie = 3, peluruhan per detik Biasanya dinyatakan dalam mci, atau μci Orde peluruhan untuk cuplikan 1 Ci memiliki probabilitas Aktifitas peluruhan α = λ N N = jumlah inti radioaktif λ = probabilitas peluruhan Tanda minus menunjukan N menurun terhadap bertambahnya waktu. dn/dt

17 Peluruhan Radioaktif Aktifitas peluruhan peluruhan per satuan waktu Maka ln N = - λt + c

18 Peluruhan Radioaktif Aktifitas peluruhan Meluruhkan separoh maka λt ½ = ln 2 Waktu paruh

19 Radioaktif Latihan soal hal 363 λ. = 0,693/T = 2, s -1 Probabilitas tiap detik 2, N = m/m 6, = 3, Ao = λ.n =9, peluruhan/detik = 0,244 Ci A = Ao e -λt =1, peluruhan/detik

20 Hukum kekekalan Peluruhan 1. Kekekalan Energi = X akan meluruh menjadi X yang lebih ringan m N X C 2 = m N X C 2 + m N x C 2 + Q (Q=kelebihan energi) (X +x = massa diam m N massa inti) 2. Kekekalan momentum linear Px + Px = 0 3. Kekekalan momentum sudut (momentum sudut spin s dan momentum sudut orbital L ) L= r. P ( s X = s x + s x +L z ) 4. Kekekalan muatan elektrik = muatan elektrik sebelum dan sesudah peluruhan tetap dilihat nomer atom. 5. Kekekalan nomor massa jumlah nomor massa A tidak berubah dalam peluruhan dilihat nomer massa

21 Peluruhan Alfa Energi yang terbebaskan energi kinetik α dan partikel anak X Q = m (X) - m (X ) - mα c 2 Q= K X + K α Momentum liniernya P X = P α Maka hasil energi kinetik α K α = (A-4) Q/A Soal Hitunglah

22 Peluruhan Alfa Soal 1. Hitunglah Energi kinetik peluruhan alfa yang dipancarkan oleh atom Ra meluruh menjadi Rn Ra =226, Rn = 222, α. = 4,002603

23 Peluruhan Alfa Soal 1. Hitunglah Energi kinetik peluruhan alfa yang dipancarkan oleh atom Ra Jawab. Ra Rn + α Ra =226, Rn = 222, α. = 4, Q = 226, , , = 4,871 Mev K α. = (A-4).Q/A = 4,785 Mev

24 Latihan Soal Latihan soal Hitunglah energi kinetik partikel alfa yang dipancarkan dalam peluruhan alfa dari 226 Ra! Jawab Q = m Ra m Rn m α Q = (226, , ,002604) u = 0, X 931,5 Mev = 4,87 Mev K α = (A-4)Q/A (226-4) 4,87/226 = 4,783 Mev

25 Peluruhan Beta Untuk peluruhan betta moner massa tetap Energi yang terbebaskan n p +e + v Peluruhan dapat terjadi dalam inti atom Z dan N meluruh ke inti atom lain Z + 1 dan N-1 Sehingga Q = ( m A X) - m A X ) c 2

26 Latihan Soal Latihan soal Inti 23 Ne meluruh ke inti 23 Na dengan memancarkan beta negatif. Hitunglah energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan? Jawab Q = m Ne m Na Q = (22, ,989770) 931,5 Mev = 4, 374 Mev

27 Peluruhan Gamma E = E awal - E akhir 100 kev MeV Usia paruh eksitasi inti 10-9 sampai sekon.

28 Latihan Soal Latihan soal Inti 12 N meluruh beta ke suatu keadaan eksitasi dari 12 C yang sudah itu meluruh ke keadaan dasarnya dengan memancarkan sinar gamma 4,43 Mev. Hitunglah energi kinetik maksimum partikel beta yang dipancarkan? Jawab Massa C dalam keadaan tereksitasi m C = (12, ,43/931,5 ) = 12, u Q = (m N - m C 2m e ) 931,5 Mev Q = (12, , X 0, ) 931,5 Mev = 74,77 Mev

29 Rarioaktifitas Alam Sebagian besar unsur radioaktif alam memiliki waktu paruh dalam orde hari atau tahun << umur bumi +- 4, th sedikit unsur yang teramati meluruh dengan orde waktu paruh = umur bumi. Sbg latar belakang natural radioactivity. Proses radioaktif mengubah A jadi A-4 (peluruhan alfa) A tetap peluruhan beta dan gamma.

30 Sinar X Panjang gelombang sinar X +- 0,01 s/d 10 nm. Energinnya ev s/d 100 kev dan reaksi terhadap materi dan inti atom

31 Sinar X Pembuatan sinar X Tabung hampa udara ( vakum ) ada filamen panas, katode, dan anode ( logam target ). Elektron dari filamen panas secara emisi termionik, dipercepat ke anode ( target ) V oltase tinggi (kv.) Elektron berenergi tinggi menumbuk target logam, sinar x akan dipancarkan oleh target.

32 Sinar X 1. Jika potensial antara anode dengan katode dinaikkan daya tembus sinar x lebih besar dan panjang gelombang lebih kecil. energi kinetik elektron meningkat. 2. Jika filamen panas diperbesar maka katode dibuat lebih panas elektron yang dikeluarkan lebih banyak sinar x mempunyai intensitas lebih tinggi..

33 Sinar X Sifat-sifat sinar x 1. Sinar x merambat menurut garis lurus 2. Sinar x dapat menghitamkan pelat pemotret 3. Daya tembus sinar x bergantung jenis bahan kayu beberapa cm, pelat aluminium setebal 1 cm, besi, tembaga, dan khususnya timah hitam setebal beberapa mm bahkan tidak ditembus sama sekali 4. Sinar x tidak dapat terlihat oleh mata manusia. 5. Sinar x dapat dipancarkan ketika sinar katode menumbuk zat padat.

34 Sinar X kegunaan sinar x a. Dalam bidang kedokteran, sinar x digunakan untuk membantu dokter diagnosis suatu penyakit atau kelainan dari bagian dalam tubuh b. Dalam bidang industri, sinar x digunakan untuk menemukan cacat pada las atau keretakan logam c. Dalam bidang pengetahuan, misalnya fisika seperti mempelajari pola-pola difraksi pada kristal zat padat

35 Sinar X Bahaya sinar x Energi yang dimiliki sangat tinggi, sehingga sinar x memiliki efek yang besar pada jaringan hidup sinar x dosis tinggi dapat menyebabkan kanker dan cacat lahir

36 Reaksi Fisi Nuklir Reaksi pembelahan Pembelahan uranium sekali pembelahan menghasilkan energi 200 Mev Baik U 238 maupun U 235 dapat dibelah dengan netron cepat hanya U 235 yang dapat dibelah dengan netron lambat membelah menjadi > 100 macam isotop selain kripton dan barium. Jumlah Atom berkisar 34 sampai 58 Selain melepas netron juga beta dengan penambahan energi 15 Mev.

37 Reaksi fisi

38 Reaksi fisi uranium adalah salah satu atom berat.

39 Reaksi Fisi Nuklir Reaksi pembelahan fisi uranium berlangsung berantai jika lambat dan dapat dikendalikan dalam reaktor. Jika berlangsung cepat tak terkendali menjadi Bom nuklir. Contoh Pada suatu reaktor pembangkit listrik 3000 Mwatt. Berapa kali terjadi reaksi fisi? Jawab 3000 Mwatt setiap detik energinya 3000 Mjoule. Sekali fisi 200 MeV.

40 Reaksi Fisi Nuklir 200 Mev x 1, = 3, J Jika Joule = 0, reaksi pembelahan Setiap atom uranium U235 massa 235 x 1, kg = 3, kg Banyaknya 0, x 3, kg = 37 mg

41 Berikut jumlah energi nuklir yang bisa dihasilkan per kg materi: Fisi nuklir: Uranium-233: 17,8 Kt/kg Uranium-235: 17,6 Kt/kg Plutonium-239: 17,3 Kt/kg = Ton TNT/kg = Ton TNT/kg = Ton TNT/kg Fusi nuklir: Deuterium + Deuterium: 82,2 Kt/kg Tritium + Deuterium: 80,4 Kt/kg Lithium-6 + Deuterium: 64,0 Kt/kg = Ton TNT/kg = Ton TNT/kg = Ton TNT/kg

42 O Dahsyatnya Bom Nuklir foto diambil tertanggal 3 Juli 1970 oleh seorang tentara Perancis Fangataufa. Code bom ini Canopus, kekuatan 914 kt. Bom ini dihasilkan oleh Perancis (CMIIW)

43 Dahsyatnya Bom Nuklir O

44 Dahsyatnya Bom Nuklir operasi Upshot-Knothole, di Nevada Proving Ground antara Maret 17 and Juni 4, 1953, mengetes bom jenis beru yang menggunakan teori fission dan fusion. Rumah dalam gambar terletak 3500 kaki dari pusat ledakan, kameranya sendiri dilindungi lapisan setebal 2 inchi, hanya butuh 2,6 detik saja dari awal bom tersebut meldak sampai ledakannya menghancurkan rumah tersebut O

45 Dahsyatnya Bom Nuklir 1 Juli 1946, di Pulau Marshall, ledakan berbentuk jamur/cendawan di Samudra Pasifik Utara, ledakan pertama dari 2 ledakan dalam operasi Crossroads. O

46 Dahsyatnya Bom Nuklir uji coba bom Bravo yang terburuk dalam sejarah US karena bencana yang disebabkan oleh radiasinya. Kesalahan tersebut terjadi karena US salah menganalisa keadaan cuaca sehingga terjadi bencana radiasi O tersebut.

47 Dahsyatnya Bom Nuklir bom Trinity adalah ujicoba bom atom 1 oleh US, 16 Juli 1945, dilakukan 35 miles tenggara Socorro, New Mexico, sekarang White Sands Missile Range. Saudaranya, The Fat Man yang menggunakan konsep dan design serupa, adalah bom yang dijatuhkan di Nagasaki. Kekuatan bom ini hanya 20 kiloton dan merupakan bom pertama yang memulai Zaman Atom atau Atomic Age. O

48 Dahsyatnya Bom Nuklir bom BADGER adalah bom berkekuatan 23 kiloton, ditembakkan pada April 18, 1953 di Nevada Test Site, bom ini merupakan bagian dari Operation Upshot-Knothole. O

49 bom atom Hiroshima dan Nagasaki oleh US bom pertama Little Boy 6 Agustus 1945, bom kedua The Fat Man Nagasaki 9 Agustus kematian jiwa. O

50 Dahsyatnya Bom Nuklir Hasil ledakan bom nuklir di Hiroshima

51 The Fat Man 5 ton dan tinggi 10,6 kaki. ( Nagasaki ) O

52 Little Boy 4-5 ton dan tinggi 9 kaki (Hirosima ) O

53 diambil 1 milisekon setelah ledakan bom, duri runcing di bawah ledakan, suhunya Kelvin, 3,5 kali panas permukaan matahari O

54

55 Tanggal/Waktu Miniatur Dimensi Pengguna Komentar terkini 14:37, 8 November (121 KB) Fastfission (fix fonts, metadata) 23:59, 25 Juli (127 KB) Fastfission (convert text to outlines..) 20:20, 25 Juli (120 KB) Fastfission (A simple graphic showing comparative nuclear fireball diameters for a number of different tests and warheads. From largest to smallest, the sizes are: *w:tsar Bomba 50 Mt 2.3 km *w:castle Bravo 15 Mt 1.42 km *w:w59 warhea)

56 Reaksi Fusi Reaksi penggabungan dua inti ringan menjadi inti berat.

57 Reaksi Fusi Contohnya adalah penggabung 2 deutron energi yang dibebaskan 3,2 MeV atau 0,8 Mev per nukleon.

58 Reaksi Fusi Gaya elektrostatik antara 2 deutron yag jari-jari +- 1,3 fm jarak antara keduanya = 3 fm maka energinya +- 0,5 Mev. memerlukan energi kinetik (K = 0,5 Mev ) untuk memicu reaksi fusi. Dapat dilakukan dengan mempercepat deutron(k) atau membuat panas (Q). orde arus deutron dari akselerator mikro ampere daya total 4 watt per nuleon. Memanaskan dengan energi joule memerlukan suhu 10 9 K.

59 Reaksi Fusi Reaksi fusi pada Matahari Energi yang terbebaskan Q = (m i - m f ) c 2 = ( 4 m p m He ) 931,5 Mev = (4 1, ,002603) 931,5 Mev = 26,7 Mev

60 Reaksi Fusi Daya matahari sampai bumi 1, W/m 2 jarak rata-rata bumi dan matahari 1, m. Maka energi matahari akan tersebar keseluruh permukaan berupa selimut bola ( m 2 maka energinya akan Watt

61 Contoh Reaksi Fusi Lithium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-4 6 Li + D -> 4 He + 4 He 6 Li + D -> 2 4 He isotop helium-4 ( partikel alfa ) ditulis dg simbol α Jadi, bisa juga ditulis: 6 Li + D -> α + α atau: 6 Li(D,α)α (bentuk yang dipadatkan)

62 massa isotop Lithium-6 : 6, massa isotop Deuterium : 2, massa isotop Helium-4 : 4, Lithium-6 + Deuterium Helium-4 + Helium-4 6, , , , , , Massa yang hilang: 8, , = 0, u (0,3%) (dibulatkan) E = mc 2 E = mc 2 = 1u x c 2 = 1, kg x ( m/s) 2 = , Kg m 2 /s 2 = , J = , ev = 931,49 Mev (dibulatkan) Jadi, massa 1u = 931,49 Mev

63 Reaksi Fusi Energi kinetik yang dibutuhkan ini setara dengan temperatur sekitar juta derajat

64 Fisika Dasar III Oleh Tenes Widoyo MPd Daftar Pustaka 1. Fisika Holliday & Resnick Jilid I 2. Baequni, Fisika Modern/ struktur muatan 3. Fisika Modern Kenneth Krane 4. Phisics international edition James S Walker 5. Sears Zemansky Fisika untuk Universitas 3 Disampaikan pada mata kuliah fisika dasar III STT Migas Balikpapan Tahun pembelajaran 2012/2013 semester gasal.