Bab 8 Fisika Inti dan Radioaktivitas

Transkripsi

1 Bab 8 Fisika Ini dan dioakivias 8. Pendahuluan Sejauh ini ini aom dapa dianggap sebagai parikel yang memiliki massa dan bermuaan posiif. Sifa uama dari aom, molekul dan za pada semuanya dapa diliha dari perilaku elekron aomnya. Srukur elekron suau aom sudah dipahami sebelum komposisi ini aom dikeahui, karena gaya yang mengika ini bersama jauh lebih kua daripada gaya lisrik yang mengika elekron sehingga ini aom lebih suli dipahami unuk mengeahui apa yang ada didalamnya. Perubahan srukur elekron suau aom yang erjadi keika ikaan kimiawi pecah menyangku energi yang besarnya beberapa elekron vol (ev) eapi perubahan srukur ini menyangku energi yang besarnya MeV, sejua kali lebih besar. Sauan massa aom (sma = u) Massa suau aom mengacu pada suau aom neral, bukan pada ininya saja. Jadi yang ermasuk dalam massa suau aom adalah massa ini, massa elekron orbial, dan energi ikanya. sma adalah massa aom karbon karbon sma = u =,664 x 7 kg 9,48 MeV (E = m c ) Isoop Aom aom yang memiliki nomor aom () yang sama Conoh : H H H Isoon Aom aom yang memiliki jumlah massa yang sama 4 Conoh : 7 C 6 Isobar Aom aom yang memiliki nomor massa yang sama 4 Conoh ; 7 C 4 6 Muaan dan Massa penyusun aom Aom bersifa neral. Elekron bergerak mengelilingi ini aom dengan kecepaan erenu. Ini aom erdiri dari proon dan neuron yang dikenal dengan nama nukleon (unsur penyusun ini). Elekron diemukan oleh J.J omson sedangkan muaannya oleh R.A Milikan. Proon diemukan oleh Goldsein dan neuron diemukan oleh James Chadwick (eman Ruherford) yang meraih obel ahun 95. ama simbol Massa (kg) Massa (sma) Muaan (C) Elekron -e 9, x,6 x 9 Proon p,675 x 7.7 +,6 x 9 euron n,6748 x 7.87 simbol unsur/nuklida X = nama unsur A = nomor massa = jumlah proon dan neuron = nomor aom = jumlah proon A X

2 8.. Kesabilan Ini Tidak seiap gabungan neuron dan proon membenuk ini yang sabil. da umumnya ini ringan (A < ) mengandung jumlah neuron dan proon yang hampir sama, sedangkan ini bera proporsi neuron berambah besar. Jumlah neuron cenderung lebih banyak dibandingkan dengan jumlah proon, ini karena gaya olak anar proon akan menjadi besar unuk ini yang mengandung proon aau lebih dibandingkan dengan gaya arik (gaya ini) anar nukleon unuk mencapai kesabilan ini. B 5 lebih sabil dibandingkan dengan 6 C Tiik iik yang menggambarkan isoop sabil menenukan suau daerah kesabilan yang agak sempi. nuk bilangan bilangan massa yang rendah didapakan. Perbandingan ini akan berambah besar dan akan kira kira mencapai,6 unuk bilangan massa yang besar. Kesabilan ini dapa dipahami berdasarkan sifa alam gaya arik nuklir dan gaya olak Coulomb. Sebuah ini dengan erlalu banyak neuron akan menjadi idak sabil sebab idak cukup bagi mereka unuk dipasangkan dengan proon proon. Sebaliknya ini dengan erlalu banyak proon akan menghasilkan erlalu banyak gaya olak dibandingkan dengan gaya arik nuklir unuk menjadi sabil. Tidak ada ini dengan nomor massa yang lebih besar dari 9 yang sabil. Gaya ini (nuklir) memiliki jangkauan yang erbaas dan erjadi hanya anar nukleon eangganya. Gaya olak Coulomb dari proon menjangkau seluruh proon dalam ini, maka erdapa baas kemampuan neuron unuk mencegah erpecahnya ini aom. Baas ini dinyaakan dengan isoop smuh 9 Jumlah neuron 8. Semua ini aom dengan > 8 dan A > 9 berransformasi sponan menjadi ini lebih ringan melalui pemancaran sebuah aau lebih parikel alfa yang merupakan ini Ini ak sabil 4 He. Ini sabil Jumlah proon Peluruhan alfa Peluruhan alfa erjadi karena di dalam ini erlalu banyak nukleon, sehingga unuk membenuk kesabilan ini aom, dua proon dan dua neuron dilepaskan dari ini induk dan sinar alfa yang sama dengan ini Helium dipancarkan keluar. Peluruhan alfa A A 4 X Y + He Karena parikel alfa erdiri dua proon dan dua neuron peluruhan alfa mereduksi dan dari ini induk. Jika ini anak yang dihasilkan memiliki rasio neuron/proon yang erlalu besar aau erlalu kecil, ini iu dapa meluruh lagi ke konfigurasi yang lebih memadai. Peluruhan bea nuk mencapai kesabilan ini karena kandungan neuron erlalu banyak maka sebuah neuron berubah menjadi proon diserai pelepasan sinar yang bermuaan negaif yang dikenal dengan sinar bea. Dalam peluruhan bea negaif, neuron berransformasi menjadi proon dan elekron. Elekron yang meninggalkan ini eramai sebagai parikel bea. Peluruhan bea n p + e

3 Peluruhan gamma Seelah ini meluruh menjadi ini baru biasanya erdapa energi kelebihan pada ikaan ininya sehingga seringkali disebu ini dalam keadaan ereksiasi. Ini yang kelebihan energinya ini biasanya akan melepaskan energinya dalam benuk sinar gamma yang dikenal dengan peluruhan gamma, sinarnya ini adalah foon dan ermasuk ke dalam gelombang elekromagneik yang mempunyai energi yang sanga besar melebihi sinar X. A * Peluruhan gamma X A X + γ Selain peluruhan di aas sebagai cara suau ini aom membenuk kesabilan dikenal juga perisiwa sebagai beriku : Dalam pemancaran posiron proon berransformasi menjadi neuron dan posiron (posiif elekron) Pemancaran posiron p n + e Suau proses yang berlawanan dengan pemancaran posiron adalah penangkapan elekron kuli erdalam oleh ini aom. Elekron yang diserap oleh proon berransformasi menjadi neuron. Penangkapan elekron p + e n 8.. kuran dan benuk ini aom Dari eksperimen Ruherford didapakan bahwa ini aom mempunyai ukuran berhingga. Dengan eksperimen unuk menenukan ini aom ernyaa didapakan bahwa volume sebuah ini berbanding lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandungnya. V 4 R A Jari jari ini R R A R o R, A fermi o, x 5 m =, fm =, fermi 8.. Energi ika dan Gaya ini Energi ika sebuah ini adalah energi yang diperlukan unuk memecahkan sebuah ini menjadi proon dan neuron. unsur A X m m c Energi ika = zm A z p = massa defec x 9 MeV n Energi ika per nukleon adalah energi ika ini dibagi dengan jumlah nukelonnya. Semakin besar energi ika pernukleonnya maka ini akan semakin sabil. Ini 6 Fe yaiu isoop besi mempunyai energi ika pernukleon sebesar 8,8 MeV/nukleon adalah ini yang paling sabil. Pembelahan ini bera yang disebu fissi nuklir melibakan rausan jua kali energi per aom lebih besar dibandingkan pembakaran bau bara aau minyak. Penggabungan dua buah ini ringan yang menghasilkan ini sedang fusi nuklir juga menimbulkan energi ika pernukleon dalam ini berkurang juga sanga efekif unuk memperoleh energi. Reaksi fusi merupakan sumber energi uama dari maahari dan binang. Gaya ini adalah gaya erkua yang dikenal dan berjangkauan pendek yang mengika nukleon sampai berjarak fm. Gaya ini ini kali lebih kua daripada gaya olak lisrik anar proon. Ineraksi anara proon proon, proon neuron, neuron neuron adalah idenik. 56

4 Teori Meson Gaya uklir Dalam ikaan kimia erliha bahwa sebuah molekul saling mengika dengan perukaran elekron anara aom komponennya. Apakah mungkin mekanisme yang serupa bekerja dalam ini dengan nukleon komponen saling mengika dengan perukaran sejenis parikel anara nukleon iu? Pendekaan perama dilakukan oleh Heisenberg yang mengusulkan bahwa elekron dan posiron bolak balik anar nukleon. Sebuah neron memancarkan elekron dan menjadi proon dan proon dapa menyerap elekron dan menjadi neuron. Pendekaan ini idak epa karena ernyaa gaya yang dihasilkan dalam perukaran elekron dan posiron erlalu kecil unuk berperan dalam srukur nuklir. Pendekaan Hideki Yukawa (95) menyaakan bahwa erdapa parikel pion ( +,, o ) dengan besar massa anara elekron dan nukleon yang beranggung jawan aas adanya gaya nuklir. rikel ini adalah anggoa kelas paikel elemener yang secara kolekif disebu meson. Pion adalah singkaan dari meson. 8. dioakivias Penemuan dioakivias Tahun 895 Roengen mendeeksi sinar X dengan fluoresensi yang diimbulkannya dalam bahan erenu. Keika Henry Becquerel (ahli fluoresensi dan fosforesensi) mempelajari hal kebalikannya (896) secara idak sengaja menemukan bahwa garam uranium dapa menghiamkan pela foo walaupun idak diberi sinar erlebih dahulu. Jadi bahan iu memancarkan sinar dengan sendirinya. Beberapa waku kemudian Marie Curie dari landia menemukan unsur lain yang juga bahan radioakif yakni lonium dan dium yang ernyaa x lebih akif dari uranium. Ruherford membedakan iga komponen dalam radiasi radionuklide yaiu parikel alfa, parikel bea dan sinar gamma seperi pada gambar. x x x x x x x x x x B radium x x x Akifias radioakif Laju perubahan ini aom pembenuknya. d A kejadian/s = Becqurel d becquerel = Bq = kejadian/s curie = ci =,7 x Bq curie hampir sama dengan akivias gram dium (diemukan Marie curie) Conoh peluruhan radioakif 8 aau aau 8 Dari hasil pengukuran akivias radioakif menunjukkan bahwa akivias radioakif menurun secara eksponensial erhadap waku A A o e = konsana peluruhan (peluang erjadinya peluruhan)

5 d d d d o d d ln lno ln o o e A = akivias radioakif (Bq) = jumlah ini sisa yang belum meluruh (ini) o = jumlah ini mula mula (ini) Waku ruh = T = T½ Waku yang dibuuhkan suau bahan radioakif sehingga akifias aau jumlah ini/parikel menjadi seengah dari semula. A A o e A o A T oe e T ln 69, T sehingga A T dan T A o o Penenuan mur diomerik Dengan menggunakan meode peluruhan radioakif memungkinkan penenuan umur bauan dan benda yang mempunyai asal biologis. Karena peluruhan radioakif berlangsung dengan laju eap dan ak berganung kondisi luar maka rasio anara jumlah nuklide dan nuklide anak sabil dalam benda yang diselidiki akan menunjukkan umurnya. Sinar kosmik merupakan ini aomik berenergi inggi eruama erdiri dari proon yang bergerak menembus galaksi kia kira kira 8 dianaranya sampai ke bumi iap deik. Keika memasuki amosfer bumi menumbuk ini aom sehingga menimbulkan hujan parikel sekunder. Dianaranya neuron yang dapa bereaksi erhadap ini hidrogen dalam amosfer dan membenuk radiokarbon dengan pemancaran proon n 6 C + H Sesaa seelah dihasilkan aom 4 6 C menempel pada molekul oksigen dan membenuk CO radioakif. Tanaman hijau mengambil CO supaya eap hidup sehingga seiap anaman mengandung karbon radioakif. naang makan anaman sehingga binaangpun menjadi radioakif. Seelah mai binaang idak menyerap radiokarbon dan radiokarbon yang dikandungnya erus meluruh menjadi 4. Seelah 56 ahun benda ini memiliki seengah jumlah radiokarbon asal. Dengan mengeahui radiokarbonnya umur suau benda dapa dienukan. Kebanyakan bauan purba umurnya dienukan dari yang didapakan pada anaman hijau dan dipercaya berumur,8 bilyun ahun yang lalu. Dere dioakif Kebanyakan unsur radioakif yang ada di alam adalah anggoa dari empa dere radioakif. Penyebab erdapa empa dere adalah peluruhan alfa mereduksi nomor massa sebuah ini dengan 4.

6 . Dere orium A = 4n. Dere epunium A = 4n Ac p Ac Fr 7 A Dere ranium A = 4n + 4. Dere Acinium A = 4n Rn Fr 9 Rn Ac