CATATAN KULIAH ATOM, INTI DAN RADIOAKTIF. Diah Ayu Suci Kinasih Departemen Fisika Universitas Diponegoro Semarang 2016

Transkripsi

1 CATATAN KULIAH ATOM, INTI DAN RADIOAKTIF Diah Ayu Suci Kinasih Departemen Fisika Universitas Diponegoro Semarang 2016

2 FISIKA NUKLIR Atom, Inti dan Radioaktif 1. Pekembangan Teori Atom 1.1 Model Aton Dalton Menurut Dalton suatu zat terdiri dari atom-atom yang merupakan sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom-atom yang menyusun suatu zat tertentu memilii sifat yang sama. Perbedaan antara satu zat dengan zat yang lain disebabkan oleh perbedaan atom-atom penyusunnya. 1.1 Model Atom Thomson Thomson mengusulkan sebuah model atom yang sederhana seperti roti kismis. Menurut model ini atom berbentuk seperti bola dengan muatan listrik terdistribusi merata, dan elektron tersebar pada bola ini dengan jumlah muatan negatif yang sama dengan muatan positif. Model atom Thomson dapat memprediksi jumlah partikel alpha yang terhambur melalui lapisan tipis untuk sudut kecil saja. Model atom Thomson tidak dapat dipertahankan karena tidak mampu memprediksi jumlah partikel alpha yang terhambur untuk sudut lebar. 1.2 Model Atom Rutheford Pada tahun 1911 Ernest Rutherford melakukan eksperimen hamburan partikel Alpha yang di tembakkan ke arah lapisan logam tipis emas. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa sebagian besar partikel alpha melewati lapisan tipis seperti menembus ruang kosong, dan ada juga partikel yang terdefleksi dengan sudut yang lebar. Eksperimen juga menunjukkan bahwa ada partikel yang terpantul kembali ke arah datangnya. Hamburan semacam ini jelas tidak dapat dijelaskan dengan menggunakan model atom Thomson.

3 Rutherford menjelaskan hasil eksperimen ini dengan mengasumsikan bahwa muatan positif dalam sebuah atom terkonsentrasi pada suatu bagian yang relatif kecil dibanding ukuran atom. Bagian bermuatan positif ini disebut inti (nucleus). Elektron dalam atom diasumsikan berada di luar atom dan bergerak mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengelilingi matahari. Model atom seperti planet ini memiliki kelemahan: 1. Model ini tidak dapat menjelaskan fenomena bahwa atom memancarkan radiasi elektromagnetik karakteristik yang diskret. 2. Menurut teori elektromagnetisme Maxwell, partikel yang berkeliling pada lintasan orbit semacam ini akan mengalami percepatan sentripetal dan memancarkan energi hingga akhirnya akan jatuh ke dalam inti atom Model Atom Bohr Bohr merupakan model yang paling sering digunakan karena sederhana tetapi dapat menjelaskan banyak hal. Model atom Bohr ini menggambarkan bahwa atom terdiri atas inti atom dan sejumlah elektron yang mengelilingi inti atom dengan lintasan atau kulit tertentu. Inti atom itu sendiri terdiri atas sejumlah proton dan neutron yang berkumpul secara masif. 2. Inti Atom Inti atom atau nuklir (nuclear) terdiri atas sejumlah proton dan neutron (nukleon) dengan komposisi tertentu. Proton bermuatan positif sedangkan neutron tidak bermuatan, Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom tersebut menentukan apakah suatu inti atom bersifat stabil atau tidak stabil. 2.1 Partikel Penyusun Inti Inti atom dituliskan dengan kaidah sebagai berikut. zx A

4 Dimana X = jenis unsur Z = nomer atom, menunjukkan jumlah proton A = nomer massa, menunjukan jumlah proton + jumlah neutron Terdapat beberapa kelompok inti atom yang mempunyai ciri-ciri tertentu yakni sebagai berikut : Isotop, yaitu atom-atom yang mempunyai nomer atom yang sama tetapi nomer massanya berbeda. Contohnya 6C 13 dengan 6 C 14 Isoton, yaitu atom yang mempunyai nomer massa berbeda tetapi mempunyai jumlah neutron yang sama. Contohnya 6C 13 dengan 7 N 14 Isobar, yaitu atom-atom yang mempunyai nomer massa yang sama tetapi nomer atomnya berbeda. Contohnya 6C 14 dengan 7 N 14 Isotop-Isotop, yaitu unsur-unsur yang memiliki sifat-sifat kimia sama tetapi sifat-sifat fisika berbeda. 2.2 Stabilitas Inti Seperti yang telah diketahui, isotop merupakan unsur-unsur yang memiliki sifat-sifat kimia sama tetapi sifat-sifat fisika berbeda. Isotop tersebut ada yang stabil dan juga tidak stabil. Isotop yang tidak stabil disebut dengan radio isotop,

5 yakni isotop yang radioaktifnya selalu memancarkan sinar-sinar radioaktif dari dalam intinya. Posisi inti atom yang stabil sudah dipetakan dengan sistem koordinat jumlah proton (sumbu X) dan jumlah neutron (sumbu Y) sebagaimana kurva kestabilan pada gambar berikut. Titik-titik hitam pada kurva tersebut di atas menunjukkan koordinat (jumlah proton dan jumlah neutron) inti atom yang stabil. Terlihat bahwa pada jumlah proton tertentu terdapat beberapa titik hitam dengan jumlah neutron yang berbeda, berarti terdapat kemungkinan bahwa sebuah unsur memiliki beberapa isotop yang stabil. Kurva kestabilan di atas dijabarkan lebih rinci pada suatu tabel yang disebut sebagai tabel nuklida. Jenis-jenis inti atom (nuklida), baik yang stabil maupun yang tidak stabil, dapat dilihat pada tabel nuklida (nuclide chart). Inti atom yang stabil ditandai dengan warna hitam sedangkan warna lain menunjukkan inti atom (nuklida) yang tidak stabil. 2.3 Reaksi Inti

6 Reaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses tumbukan dua inti atau dua partikel inti yang menghasilkan inti atau partikel inti yang berbeda dari asalnya. Pada dasarnya, tumbukan partikel dapat saja terjadi dengan melibatkan tiga partikel atau lebih, tetapi karena sangat sulit menemui kasus dimana tiga atau lebih partikel yang berada dalam satu tempat dan satu lokasi yang sama, maka propabilitas proses tumbukan seperti itu sangat kecil dan jarang terjadi. Hal-hal yang berkaitan dengan Reaksi Inti, adalah sebagai berikut: Mass Deffect merupakan penyusutan massa inti yang terjadi akibat adanya perubahan massa inti menjadi energi ikat inti. Besarnya defek massa dapat diketahui menggunakan persamaaan berikut: m = (zm p + (A + Z)m n ) m inti Dimana m = Mass Deffect (penyusutan massa) m p = massa proton m n = massa neutron m inti = massa inti Energi Ikat Inti merupakan energi yang menyebabkan inti proton dan neutron dapat bergabung membentuk inti atom. Besarnya energi ikat atom dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut: E = mc 2 Di m = Mass Deffect (penyusutan massa) E = energi ikat inti c = kecepatan cahaya Dalam suatu reaksi nuklir berlaku hukum kekekalan energi, kekekalan muatan partikel, kekekalan jumlah nukleon dan kekekalan momentum. Mengacu pada

7 persamaan reaksi nuklir di atas, kekekalan energi, muatan partikel, nukleon dan momentum dapat dijelaskan dengan penjabaran persamaan berikut ini. Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa energi sebelum dan sesudah reaksi nuklir terjadi adalah kekal atau tetap. Hukum Kekekalan Muatan Partikel menyatakan bahwa jumlah muatan partikel dari partikel-partikel inti sebelum dan sesudah reaksi nukir berlangsung adalah kekal atau tetap. Kekekalan Nukleon menyatakan bahwa jumlah nukleon (sub partikel dalam inti atom yang jumlahnya ditunjukkan dengan nomor massa) dari partikelpartikel inti sebelum dan sesudah reaksi sama. Nukleon atau sub partikel dalam inti atom terdiri dari proton dan neutron. Hukum Kekekalan Momentum bahwa jumlah vektor momentum dari partikel-partikel inti sebelum dan sesudah reaksi nuklir berlangsung adalah kekal atau tetap. Reaksi inti atau reaksi nuklir sangat berbeda dengan reaksi kimia. Reaksi kimia tidak mengubah struktur dan susunan inti atom, sedangkan reaksi nuklir terkait dengan perubahan struktur inti atom. Beragam reaksi nuklir telah berhasil diamati oleh para ilmuwan, tetapi secara umum dapat digolongkan menjadi empat tipe saja yaitu, reaksi fisi, reaksi fusi, peluruhan radioaktif dan transmutasi inti (atau transmutasi nuklir). 3. Radioaktivitas setiap inti atom yang tidak stabil (radioisotop atau inti radioaktif) akan meluruh atau berubah menjadi inti atom lain yang lebih stabil dengan memancarkan radiasi. Laju peluruhan tersebut ternyata tidak sama antara satu inti atom dengan inti atom yang lain. Radioaktivitas atau aktivitas peluruhan radiasi didefinisikan sebagai jumlah peluruhan per detik. Aktivitas radiasi ( A ) suatu sumber atau zat radioaktif

8 ditentukan oleh jumlah inti radioaktif yang dikandungnya ( N ) dan konstanta peluruhan dari inti radioaktif tersebut (λ). A = N t = λn Konstanta peluruhan (λ) bersifat unik yang berarti bahwa nilai λ dari suatu inti radioaktif akan berbeda dengan inti radioaktif yang lain. Satuan λ adalah per detik (detik 1) sedangkan satuan aktivitas adalah Becquerel (Bq) atau Currie (Ci) dengan nilai sebagai berikut. 1 Bq = 1 peluruhan per detik 1 Ci = 3,7 x 10^10 peluruhan per detik Referensi : Alatas, Zubaidah dkk. Buku Pintar Nuklir. Penerbit Batan.* Jamal, Abdul Tamrin B.A Pintar Fisika. Jawa Timur. Gita Media Press Tim Inspirasi Guru Password Rahasia Cerdas Membedak Kisi-Kisi UN untuk Fisika SMA/MA Demak. Masmedia *Untuk buku pintar Nuklir dapat di unduh pada bagian bawah post ini.

9 *** Terimakasih telah mengunduh dan membaca Rangkuman Fisika Nuklir tentang tom, Inti, dan Radioaktif. Saya menyadari bahwa rangkuman diatas belum sepenuhnya lengkap dan sesuai dengan standar kompetensi yang di capai sebagai bahan belajar mata kuliah yang mencakup tentang Atom, Inti,dan Radioaktif oleh karena itu sangat di sarankan untuk membaca dan memahami bukubuku text book yang berkaitan dengan materi. Semoga Bermanfaat ***