RADIOKIMIA Pendahuluan Struktur Inti

Transkripsi

1 LABORATORIUM KIMIA FISIK Departemen Kimia Fakultas MIPA Universitas Gadjah Mada (UGM) RADIOKIMIA Pendahuluan Struktur Inti Drs. Iqmal Tahir, M.Si., Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Sekip Utara, Yogyakarta, Tel : ; Fax : iqmal@ugm.ac.id atau iqmal.tahir@yahoo.com Website : RUANG LINGKUP Konsep Radiokimia 2 1

2 STRUKTUR ATOM Struktur atom yang dikenal pada kimia : Bagian pada atom terdiri dari sub partikel atom berupa : subpartikel bermuatan positif (+) protons, subpartikel tidak bermuatan neutron subpartikel bermuatan negative electron Pada radiokimia subpartikel tidak hanya 3 jenis tersebut. 3 STRUKTUR ATOM Perkembangan model atom : Teori atom Dalton Model atom Rutherford 4 2

3 INTI ATOM Inti atom merupakan contributor massa atom sampai 99,9 %. Proton dan neutron saling tergabung membentuk inti atom. Inti atom menentukan identitas unsur dan nomor massa yang dimiliki suatu nuklida. Secara umum proton dan neutron dikatakan memiliki massa yang relatif sama, hanya proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan. 5 STRUKTUR ATOM : Proton Proton adalah sub partikel atom yang bermuatan positif dan dijumpai pada inti atom. Setiap unsur memiliki nomor atom tertentu yang ditentukan dari jumlah proton yang dimilikinya. Jumlah proton tidak pernah berubah untuk suatu unsur yang diberikan. Sebagai contoh oksigen akan selalu memiliki nomor atom 8 yang berarti selalu memiliki 8 buah proton. STRUKTUR ATOM : Neutron Neutron adalah sub partikel lain yang dijumpai dalam inti. Berbeda dengan proton dan electron, maka sub partikel ini tidak bermuatan. Untuk atom yang netral maka akan selalu memiliki kesamaan jumlah neutron dan proton n proton = n neutron Proton dan neutron sebagai partikel penyusun inti sering disebut sebagai nukleon. 6 3

4 STRUKTUR ATOM : Elektron Elektron adalah sub partikel atom yang bermuatan negatif dan mengorbit di sekeliling inti. Posisi elektron eksis pada lintasan-lintasan tertentu di sekeliling inti. Setiap lintasan akan merepresentasikan energy ikat tertentu yang menjaga elektron pada posisinya tersebut terhadap inti. Lintasan ini dinyatakan dalam huruf-huruf K, L, M, N..) dengan K adalah lintasan yang paling dekat terhadap inti. Sharing atau pertukaran elektron di antara atom-atom akan menghasilkan ikatan kimia yang akan menghasilkan suatu molekul atau senyawa baru. 7 STRUKTUR ATOM : Rekapitulasi Particle Symbol Mass (kg) Energy (MeV) Charge Proton p 1.672E Neutron n 1.675E Electron e 0.911E

5 SATUAN MASSA ATOM 9 SATUAN MASSA ATOM Massa atom dari proton dan neutron dapat ditentukan : Proton = x grams = amu Neutron = x grams = amu Jadi neutron sedikit lebih berat dari pada proton. Jadi elektron jauh lebih kecil daripada proton atau neutron, sekitar 2000 kali lebih kecil (tepatnya 1837 kali). Massa atom elektron sekitar : Elektron = x grams = amu 10 5

6 STRUKTUR ATOM DAN INTI Nuklida = adalah bentuk tipe inti secara umum yang dicirikan dengan ukuran nomor atom dan nomor massa. Jumlah inti digambarkan sebagai nomor massa yang menunjukkan jumlah inti (proton dan neutron) di dalam suatu nuklida. Penulisan lambang nuklida 11 UNSUR KIMIA 10 unsur yang paling banyak dijumpai di muka bumi : Unsur Simbol Proton Relative % of Earth s Mass Oxygen O Silicon Si Aluminum Al Iron Fe Calcium Ca Sodium Na Potassium K Magnesium Mg Titanium Ti Hydrogen H

7 UNSUR KIMIA Seluruh unsur terangkum pada tabel periodik unsur 13 UNSUR KIMIA Contoh Zirkonium 14 7

8 ISOTOP ATAU NUKLIDA Model nuklida hidrogen : Gambaran inti atom hidrogen dengan variasi nomor massa berupa tiga macam nuklida. Perhatikan nomor atom selalu sama yang ditentukan dari jumlah proton yang sama Model nuklida karbon: 15 ISOTOP ATAU NUKLIDA Suatu unsur bisa memiliki lebih dari satu macam isotop: Jumlah proton dan elektron di dalam atom selalu sama, namun jumlah neutron bervariasi. 16 8

9 Penggolongan Nuklida Berdasarkan kesamaan dalam nilai A, Z, dan N, nuklida-nuklida digolongkan menjadi 4 tipe. 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 Isoton kelompok nuklida dengan N sama Contoh: 1 H 3, 2 He 4 Isomer inti nuklida dengan A dan Z sama tetapi berbeda dalam tingkat energinya Contoh: Co 60m, Co 60 5 Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan proses pembentukannya di alam Nuklida stabil secara alamiah tidak mengalami perubahan A maupun Z, misal: 1 H 1, 6 C 12, 7 N 14 Radionuklida alam primer radionuklida yang terbentuk secara alamiah dan bersifat radioaktif. Disebut primer karena waktu paruh panjang sehingga masih bisa ditemukan sampai sekarang. Contoh: 92 U 238 dengan waktu paruh=4,5x10 9 th Radionuklida alam sekunder radiaktif dan dapat ditemukan dialam. Waktu paruh pendek, tidak dapat ditemukan di alam, tetapi dapat dibentuk secara kontinu oleh radionuklida alam primer, misal 90 Th 234 dengan waktu paruh 24 hari. Radionuklida alam terinduksi Misal 6 C 14 yang dibentuk karena interaksi sinar kosmik dan nuklida 7 N 14 di atmosfir. Radionuklida buatan merupakan radionuklida yang terbentuk tidak secara alamiah, tetapi hasil sintesis. 9

10 ISOTOP DI ALAM Isotop yang ada di alam tidak stabil dengan kebanyakan memiliki neutron yang lebih banyak dibandingkan jumlah protonnya. equal number of protons and neutrons Nuklida tidak stabil inilah yang disebut sebagai isotop radioaktif. Isotop yang stabil merupakan nuklida non radioaktif yang tidak mengalami peluruhan. 19 ISOTOP RADIOAKTIF Isotop radioaktif adalah isotop dari suatu unsur tertentu yang tidak stabil dan secara spontan akan terus menerus melepaskan suatu subpartikel dan energy dari perubahan di dalam inti atomnya. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Henry Beckeerel tahun 1896 yang secara tidak sengaja mengamati bahwa garam uranium yang tertutup dapat menyebabkan gambaran kabur pada film fotografi,. Hal ini kemudian dikaji lebih lanjut oleh Marie dan Pierre Curie

11 CONTOH RADIOISOTOP YANG BANYAK DIJUMPAI SAAT INI Radioisotop yang banyak dikenal adalah 235 U dan 238 U 60 Co, 137 Cs, 90 Sr dijumpai di pembangkit tenaga listrik 192 Ir digunakan untuk radiography 99 Tc digunakan untuk pengobatan nuklir 131 I digunakan untuk terapi penyakit thyroid 21 STABILITAS NUKLIDA Untuk nuklida stabil yang paling berat memiliki jumlah neutron 1,5 kali jumlah protonnya. Jumlah kelebihan neutron ini mneghasilkan kecenderungan muatan positif dari proton akan saling mengikat lebih kuat dan menjaga formasi inti. Sub partikel dalam inti saling terikat oleh suatu gaya yang sering disebut sebagai gaya inti. Gaya inti merupakan gaya yang berada pada kisaran panjang gelombang sangat pendek. Gaya ini bekerja hanya pada jarak maksimum sekitar dua diameter proton

12 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 oleh hukum genap-ganjil Energi pengikat inti pernukleon. 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 membentuk sudut 45 o dengan sumbu N dan Z (n/p=1). Suatu inti dikatakan bersifat radioaktif karena ia mengalami peluruhan spontan disertai pemancaran radiasi. 12

13 STABILITAS NUKLIDA Inti yang berada di bawah garis kestabilan merupakan nuklir yang tidak stabil dan merupakan isotop radioaktif atau radionuklida. Hanya ada sedikit radionuklida yang berada di bawah garis kestabilan dengan ciri laju peluruhan yang lambat dan hal ini kadang dianggap sebagai isotop yang stabil. Radioisotop akan mengalami perubahan inti melalui proses radioaktivitas berupa tranformasi inti atau peluruhan inti. Pada proses ini inti akan mengemisikan partikel-partikel untuk mencapai keadaan tertentu yang lebih stabil pada nilai rasio neutron (N) dan protonnya (P) atau rasio N/P. Perubahan rasio N/P ini akan mengakibatkan radionuklida berubah mendekatan garis kestabilan. 25 STABILITAS NUKLIDA Dari 275 isotop stabil yang telah dikenal maka dapat dikelompokkan sebagai berikut : Inti genap-genap, yaitu inti isotop dengan jumlah proton genap dan jumlan neutron genap 166 jenis isotop. Inti genap-ganjil, yaitu inti isotop dengan jumlah proton genap dan jumlan neutron ganjil 55 jenis isotop. Inti ganjil, yaitu inti isotop dengan jumlah proton ganjildan jumlan neutron genap 50 jenis isotop. Inti ganjil-ganjil, yaitu inti isotop dengan jumlah proton ganjil dan jumlan neutron ganjil 4 jenis isotop. Jenis nuklida Jumlah nuklida stabil Z genap, N genap 165 Z genap, N ganjil 55 Z ganjil, N genap 50 Z ganjil, N ganjil

14 STABILITAS NUKLIDA Faktor yang mempengaruhi stabilitas nuklida: Proton-proton dan neutron-neutron yang saling berpasangan berpotensi menghasilkan kestabilan yang lebih baik daripada yang tidak berpasangan Komposisi jumlah neutron dan proton. Pada inti dengan Z > 20 maka inti yang stabil haruslah N > Z sehingga dihasilkan gaya Tarik antar massa partikel inti untuk mengatasi gaya Coulomb dari proton. Kapabilitas maksimal yang dimiliki oleh sebuah nukleon untuk berinteraksi dengan sejumlah nukelon lain di sekitarnya Stabilitas nuklida dipengaruhi oleh ukuran tingkat kestabilan inti ( lihat slide energetika)