1. UNSUR RADIOAKTIF
PERTEMUAN 2
Unsur Radioaktif adalah unsur yang dapat
memancarkan radiasi secara spontan.
Radiasi adalah sejenis sinar tetapi memiliki energi
yang besar dan daya tembus yang tinggi.
Radiasi yang dipancarkan zat radioaktif terdiri dari 3
jenis partikel:
• Sinar alfa 24
•Sinar beta -1 0
• Sinar gama 0 0
+
2. Sifat-Sifat partikel-α, partikel-ß, dan partikel-γ
a) Sinar alfa ( α )
Sinar alfa merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif.
Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4, bermuatan +2e dan
bermassa 4 sma. Partikel alfa adalah partikel terberat yang
dihasilkan oleh zat radioaktif. Karena memiliki massa yang besar,
daya tembus sinar alfa paling lemah diantara diantara sinar-sinar
radioaktif.
b) Sinar beta ( ß )
Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Sinar
beta merupakan berkas elektron yang berasal dari inti atom. Sinar
beta paling energetik dapat menempuh sampai 300 cm dalam
uadara kering dan dapat menembus kulit. Karena sangat kecil,
partikel beta dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan
dengan notasi .
c) Sinar gamma (γ )
Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetek berenergi tinggi,
tidak bermuatan dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan
dengan notasi . Sinar gamma mempunyai daya tembus.
3. NOTASI DAN SIMBOL PARTIKEL INTI
Partikel Simbol Notasi Muatan
Proton p atau H 1p1 atau 1H1 +1
Netron n 0n1 0
Elektron/
Sinar beta
e atau -1e0 atau -10 -1
Sinar alfa atau He 24 atau 2He4 +2
Sinar gama 00 0
4. Konsep Radioaktivitas
1. Inti Atom>>
Proton (Rutherford 1919)
Neutron (James Chadwick, 1932)
:>>> Aktivitas radiasi/radioaktivitas merupakan aktivitas
proton dan neutron
:>>> ∑ Proton = ∑ Neutron>>> Inti Stabil
∑ Proton > ∑ Neutron >>> Inti tidak stabil
:>>> Inti atom yang tidak stabil akan melakukan aktivitas
radiasi (melakukan peluruhan) sampai mencapai
keadaan stabil
5. 2. Gaya Inti;
:>>> Partikel dasar pembangun inti atom adalah :
Proton + Neutron. Hal ini sesuai dengan Hipotesis Proton-
Neutron
Gaya pada inti atom:
1. Gaya elektrostatis; secara elektrostatis proton-proton
dalam inti atom akan saling tolak dengan gaya coulomb
(gaya elektrostatis), yang akan semakin besar jika
jarak dua buah proton makin dekat
fakta> proton-proton bersatu dalam inti atom pada jarak
yang sangat dekat, dimana secara elektrostatis proton-
proton tidak mungkin bersatu
6. 2. Gaya gravitasi; sangat kecil karena
massa partikelnya sangat kecil (bukan
faktor dominan dalam mengikat partikel
inti)
3. Gaya Inti
Ilmuwan mengajukan adanya gaya inti
7. Bagaimana Radioaktif Terjadi
• Konsep>>>
• Di dalam inti atom terdapat 3 gaya yang penting; gaya
elektrostatis, gaya gravitasi dan gaya inti
• Inti Atom = keadaan stabil vs keadaan tidak stabil
• Keadaan tersebut ditentukan oleh komposisi penyusun
Inti
Keadaan Stabil; ∑ Proton sedikit/sama banyak dengan
∑ Neutron ; Gaya Inti lebih > daripada Gaya Elektrostatis
Keadaan Tidak Stabil; ∑ Proton > ∑ Neutron ; Gaya Inti
< daripada Gaya Elektrostatis
MENGAPA hal ini bisa terjadi???
continue……
8. Gambar : Gaya Inti terjadi pada
partikel yang saling berdekatan saja
Gambar :Gaya elektroststis
terjadi pada partikel yang
berdekatan dan berjauhan
Suatu zat (unsur) akan menjadi radioaktif jika memimilik inti atom
yang tidak stabil. Suatu inti atom berada dalam keadaan tidak stabil
jika jumlah proton jauh lebih besar dari jumlah netron. Pada
keadaan inilah gaya elektrostatis jauh lebih besar dari gaya inti
sehingga ikatan atom-atom menjadi lemah dan inti berada dalam
keadaan tidak stabil.
9. Nuklida dan
Penggolongannya
• Nuklida Sebuah nuklida adalah satu jenis tertentu nukleus atom,
atau lebih umum sebuah aglomerasi proton dan neutron
• Contoh: 6C12, 7N14, 6O18
• Rumus umum: dengan,
– Z = nomor atom = ∑ proton dalam nuklida X
– A = nomor massa = ∑ proton + ∑ Neutron dalam nuklida X
– N = ∑ neutron dalam inti = A-Z
• Berdasarkan kesamaan dalam nilai A, Z, dan N, nuklida-nuklida
digolongkan menjadi 4 tipe.
A
N
Z X
10. Penggolongan Nuklida
• Isotop kelompok nuklida dengan Z sama
– Contoh: 82Pb204, 82Pb206, 82Pb207,82Pb208
• Isobar kelompok nuklida dengan A sama
– Contoh: 6C14, 7N14, 8O14
• Isoton kelompok nuklida dengan N sama
– Contoh: 1H3, 2He4
• Isomer inti nuklida dengan A dan Z sama
tetapi berbeda dalam tingkat energinya
– Contoh: Co60, Co60
11. 5 Kelompok nuklida berdasar kestabilan dan
proses pembentukannya di alam
• Nuklida stabil secara alamiah tidak mengalami
perubahan A maupun Z, misal: 1H1, 6C12, 7N14
• Radionuklida alam primer radionuklida yang
terbentuk secara alamiah dan bersifat radioaktif.
Disebut primer karena waktu paruh panjang
sehingga masih bisa ditemukan sampai sekarang.
Contoh: 92U238 dengan waktu paruh=4,5x109 th
• Radionuklida alam sekunder radiaktif dan
waktu paruh pendek, tidak dapat ditemukan di
alam, tetapi dapat dibentuk secara kontinu oleh
radionuklida alam primer, misal 90Th234 dengan
waktu paruh 24 hari.
12. • Radionuklida alam terinduksi Misal
6C14 yang dibentuk karena interaksi sinar
kosmik dan nuklida 7N14 di atmosfir.
• Radionuklida buatan merupakan
radionuklida yang terbentuk tidak secara
alamiah, tetapi hasil sintesis.
13. KESETABILAN INTI
Mengapa atom bersifat radioaktif ?
Atom bersifat radioaktif karena intinya tidak
stabil, sehingga mudah meluruh/pecah yang
disertai pemancaran radiasi.
Proton (+)
Netron (o)
Mengapa proton
sebagai penyusun
inti tidak saling tolak
menolak/ dapat
menyatu ?
14. Ada 3 Pendekatan tentang kesetabilan inti Atom
1.Pita kesetabilan.
Diidentifikasi perbandingan n/p isotop-isotop yang
terdapat di alam.
Contoh
Isotop 6C12 memiliki n=6 dan p= 6 maka n/p = 1
Isotop 11Na23 memiliki n= 12 dan p=11 maka
n/p=12/11 = 1,09.
Isotop 20Ca40 mempunyai n=20 dan p=20 maka n/p=1
Dari perhitungan diatas maka diperoleh diagram
berikut yang disebut diagram pita kesetabilan.
15. n/p isotop stabil
82
Catatan:
1. Isotop yang stabil
adalah isotop yang
memiliki n/p berada
pada pita kesetabilan.
2. Isotop dengan No atom
lebih dari 82 semua
radio aktif.
3. Ada 3 kelompok isotop
tidak stabil;
a.Di atas pita kestabilan.
b.Di bawah pita kestabilan
c. Atom berat dengan
No > 82
16. Kestabilan dan Peluruhan Inti Atom
• Kestabilan Inti Atom
Pita kestabilan : Grafik antara banyaknya neutron versus
banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut
pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil.
Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.
1) Di atas pita kestabilan, Z <> Untuk mencapai kestabilan :
inti memancarkan (emisi) neutron atau memancarkan
partikel beta
2) Di atas pita kestabilan dengan Z > 83, terjadi kelebihan
neutron dan proton. Untuk mencapai kestabilan : Inti
memancarkan partikel alfa
3) Di bawah pita kestabilan, Z <> Untuk mencapai
kestabilan : Inti memancarkan positron atau menangkap
elektron
17. Peluruhan inti atom
• Inti stabil = sebagaimana uraian sebelumnya. Inti yang tidak stabil
ini akan berusaha menjadi inti stabil dengan cara melepaskan
partikel bisa berupa proton murni , partikel helium yang
memiliki 2 proton atau partikel lainnya
• Inti atom yang tidak stabil = dinamakan inti radioaktif. Unsur yang
inti atomnya mampu melakukan aktivitas radiasi spontan berupa
pemancaran sinar-sinar radioaktif dinamakan unsur (zat) radioaktif
• Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang
elektromagnetik) secara spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil
menjadi inti-inti yang stabil disebut Radioaktivitas. Inti yang
memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang
terjadi disebut inti anak.
18. JENIS RADIASI YANG
DIPANCARKAN
A. Peluruhan Alpha ( α ) Pertikel alpha terdiri atas dua buah proton
dan dua buah netron yang terikat menjadi suatu atom dengan inti
yang sangat stabil, dengan notasi atom 4
2 He atau 4
2α
Contoh;
dapat ditulis
B. Peluruhan Beta adalah merupakan radiasi partikel beta (elektron
atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari
partikel a. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah
elektron disebut peluruhan beta minus (ß- ), dan pemancaran
positron disebut sebagai peluruhan beta plus (ß+ ).
contoh;
19. C. Peluruhan Gamma ( γ ) merupakan radiasi gelombang
elektromagnetik dengan energi sangat tinggi sehingga
memiliki daya tembus yang sangat kuat. Sinar gamma
dihasilkan oleh transisi energi inti atom dari suatu
keadaan eksitasi ke keadaan dasar. Saat transisi
berlangsung terjadi radiasi energi tinggi (sekitar 4,4
MeV) dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki
nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan sinar-γ tidak
dihasilkan inti atom baru.
Contoh 27Co60m 27Co60 +
20. D. 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.
• Contoh:
98Cr254 42Mp108 + 56Ba142 + 4 0n1
21. E. Pemancaran netron
• Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida
yang memiliki kelebihan netron relatif
terhadap inti yang stabil.
• Contoh:
36Kr87 36Kr86 + 0n1
22. F. Pemancaran netron terlambat
• Proses peluruhan terjadi dengan didahului
oleh pemancaran negatron kemudian
dilanjutkan dengan pemancaran netron.
• Contoh:
35Br87 36Kr87 + -10 36Kr86 + 0n1
35Br87 disebut pemancar netron terlambat
23. Kecenderungan mencapai kestabilan
1. Isotop di atas pita kesetabilan berarti kelebihan n dan
kekurangan p. Maka akan mencapai kesetabilannya
dengan cenderung mengubah n menjadi p
0n1
1p1
-1 0
+ Memancarkan
sinar beta
2. Isotop di bawah pita kesetabilan berarti kelebihan p dan
kekurangan n. Maka akan mencapai kesetabilannya
dengan cenderung mengubah p menjadi n dengan dua
cara:
1p1
0n1
+1 e 0
+ Memancarkan
positron
Cara I
24. Cara II
1p1 + -1e0
0n1
Menangkap elektron dari
kulit K
e
K
L
Memancarkan sinar X
Cara yang kedua ini lebih sering terjadi, sedangkan
cara I jarang sekali terjadi
25. 3. Istop-isotop dengan No. atom lebih dari 82. (inti berat)
Cenderung meluruh dengan memancarkan sinar
alfa () meskipun kadang disertai sinar beta ()
dan gama ()
92U238
90Th234
24
+
90Th234
88Ra23
24
+
27. 2. Energi Bonding
Menurut kajian ini kesetabilan inti atom disebabkan karena
adanya energi bonding pernukleon yang cukup besar.
Menurut konsep ini sebagian massa dari partikel inti
diubah menjadi energi ikat antar nukleon (penyusun inti).
Hal ini dapat dilihat dari selisih massa secara teori dan
massa secara kenyataan, selisih massa tersebut
kemudian diubah menjadi energi dengan konversi Einstein
E = mc2 dan kemudian dibagi jumlah nukleonnya,
sehingga akan diperoleh energi ikatan pernukleon.
28. Nuclear binding energy (BE) is the energy required to break
up a nucleus into its component protons and neutrons.
BE + 19F 91p + 101n
9 1 0
BE = 9 x (p mass) + 10 x (n mass) – 19F mass
E = mc2
BE (amu) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984
BE = 0.1587 amu 1 amu = 1.49 x 10-10 J
BE = 2.37 x 10-11J
binding energy per nucleon =
binding energy
number of nucleons
=
2.37 x 10-11 J
19 nucleons
= 1.25 x 10-12 J
23.2
31. Balancing Nuclear Equations
1. Conserve mass number (A).
The sum of protons plus neutrons in the products must equal
the sum of protons plus neutrons in the reactants.
1n
0
U
235
92 + Cs
138
55 Rb
96
37
1n
0
+ + 2
235 + 1 = 138 + 96 + 2x1
2. Conserve atomic number (Z) or nuclear charge.
The sum of nuclear charges in the products must equal the
sum of nuclear charges in the reactants.
1n
0
U
235
92 + Cs
138
55 Rb
96
37
1n
0
+ + 2
92 + 0 = 55 + 37 + 2x0
23.1
32. WAKTU PARUH ( t½ )
Waktu yang diperlukan untuk meluruhkan
separuh dari jumlah inti suatu isotop.
Waktu paruh bersifat spesifik untuk setiap isotop.
Contoh :
t½ C-14 = 5700 th
t½ Po-214 = 1,6 x 10-4 detik
t½ Bi-210 = 5 hari
t½ Pb-214 = 26,8 menit
Semakin besar (panjang) waktu paruhnya berarti proses
peluruhannya berlangsung lambat (Isotop kurang aktif)
Semakin pendek waktu paruhnya berarti peluruhannya
berlangsung cepat (Isotop sangat aktif)
33. 0
20 40 60 80 100 120
50%
6,25%
12,5%
25%
100 %
1 x Waktu paruh
2 x Waktu paruh
3 x Waktu paruh
4 x Waktu paruh
HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOP
Waktu ( t )
t½ t½ t½ t½
34. HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOP
Periode Waktu
paruh: t / t½
Sisa Isotop
Nt
Rumus
0 100% = 1 bagian (½)0 bagian
1 50% = ½ bagian (½)1 bagian
2 25 % = ¼ bagian (½)2 bagian
3 12,5% = 1/8 bagian (½)3 bagian
4 6,25% = 1/16 bagian (½)4 bagian
- -
n Maka sisa isotop ( Nt ) (½)n bagian
Maka jumlah isotop yang tersisa; Nt = ( ½ )n .No
35. Contoh soal:
1. Suatu isotop setelah disimpan selama 20 hari ternyata
masih tersisa = 1/16 bagian. Tentukanlah waktu paruh
isotop tersebut !
Jawab:
Diketahui : No = 1 bagian
Nt = 1/16 bagian
Nt
No
= ( ½ )n
= ( ½ )4
1/16 = ( ½ )n
Maka n = 4
n =
t
t½
Maka t½ = 20
4
= 5 hari
36. Contoh soal:
2. Suatu isotop setelah disimpan selama 60 hari ternyata
masih tersisa = 12,5 %. Tentukanlah waktu paruh
isotop tersebut !
Jawab:
Diketahui : No = 100%
Nt = 12,5 %
Nt
No
= ( ½ )n
1/8 = ( ½ )3
12,5/100 = ( ½ )n
Maka n = 3
n =
t
t½
Maka t½ = 60
3
= 20 hari
37. PENENTUAN USIA FOSIL
Usia suatu fosil dapat ditentukan berdasarkan aktivitas
isotop C-14 yang terkandung dalam fosil ( sebagai Nt )
dibandingkan dengan aktivitas C-14 yang terkandung
dalam jasad masih hidup ( sebagai No )
Pada mahluk hidup
kadar C-14 yang ada
dalam tubuh adalah
konstan. Hal ini karena
pada mahluk hidup
masih melakukan
aktivitas kehidupannya
Pada mahluk yang
sudah mati kadar C-14
yang ada dalam tubuh
adalah berkurang. Hal
ini karena pada mahluk
mati tidak melakukan
aktivitas kehidupannya
38. Contoh soal:
3. Telah ditemukan fosil manusia purba di Desa Sangiran,
Setelah diidentifikasi aktivitas C-14 nya ternyata memiliki
aktivitas 5,1 dps. Jika pada tulang yang masih hidup
memiliki aktivitas C-14 =15,3 dps dan t ½ C-14 =5700 th.
Tentukan usia fosil manusia purba tersebut.
Jawab:
Diketahui : No = 15,3 dps
Nt = 5,1 dps
Nt
No
= ( ½ )n
⅓ = ( ½ )n
5,1/15,3 = ( ½ )n
log ⅓ = log ( ½ )n
log ⅓ = n log ½ Hitung n ?
39. REAKSI INTI
Transmutasi inti.
Pada transmutasi inti inti atom ditembaki dengan partikel
(proton, netron, alfa atau partikel lain.)
Cyclotron Particle Accelerator
41. Nuclear Fission
Pembelahan Inti
235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy
92 54
38
0 0
Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2
Energy = 3.3 x 10-11J per 235U
= 2.0 x 1013 J per mole 235U
Combustion of 1 ton of coal = 5 x 107 J
42. 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 gram 235U ekivalen
dengan energi yang dihasilkan pada
pembakaran 500 ton batubara.
Awan cendawan pengeboman Nagasaki,
Jepang, 1945, menjulang sampai 18 km di
atas hiposentrum.
43. Reaksi Fusi
• Reaksi penggabungan dua
atau beberapa inti ringan
menjadi satu inti yang lebih
berat.
• Reaksi fusi menghasilkan
energi yang sangat besar.
• Reaksi hanya mungkin
terjadi pada suhu sangat
tinggi, sekitar 100 juta
derajat.
• Pada suhu tersebut tidak
terdapat atom melainkan
plasma dari inti dan
elektron.
Bentuk bom nuklir yang
dijatuhkan di Hiroshima
dan Nagasaki
44. 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 20 ribu ton batubara.
• Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi:
– Energi yang dihasilkan lebih tinggi
– Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi
adalah nuklida-nuklida stabil.
45. Laju peluruhan 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,
t=waktu
46. ………continue
• Jika N0 dan diketahui maka dapat dihitung radionuklida
N pada tiap waktu t.
• Daftar tetapan peluruhan tidak ada, yang ada daftar
waktu paruh nuklida sudah dikenal.
• Jika t = t½, maka N = ½ N0
ln ½ N0/N0 = - t½
t½ = ln 2
t½ = 0,693 t½ = 0,693/
Waktu paruh dari Au-198 adalah 3 hari, tentukan
tetapan peluruhnya?
Jawab ; λ = = 0,231
47. Satuan keradioaktifan dan dosis
radiasi
• Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah
peluruhan (disintegrasi) per satuan waktu.
• Satuan keaktifan suatu zat radioaktif adalah Curie
(Ci), semula didasarkan pada laju disintegrasi 1
gram radium, tetapi sekarang didefinisikan
sebagai 3,7 x 1010 disintegrasi S-1.
• Satuan keaktifan dalam SI adalah becquerel (Bq)
yang didefiniskan sebagai 1 disintegrasi S-1.
1 Bq = 1 disintegrasi/S
• Keaktifan jenis adalah keaktifan per gram cuplikan
zat radioaktif.
48. Satuan keradioaktifan dan dosis
radiasi
• Satu rad adalah jumlah energi radiasi
yang diserap 100 erg per gram bahan.
• Dalam SI satuan dosis adalah Gray (Gy)
yang didefinisikan sebagai 1 JKg-1.
1 Gy = 100 rad.
49. Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan
• Radioaktif Sebagai Perunut
• Bidang kedokteran ; diagnosa
• Bidang industri ; pelumas/oli
• Hidrologi ; kecepatan arus,kebocoran
pipa
• Biologis ; mekanisme fotosintesis
• Radioisotop sebagai sumber Radiasi
• Bidang Kedokteran ; sterilisasi, terapi tumor/kanker
• Pertanian ; teknik jantan mandul,
pemuliaan tanaman, penyimpanan makanan
• Bidang industri ; pemeriksaan tanpa
merusak, mengontrol ketebalan bahan, pengawetan
makanan
50. Contoh soal:
• Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-mula di
simpan beratnya adalah 40 gram, maka setelah
disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak?
• Jawab:
• Nt/N0 = (1/2)T/t1/2
• Nt/40 = (1/2)15/5
• Nt = 1/8 x 40
• Nt = 5 gram
• Jadi berkurang sebanyak 35 gram
51. Contoh soal
• Suatu radioisotop X meluruh sebanyak
87,5% setelah disimpan selama 30 hari.
Waktu paro radioisotop X adalah?
• Jawab;
• Nt = 100-87,5 = 12,5%
• 12,5/100 = (½) 30/x
• 1/8 = (1/2) 30/x
• X = 10
