1. I. Model Atom Bohr dan Konsep Orbital
II. Radioaktivitas sebagai Fenomena Alam
Inti Atom dan Makna
Praktisnya bagi
Kesejahteraan
BAB
II
Departemen Kimia FMIPA
Institut Pertanian Bogor

2. I. Model Atom Bohr &
Konsep Orbital
 Niels Bohr menyatakan bahwa elektron bergerak
mengelilingi inti (mengorbit) pada lintasan yang memiliki
tingkat energi yang tetap
 Elektron hanya ditemukan pada tingkat energi tertentu
(kulit)
 Energi dari satu elektron terkuantisasi

3. Model Planetarium dari Atom
Energi yang
terkuantisasi dapat
dianalogikan dengan
rak buku yang terdiri
dari beberapa ambalan:
“buku dapat berada
pada satu ambalan
maupun pada ambalan
lain, namun buku
tersebut tidak dapat
berada di antara
ambalan”
elektron
inti

4. Bukti Energi Terkuantisasi
 Bohr menyadari bahwa tiap unsur dapat menghasilkan
beberapa cahaya dengan energi (frekuensi) berbeda
 Ketika tegangan listrik dialirkan pada gas dalam tabung
tertutup, terlihat deret garis dengan warna tertentu.
 Garis ini adalah spektrum
emisi. Untuk gas hidrogen
terdapat tiga garis 434 nm,
486 nm, dan 656 nm.

5. Energi foton
diserap.
Energi
potensial
elektron
bertambah,
elektron
bergerak
menjauhi inti
Energi
potensial
rendah
Energi
potensial
tinggi
inti inti
Elektron
kehilangan
energi
potensial,
elektron
bergerak
mendekati
inti. Energi
foton
dilepaskan.
elektron
Spektrum Garis Emisi

7. Kulit dan Subkulit
 Belakangan diketahui bahwa elektron menempati orbital atom
atau awan probabilitas di antara kulit (tingkat energi tertentu)
 Orbital-orbital (subkulit) tersebut diberi simbol s, p, d, dan f
(sharp, principal, diffuse, dan fine).
Orbital
s
Awan probabilitas Orbital atom

8. Posisi Elektron dalam Orbital
 Orbital adalah daerah dalam ruang dengan kemungkinan besar
elektron dapat ditemukan
 Analogi untuk elektron pada orbital p adalah seperti lalat yang
terperangkap di dalam dua botol yang ujungnya bertemu

9. Kulit dan Orbital
 Kulit pertama mempunyai 1 orbital: 1s
 Kulit kedua mempunyai 2 jenis orbital: 2s dan 2p
 Kulit ketiga mempunyai 3 jenis orbital: 3s, 3p, and 3d

10. Pengisian Orbital oleh Elektron
 Jumlah maksimum elektron yang mengisi orbital
tergantung pada jenis orbital:
 Orbital s diisi maksimum 2 electron
 Orbital p diisi maksimum 6 electron
 Orbital d diisi maksimum 10 electron
 Orbital f diisi maksimum 14 electron

12. Inti Atom
 Inti atom bermuatan positif dengan jumlah
yang sama dengan muatan negatif dari
elektron. Muatan listrik satu elektron adalah
-1.60 x 10-19
Coulomb, sementara muatan listrik
satu proton adalah +1.60 x 10-19
Coulomb.
 Muatan positif tersebut dikenal sebagai proton
 Proton 2000 kali lebih besar dari elektron
 Jumlah proton dalam inti atom sama dengan
jumlah elektron yang mengelilingi inti,
sehingga muatan atom menjadi netral.
Contohnya atom oksigen memiliki 8 elektron
dan 8 proton.

13. Inti Atom
 Unsur-unsur diidentifikasi berdasarkan nomor
atomnya, yaitu jumlah proton yang dimiliki atom
tertentu.
 Pada tabel berkala unsur-unsur disusun berdasarkan
kenaikan nomor atom.
 Contohnya hidrogen dengan jumlah proton satu, memiliki
nomor atom 1.
 Helium, memiliki muatan dua kali lebih besar dari
hidrogen, namun massanya empat kali lebih besar.

14. Inti Atom
 Adanya penambahan massa diakibatkan oleh neutron yang
memiliki massa hampir sama dengan proton, namun tidak
bermuatan.
 Tidak ada jumlah tetap untuk neutron dalam inti.

15. Inti Atom
 Tidak ada jumlah tetap untuk neutron dalam inti.
 Contohnya besi dengan nomor atom 26, umumnya memiliki
jumlah neutron 30. Namun sejumlah kecil besi memiliki jumlah
neutron 29.
 Atom-atom dari unsur yang sama namun memiliki jumlah neutron
berbeda disebut sebagai isotop.
Nukleon terdiri atas
proton dan neutron

16. II. Radioaktivitas sebagai
Fenomena Alam
Tiga bentuk
utama radiasi:
partikel α,
partikel β, dan
sinar γ
Istilah Radioaktivitas digunakan untuk menjelaskan
kecenderungan suatu unsur untuk melepaskan radiasi
sebagai akibat dari perubahan yang terjadi pada inti atom

17. Pada inti atom berukuran kecil,
nukleon saling berdekatan,
gaya tarik-menarik kuat ⇒
stabil
Pada inti atom yang besar,
nukleon cukup berjauhan, gaya
tarik-menarik lemah ⇒ tidak
stabil
Nukleon
berdekatan
Nukleon berjauhan
Neutron dekat proton
stabil, neutron
menyendiri tidak stabil
dan meluruh membentuk
proton dengan
melepaskan elektron

18. Peningkatan jumlah proton melabilkan inti atom. Inti
atom akan melepaskan fragmen tertentu, seperti
partikel alfa

19. Unsur radioaktif dapat diubah menjadi unsur lain

20. Radioaktivitas terjadi
secara alami di alam
Energi yang dilepaskan oleh unsur
radiaktif di permukaan bumi
memanaskan air yang terpancar
dalam bentuk geyser dan sumber air
panas lainnya.
Energi radioaktivitas juga
menjadi “bahan bakar” gunung
berapi

21. Bahaya radiasi dinyatakan dalam REM, dosis radiasi yang
mematikan dimulai dari 500 REM (persentase kematian sebesar 50
% bila terpapar dalam waktu singkat)
Radiasi yang dihasilkan oleh aktvitivas radioaktif dapat
membahayakan mahluk hidup

22. Pada terapi radiasi, seorang pasien dapat menerima dosis
sebesar 200 REM setiap hari dalam waktu satu minggu
Biasanya radiasi yang diterima melalui sumber alami maupun
pengobatan kurang dari 1 REM (sering dinyatakan dalam milirem;
1/1000 REM)

23.  Diagnosa sinar X memiliki dosis 5 sampai
30 milirem
 Tubuh manusia merupakan sumber alami
radiasi
 Terdapat 20 Kg kalium dalam tubuh
manusia, 20 miligramnya merupakan
radioaktif isotop kalium-40 yang
melepaskan sinar beta
 Sebanyak 60000 atom kalium-40
melepaskan sinyal radioaktif tiap satu kali
detak jantung
 Namun, sumber utama radiasi alami
adalah radon-222 (terdapat dalam rokok).

24. Isotop radioaktif digunakan untuk pelacak, agar
aktivitas radioaktifnya dapat ditelusuri
Pupuk dengan isotop
radiaoaktif diberikan pada
akar tanaman
Radioaktivitas terdeteksi pada
daun

25. • Isotop radioaktif juga digunakan
sebagai pencitraan medis, untuk
mendeteksi kelainan pada tubuh
Kelenjar tiroid,
menyerap isotop
radioaktif iodin-131
Isotop Kegunaan
Kalsium-47 Mempelajari pembentukan tulang
pada mamalia
Kalifornium-
252
Menginspeksi peledak dalam tas
penumpang pesawat
Hidrogen-3 Untuk ilmu pengetahuan dan
mempelajari metabolisme obat
untuk memastikan keamanan obat
Iodin-131 Diagnosa dan pengobatan keenjar
tiroid
Iridium-192 Tes kebocoran pipa
Talium-201 Kardiologi dan deteksi tumor
Senon-133 Mempelajari ventilasi paru-paru
dan aliran darah

26. Penanggalan isotopik untuk
menduga umur bahan
 Sinar kosmik menyebabkan perubahan pada unsur-unsur di
lapisan atas atmosfer menghasilkan proton dan neutron
 Proton dihentikan oleh tumbukan dengan unsur lain di lapisan
atas atmosfer
 Neutron, tak bermuatan dan tidak berinteraksi dengan materi,
akan bertumbukan dengan inti atom di lapisan bawah
atmosfer.

27.  Isotop karbon-14 bersifat radioaktif, kelimpahan
1/1000000 dari total karbon di atmosfer.
 Karbon-12 dan karbon-14 memiliki sifat kimia sama,
keduanya membentuk CO2

28.  Tanaman menyerap karbon-
14⇒dimakan oleh hewan dan mahluk
hidup lain⇒ semuanya memiliki
karbon-14
 Karbon-14 memiliki waktu paruh 5730
tahun (dalam 5730 tahun, setengah
karbon-14 akan meluruh, sisanya akan
meluruh 5730 tahun kemudian)
 Aktivitas radioaktif dari fosil digunakan
untuk menentukan umur fosil tersebut
⇒ disebut penanggalan karbon-14
William F. Libby
mengembangkan penanggalan
karbon-14

29. Penanggalan karbon-
14 dapat menduga
umur fosil sampai
dengan 50000 tahun
ke belakang 22920 tahun lalu 17190 tahun lalu
11460 tahun lalu 5730 tahun lalu sekarang

30. Fisi dan fusi nuklir
 Fisi nuklir adalah pembelahan inti atom (ditemukan oleh Otto
Hahn dan Fritz Strassmann tahun 1938)
 Pada inti terdapat dua gaya: gaya tarik-menarik yang kuat antar
nukleon (biasanya paling dominan), dan gaya tolak-menolak listrik
antar proton

31.  Energi (kinetik) yang dilepaskan dari reaksi fisi satu inti
uranium-235 setara dengan tujuh kali energi yang dilepaskan
oleh ledakan satu molekul TNT

32. • Neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi uranium-235
dapat memicu reaksi fisi berikutnya ⇒ reaksi berantai
Reaksi fisi hanya terjadi pada uranium-235 (0.7 % dari total bijih
uranium) yang radioaktif. Bila neutron diserap oleh uranium-238
yang tidak radioaktif atau oleh unsur lainnya, maka reaksi
berantai akan berhenti.

33. • Unsur radioaktif memiliki massa kritis. Massa radioaktif > massa
kritis = ledakan
– Pengaruh geometri, nisbah luas permukaan terhadap massa lebih
besar pada unsur radioaktif yang dipotong kecil-kecil dibandingkan
dalam bentuk bongkah besar
– Contoh, bila dua potong kecil uranium-235 yang massanya lebih kecil
dari massa kritis (disebut subkritis) digabung, menghasilkan nisbah
luas permukaan terhadap massa lebih kecil ⇒ menimbulkan ledakan,
contohnya bom fisi nuklir Hiroshima, Jepang 1945.
Peledak digunakan untuk mendorong bongkah subkritis
memasuki selongsong agar kedua subkritis bertumbukan Radioaktif sumber neutron
Bongkah subkritis uranium

34.  Reaktor fisi nuklir mengubah energi nuklir (inti) menjadi energi
listrik
 Bahan bakar: uranium-238 ditambah 3% uranium-235 (komposisi
yang tidak menimbulkan ledakan)

35.  Fisi nuklir memiliki beberapa kelemahan:
 Menghasilkan limbah radioaktif
 Penggunaan sumber uranium-235 yang besar,
sementara kelimpahannya sedikit
 Massa radioaktif tidak boleh melebihi massa kritis

36. • Fusi nuklir, yaitu penggabungan inti-inti atom.
Dapat mengatasi kelemahan fisi nuklir
– Energi dihasilkan saat atom-atom kecil bergabung
(fusi)
Massa
yang hilang
diubah
menjadi
energi

37. • Agar reaksi fusi terjadi, inti harus bergerak dengan
kecepatan tinggi saat tumbukan terjadi untuk mengatasi
gaya tolakan listriknya.
• Kecepatan tinggi = suhu tinggi (= suhu pada inti matahari)
• Fusi termonuklir, adalah reaksi fusi yang berlangsung
pada suhu tinggi
• Suhu saat bom atom meledak = 4-5 kali suhu matahari ⇒
bom termonuklir dikembangkan ⇒ bom hidrogen (hasil
reaksi fusi) diledakkan tahun 1952
• Reaksi fusi tidak tergantung pada massa kritis

38. • Untuk mengatasi kelemahan reaksi fusi yang
membutuhkan energi tinggi (dapat melelehkan
wadah reaksi) dengan menggunakan sinar laser
Pelet isotop hidrogen
Fusi dengan sinar laser.
Pelet hidrogen
dijatuhkan secara
berkala ke dalam alat
yang dilengkapi
beberapa sinar laser
yang disusun bersilang

39. Ruang pelet di Laboratorium Lawrence Livermore menggunakan
sepuluh sinar laser. Sumber laser: Nova (sumber sinar laser paling
kuat di dunia)
Sinar laser yang disusun sedemikian rupa dapat melelehkan materi
yang 20 kali lebih berat dari timbal, Pb. Energi yang dihasilkan
ratusan kali lebih besar dari energi total kesepuluh sinar laser yang
digunakan