Materi Fisika Atom dan Radioaktivitas

1. Disusun Oleh:
Anggun Surya D
Ilham Maulana
Imsyiatut Thoyyibah
Oktavianus Diego J.B
Zakiyah Ramadany
MAKALAH FISIKA
INTI ATOM DAN IPTEK NUKLIR

2. PERKEMBANGAN TEORI ATOM
Apa benar bentuk atom itu bulat atau bundar ? Lalu bagimana cara kita mengetahuinya?
Menurut pandangan keilmuan atau pilsafat bahwasanya bentuk yang paling sempurna atau dapat
dikatakan seimbang dalam jagat raya ini yang begitu luas adalah dalam bentuk lingkaran atau
bundar. Dalam hal ini atom pun tidak terkecuali, walau pun atom tidak bisa dilihat tapi gejala yang
ditimbulknya dapat diamati sehingga melalaui berbagi pandangan dan eksperimen maupun
pendapat para ahli mengenai atom menunjukan bahwa atom itu berbentuk lingkaran, dan sampai
sekarang pun masih tetap di anut atau di akui bahwa atom itu bulat, walaupun tidak bisa dilihat.
Dibawah ini dapat diuraikan mengenai atom menurut pandangan para ilmuan dalam berbagi teori
atom (sebuah model untuk mewakali atom yang sebenarnya tidak dapat dilihat), sebagai berikut :
1. Teori John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori
atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan
hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum
reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan
bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum
tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:
Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang
identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.
Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom,
sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru.
Seperti gambar berikut ini:
Kelemahan:
Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik. Dan
tidak menjelaskan materi sub atomik.

3. 2. Teori Atom J. J. Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson
meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan
partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil
percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom
(partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus
ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari
penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan
mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan
bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif
elektron”
Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu
menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada
model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat
digambarkan sebagai berikut:
Kelemahan:
Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif
dalam bola atom tersebut.

4. 3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan
yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah
ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya
tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya
bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola
pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari
pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas
yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang
dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa
akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom
emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari
20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan
diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom
keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model
atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti
atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.
Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat
partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut:
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

5. 4. Teori Atom Bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom
Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil
memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan
Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori
kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen.
Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan
melingkar disekeliling inti.
Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi
dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan
ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang
disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏,
dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang
disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang
terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat
energinya.
Point-point penting lainnya adalah:
1. Ketika sebuah elektron meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya, perbedaan energi dibawa
(atau dipasok) oleh sebuah kuantum tunggal cahaya (disebut sebagai foton) yang memiliki
energi sama dengan perbedaan energi antara kedua orbit.
2. Orbit-orbit yang diperkenankan bergantung pada harga-harga terkuantisasi (diskret)
dari momentum sudut orbital, L menurut persamaan:

6. L = I ∙ 𝜔 = (m r2 )
𝑣
𝑟
=
Kelemahan:
Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.
5. TeoriAtom Modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin
Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika
kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan
kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan
adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital.
Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger
memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas
kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom
mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan
tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan
membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri
dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama
tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

7. Ciri khas model atom mekanika gelombang
Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti
model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk
tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam
suatu atom)
Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang
menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi
bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
Inti Atom
Inti atom tersusun oleh dua jenis partikel. Partikel –partikel ini dinamakan nukleon. Nukleon terdiri
atas neutron dan proton.
Lambang atom
X : Nama usur atom
Z : Nomor atom, menyatakan jumlah proton = jumlah elektron
A : Nomor massa, menyatakan jumlah proton dan netron dalam inti.
Isotop, isobar dan isoton
Isotop, yaitu inti-inti yang memiliki nomor atom sama
Isoton, yaitu inti-inti yang memiliki jumlah netron sama
Isobar, yaitu inti-inti yang memiliki nomor massa sama
Kestabilan Inti Atom
1. Inti ringan : Z < 20
Stabil jika N =P atau N/P = 1
Ex : 8O16
2. Inti sedang : 20 < Z < 83
Stabil jika N = 1,5 P
Ex : 50X125
XA
Z

8. 3. Inti berat : Z > 83
Semua tidak stabil
(Ex : uranium dengan Z = 92) Semua inti tidak stabil ini secara spontan pecah atau
menyusun ulang struktur – struktur internalnya. Peluruhan atau penyusunan ulang struktur –
struktur internal secara spontan ini disebut Radioaktivitas.
DAYA TEMBUS DAN DAYA IONISASI
Salah satu sifat menguntungkan dari sinar radioaktif adalah daya tembusnya yang tinggi. Kekuatan
tembus sinar-sinar radioaktif ini dipengaruhi oleh daya ionisasinya. Daya ionisasi adalah
kemampuan sinar radioaktif menarik elektron dari atom-atom yang dilewatinya. Partikel α
mempunyai daya ionisasi yang kuat karena muatannya positif. Ia lebih mudah menarik elektron
bebas dari atom-atom. Partikel ß memiliki daya ionisasi yang kurang kuat dan partikel γ memiliki
daya ionisai paling lemah. Untuk mengionisasi atom sinar radioaktif akan menggunakan energi
yang dimilikinya, sehingga semakin kuat daya ionisasinya semakin banyak energinya yang hilang.
Hal ini tentu saja berpengaruh pada daya tembusnya. Sinar γ memiliki daya tembus paling kuat ,
kemudian sinar ß dan yang paling lemah adalah sinar α. Di udara terbuka sinar α akan kehilangan
banyak energi karena mengionisasi molekul-molekul udara sehingga hanya memiliki jangkauan
beberapa centimeter saja. Ilustrasi berikut memperlihatkan perbandingan daya tembus sinar-sinar
radioaktif.

9. PELURUHAN
Inti-inti yang tidak stabil akan meluruh (bertransformasi) menuju konfigurasi yang baru yang
mantap (stabil). Dalam proses peluruhan akan terpancar sinar alfa, sinar beta, atau sinar gamma dan
energy peluruhan. Jika inti radioaktif meluruh, akan menjadi inti baru yang beda sifat kimianya.
Unsur radioaktif secara spontan memancarkan radiasi, yang berup partikel atau gelombang
elektromagnet (non partikel). Lihat gambar dibawah ini!
 Pita Kestabilan
 Atom A tidak stabil
Karena kelebihan proton atau kekurangan neutron
Agar stabil :
1P1
0N1 + +1β0

10.  Atom B tidak stabil
Karena kekurangan elektron atau kelebihan neutron
Agar stabil :
0N1
1P1 +
-1β0
 Atom C tidak stabil
Karena kelebihan proton dan kelebihan neutron
Agar stabil:
Kurangi jumlah proton dan neutronnya
92N135
90P131 +
2 𝛼4
Defect Massa
+
( ∑mP + ∑mN ) > m inti
Selisih massa = ∆m = defect massa
( massa yang hilang ) berubah jadi energy
Energi yang dihasilkan
Joule
Note :
massa proton = 1,007276 u
massa neutron = 1,008665 u
massa electron = 0,000549 u
Ahli nuklir lebih sering menyatakan satuan massa dalam energi ekuivalennya, yaitu MeV/c2
1 u = 1,67 x 10-27 kg = 931,50 MeV/c2 ≈ 931 MeV/c2
Dengan C = 3 x 108 adalah cepat rambat cahaya dalam ruang hampa.
+ +
Energi Ikat
E = ∆m . C2
2p 2n
+
+

11. Telah anda ketahui bahwa massa inti biasa dinyatakan dalam satuan u dan energinya
dinyatakan dalam jutaan electron volt ( MeV ). Nilai 1u = 931 MeV/c2 sehingga jika E dan ∆m
dinyatakan dalam MeV dan u, Persamaan menjadi :
Defek Massa (Δm)
Oleh karena inti atom tersusun oleh proton dan neutron, massa inti harusnya tepat sama dengan
jumlah massa proton dan massa neutron (massa nukelon). Akan tetapi, kenyataannya tidaklah
demikian. Massa inti selalu lebih kecil daripada massa nukelon. Selisih antara massa nukleon dan
massa inti disebut defek massa (Δm). Defek massa (Δm) pada pembentukan nuklida X adalah
sebagai berikut:
Manfaat Radioisotop
Berdasarkan Nama Unsur
No. Nama Unsur Manfaat / Kegunaan
1. Iodium (I-131) - mencari ketidaknormalan pada tiroid / kelenjar tiroid.
- di bidang hidrologi dapat digunakan untuk mengetahui
kecepatan aliran sungai.
2 Iodium (I-123) -disuntikkan pada pasien untuk mengetahui ada tidaknya
gangguan ginjal.
3 Karbon (C-14) -mencari ketidaknormalan yang berhubungan dengan diabetes dan
anemia.
4 Kromium (Cr-51) -keperluan scanning limpa.
5 Selenium (Se-75) -keperluan scanning pankreas.
6 Teknetium (Tc-99) -keperluan scanning tulang dan paru-paru
-scanning kerusakan jantung
-menyelidiki kebocoran saluran air bawah tanah.
7 Ti-201
-mendeteksi kerusakan jantung, digunakan bersama dengan Tc-
99.
8 Galium (Ga-67) - keperluan scanning getah bening.
9 Xe-133 -mendeteksi kesehatan paru-paru.
10 Fe-59 -mempelajari pembentukan sel darah merah.
11 Natrium (Na-24) -untuk deteksi penyempitan pembuluh darah/trombosis
-mendeteksi kebocoran saluran air bawah tanah dan menyelidiki
kecepatan aliran sungai
- di bidang kesehatan digunakan untuk mendeteksi gangguan
E = ∆m x (931 MeV )
∆m = ( ∑mP + ∑mN ) - m inti

12. peredaran darah.
12 Radioisotop Silikon -perunut radioisotop pada proses pengerukan lumpur pelabuhan
atau terowongan.
13 Fosfor (P-32) -di bidang pertanian ddapat digunakan untuk memperkirakan
jumlah pupuk yang diperlukan tanaman.
-di bidang kesehatan dapat digunakan mendeteksi penyakit mata,
tumor dan hati.
14 Karbon (C-14) -mengukur umur fosil hewan, tumbuhan dan manusia (dengan
pengukuran pancaran sinar beta).
15 Uranium (U-238) -menaksir umur batuan.
16 Uranium (U-235) Reaksi berantai terkendali dalam PLTN.
17 Kobalt (Co-60) -mengontrol pertumbuhan beberapa jenis kanker melalui sinar
gamma yang dihasilkan.
18 Isotop 8O15 -menganalisis proses fotosintesis pada tanaman.
19 Isotop O-18 -di bidang kimia dapat digunakan sebagai atom tracer / perunut
asal mula molekul air yang terbentuk.
20 K-40 K-40 digunakan bersama-sama dengan dan Ar-40 stabil untuk
mengukur umur batuan, dengan membandingkan konsentrasi K-
40 dan Ar-40 pada batuan.
Manfaat Fungsi-fungsi lain
-membuat varietas tanaman baru yang tahan penyakit dan produktivitas yang tinggi
-pemandulan /sterilisasi serangga pengganggu tanaman
-mendeteksi pemalsuan lukisan atau keramik.
Manfaat Secara Umum
-Tracer (perunut, pencari jejak) untuk berbagai keperluan
-Sumber Tenaga Listrik/PLTN
-Memanfaatkan sinar-sinar radiasinya untuk berbagai keperluan.
Bahaya Roadioaktivitas:
-dapat merusak sel-sel penting seperti sel tulang sumsum /penghasil sel darah, akibat radiasi tinggi
yang tidak terkendali (termasuk juga radiasi sinar gamma)
-dapat merusak/mematikan jaringan atau sel-sel pada makhluk hidup
-dapat merusak/mengubah struktur DNA makhluk hidup
-dapat mengakibatkan tumor atau kanker
-Radon yang terhirup paru-paru memancarkan alpha dapat menimbulkan kerusakan dan
pertumbuhan kanker
-dapat menimbulkan luka bakar (akibat radiasi dosis tinggi).