Tujuan Instruksional Umum (TIU):
Mahasiswa mampu menjelaskan beberapa konsep-konsep dasar ilmu kimia.
Tujuan Instruksional Khusus (TIK):
Bila diberikan suatu radioisotop maka mahasiswa akan dapat menyebutkan mode peluruhannya.
5.1. Pendahuluan
Bila membahas tentang atom, maka pengetahuan atau perhatian tentang inti atom sangat terbatas pada:
- Atom terdiri dari inti dan elektron yang bergerak mengelilingi inti pada lintasan stasioner.
- Partikel inti terdiri atas proton (bermuatan positif) dan netron (bermuatan netral).
- Besar muatan proton sama dengan muatan elektron pada atom netral.
- Massa atom hampir sama dengan massa inti atom.
Selain pengetahuan di atas, ada fenomena lain tentang inti yang perlu mendapat perhatian karena dapat digunakan untuk pengembangan ilmu kimia. Selain manfaat dalam ilmu kimia, saat ini energi dapat dihasilkan dari energi nuklir apakah untuk tujuan damai atau pertahanan. Bagaimanapun pendapat kita apalagi secara politik tentang topik ini, fenomena inti merupakan satu nal yang harus dihadapi sekarang dan dimasa datang.
5.2. Peluruhan Radioaktif
Keradioaktifan alam ditemukan oleh ahli fisika Prancis bernama Antoine Henri Becquerel pada tahun 1825-1908 (44 tahun). Dia menemukan bahwa bila garam Uranium bersentuhan dengan lempengan fotografik terjadi penghitaman sama seperti pada sinar-X. Dari hasil ini dia mengatakan bahwa uranium memancarkan secara spontan radiasi yang dapat menghitamkan lempeng fotografik. Dua temannya, Pierre dan Marie Curie, juga berhasil mengisolasi dua unsur radioaktif lainnya dari bijih uranium yaitu polonium (Po) dan radium (Ra) yang juga radioaktif. Untuk penemuan ini mereka mendapat hadiah nobel untuk fisika pada tahun 1903.
Jenis radiasi yang dapat dipancarkan zat radioaktif adalah: (a) partike1-α (alpha), (b) partikel-β (beta), dan (c) sinar-γ (gamma). Dari hasil eksperimen maka partikel alpha bermuatan positip, partikel beta bermuatan negatip, dan sinar-gamma tidak bermuatan.
Bila suatu zat secara spontan memancarkan partikel alpha atau beta, maka terjadi perubahan muatan pada inti yang berarti perubahan nomor atom. Contohnya, isotop uranium dengan kelimpahan paling banyak, 92U238, memancarkan partikel alpha secara spontan. Pemancaran satu partikel alpha mengurangi muatan 2 satuan dan massa 4 satuan dari inti. Dengan demikian pemancaran satu partikel alpha dari 92U238 menghasilkan isotop 9OTh234, dan dikatakan 92U238 meluruh menjadi9OTh234.. Perubahan yang terjadi selama reaksi inti seperti peluruhan 92U238 dapat diungkapkan dengan persamaan reaksi inti. contohnya,
92U238 _______ > 2He4 + 9OTh234
Bila persamaan reaksi disetimbangkan maka muatan dan massa harus disetimbangkan.
Thorium hasil peluruhan 92U238 adalah radioaktif dan meluruh dengan emisi beta.Persamaan raksi intinya adalah,
9OTh234 _______ > -1EO + 9lPa234
Dan emisi partikel beta menaikkan nomor atom satu satuan tetapi tidak mempengaruhi massa. Hasil totalnya bila terjadi emisi beta adalah neutron berubah menjadi proton.
ODI ··—···· > lpl + __l€O
Radiasi gamma adalah radiasi elektromagnetik dengan energi tinggi. Emisi radiasi gamma dari suatu inti tidak mengubah muatan dan massa sehingga radiasi gamma sering diabaikan dalam parsamaan reaksi inti. Hampir semua zat radioaktif memancarkan sinar gamma.
Dalam pembahasan reaksi inti dan peluruhan radioaktif terdapat beberapa istilah yang sering digunakan yaitu;
1. Nuklida adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan inti dari isotop tertentu.
2. Radionuklida adalah inti yang bersifat radioaktif.
3. Radioisotop adalah isotop suatu atom dangan inti yang bsrsifat radioaktif.
4. Isotop induk (parent) adalah iostop yang meluruh.
5. Isotop turunan (daughter) adalah isotop yang terbentuk dari peluruhan isotop induk.
Jadi pada peluruhan uranium-238, nuklida 92U238 adalah induk dan nuklida 9OTh234 adalah turunan.
4.2.1. Deret peluruhan radioaktif
Inti U238 moluruh manjadi Th234 , dan Th234 juga meluruh menjadi Pa234 . Isotop Pa234 juga tidak stabil dan me1uruh lagi manjadi U234 yang juga radioaktif, dan seterusnya. Skema keseluruhan, dimana satu isotop meluruh manjadi isotop lain dan seterusnya, disebut deret radioaktif atau deret peluruhan U238 mengalami peluruhan 14 tahap hingga menghasilkan isotop stabil Pb2O6.
4.3 Kinetika Peluruhan Radioaktif
Kecepatan reaksi dinyatakan dengan perubahan konsentrasi pereaksi atau hasil reaksi per satuan waktu. Untuk zat radioaktif, konsentrasi berbanding lurus dengan jumlah partikel atau sinar yang dipancarkan per satuan waktu. Emisi partikel atau sinar dapat dideteksi dengan alat yang sesuai seperti pencacah (counter) Geiger-Mu1ler. Dieksperimen, konsentrasi isotop radioaktif berbanding lurus dengan jumlah cacahan per detik (cpd) atau per menit (cpm) yang dicatat oleh pencacah.
Jika dibuat grafik dongan ordinat jumlah cacahan per detik dan absis adalah waktu maka diperoloh kurva separti pada gambar-4.1a, dan jika ordinat adalah logaritma cpd maka diperoleh garis lurus seperti gambar- 4.1b. Kedua
4.4. Pengukuran Keradioaktifan
Untuk mempelajari muatan inti perlu mengukur radiasi dan mengungkapkannya secara kuantitatif. Salah satu alat yang paling awal untuk mendeteksi emisi radioaktif adalah pencacah Geiger-Muller (gambar 4.2). Pengukuran dengan alat ini, partikel alpha atau beta lewat melalui jendela tipis disebelah kiri dan memasukp tabung yang berisi gas argon bertekanan rendah. Jika melewati argon maka radiasi mengeluarkan elektron dari atom gas menghasilkan ion positip argon dan elektron. Adanya partikel bermuatan ini menyebabkan gas tiba-tiba menjadi penghantar.
(Gambar)
Gambar 4.2 : Pencacah Geiger—Muller.
Bila bekerja dengan zat-zat radioaktif maka sangat penting untuk mengetahui jumlah radiasi yang dipancarkannya. Jumlah ini dinyatakan dengan aktivitas, yaitu jumlah disintegrasi inti per detik. Satuan lnternasional aktivitas adalah becquerel (Bq), sesuai dengan nama penemu keradioaktivan. Didefinisikan 1 Bq adalah satu disintegrasi inti per detik,
1 Bq = 1 disintegrasi/detik
Satuan lain yang lebih awal digunakan tetapi tidak satuan SI adalah curie (Ci) yaitu jumlah disintegrasi per detik dalam 1 g radium. Dengan kata lain, aktivitas dalam Ci adalah aktivitas relatif terhadap 1 g radium. Dalam 1 g radium terdapat aktivitas 3,7 disintegrasi per detik, sehingga diperoleh hubungan
1 Cl = 3,7.1010 Bq
4.5. Aplikasi Rezzksi lnti Dalam Kirnia
Salah satu aplikasi paling menarik paluruhan radio-aktif adalah pangukuran umur benda-benda purbakala sejak pembentukannya, separti batuan dan manusia. Contohnya, umur batuan yang mengandung uranium dapat ditentukan dengan pengukuran perbandingan antara U238 dengan Pb206, dimana Pb206 adalah isotop stabil hasil peluruhan terakhir dari U238. Dengan metoda ini, umur batuan tartua adalah 3,9.109 tahun.
Umur batuan yang tidak mengandung uranium dapat ditentukan dengan metoda paluruhan,
19K40 + -1e0 18Ar40
dengan tl/2 adalah 1,3.109 tahun.
Umur benda yang pernah hidup seperti kayu dan tulang dapat diperkirakan dan cukup akurat dengan pengukuran perbandingan C14 terhadap C12. Carbon-14 adalah radio-aktif dan secara konstan dihasilkan di atmosfer-atas melalui reaksi neutron kosmik dengan 7Nl4,
7Nl4 + 0n1 6C14 + lpl
Karbon-14 yang dihasilkan segera meluruh menghasilkan nitrogen-14 dengan tl/2 = 5770 tahun. Karena karbon-14 yang terbentuk segera meluruh maka konsentrasinya tetap atau steady-state. Karbon-14 segera membentuk gas CO2 di atmosfer, kemudian digunakan tumbuhan untuk proses photosintesis. Bila tanaman sudah mati maka jumlah karbon-14 akan berkurang karena proses peluruhan. Karena tl/2 karbon-14 adalah 5770 tahun, maka bila dalam benda konsentrasi karbon-14 telah berkurang setengahnya, umur benda adalah 5770 tahun.
Aplikasi lain dari karadicakcifan adalah :
1. Mutasi DNA : Dengan memberikan radiasi pada sistem dimana terdapat DNA maka dapat terjadi pembentukan radikal langsung pada DNA atau pada H2O. Radikal DNA dapat bersaksi dengan radikal DNA atau radikal H atau OH bereaksi dengan DNA menghasilkan radikal DNA yang kemudian bersaksi lagi. Dangan demikian terjadi mutasi DNA.
2. Mempelajari mekanisme reaksi : Contohnya reaksi antara etanol dan asam asetat. Dalam reaksi ini perlu dipelajari asal-usul oksigen pada ikatan -O- dalam molekul ester basil reaksi.
3. Mengetahui Sifat unsur : Unsur At mempunyai waktu hidup hanya 7,5 jam, sehinga tidak cukup mempelajari sifat kimianya. Hal ini diatasi dengan mencampurkannya dengan I, dan bila melakukan reaksi yang sama maka sifat kimia At sama dengan I.
4.6. Reaksi Fisi, Fusi dau Euargi Nuklir
Reaksi ini dapat dikelompckkan atas dua bagian ;
1. Reaksi Fisi : reaksi pembelahan inti menjadi inti yang lebih kecil. Contohnya, pembelahan 1 kg uranium-235, dapat menghasilkan energi setara dengan pembakaran 3000 ton batu bara atau 13.200 barel minyak. Proses ini terjadi pada reaktor. Hingga april tahun 1989, terdapat 414 reaktor nuklir yang beroperasi di seluruh dunia terdapat di 26 negara. Total energi yang dihasilkan adalah 298.000 MW, dan jumlah ini 16% dari total kebutuhan.
Gambar-4.3 : penggunaan fisi inti menghasilkan energi listrik.
2. Reaksi Fusi : merupakan reaksi penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Contohnya adalah reaksi antara isotop hydrogen-2 dangan hydrogen-3 menghasilkan helium-4. Energi yang dihasilkan sangat besar. Tetapi kondisi agar reaksi ini terjadi diparlukan temperatur kira-kira 40.000.000 °C. Pada tanggal 23 maret 1989, seorang ahli elektrokimia Univarsitas Utah, bernama Stanley Pons, dan temannya dari Inggris, Martin Flaeischmann, telah mengusulkan reaksi fusi pada temparatur kamar dalam sel elektrolisa.
Tag :
Materi Kuliah
0 Komentar untuk "BAB 5. KIMIA INTI DAN KERADIOAKTIFAN (Kimia Dasar II)"