Inti Atom dan Radioaktivitas Serta Contoh Soal
Atom adalah penyusun terkecil dari segala benda atau objek baik diri kita mapun benda di luar kita. Atom terdiri atas tiga partikel sub atomik, dua diantaranya terletak di inti atom. Pada pembahasan kali ini, kita akan menyelam lebbih jauh ke inti atom dan melihat bagaimana inti bereaksi satu sama lain.
Daftar Isi
Pengertian Inti Atom
Inti atom atau nukleon adalah bagian dari penyusun atom yang terletak di tengah atom dan merupakan konsentrasi massa dari keseluruhan atom. Inti atom tersusun atas partikel subatomik neutron dan proton. Dimana mengakibatkan inti bermuatan positif.
Energi Ikat Inti Atom
Meskipun inti atom bisa tersusun atas banyak proton namun proton-proton ini tidak saling tolak menolak seperti hukum coulomb yang sudah kamu pelajari di bab listrik statis, hal ini bukan dikarenakan gaya coulomb tidak ada melainkan adanya gaya lain yang mampu menahan gaya tolak ini. Gaya itu kemudian disebut gaya ikat inti atom. Gaya ikat inti ini yang kemudian menimbulkan energi ikat inti. Secara definisi energi ikat inti adalah energi yang mengikat partikel subatomic tetap pada inti atom.
Nilai energi ikat inti dinyatakan oleh newton sebagai:
E = ∆m x c²
Dimana:
E = energi ikat inti (J)
∆m = defek massa / perubahan massa (kg)
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
Perlu diperhatikan jika semua satuan menggunakan SI maka energi juga akan memiliki satuan internasional yakni joule. Namun, jika massa atom menggunakan satuan sma (satu massa atom) maka satuan energi menggunakan eV dengan hubungan joule dan eV sebagai berikut:
E = ∆m x 931,5 MeV
Defek Massa
Energi ini muncul dari massa yang hilang membentuk energi ikat. Hilangnya massa ini dibuktikan dengan mengukur massa atom secara langsung ternyata lebih kecil dari jumlah massa yang seharusnya dihasilkan proton dan neutron (massa inti < M) massa yang hilang ini kemudian disebut defek massa (∆m)
Besar defek massa dapat dihitung dengan:
∆𝑚 = (massa proton + massa neutron) – massa inti
∆𝑚 = (2𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍 )𝑚n) − 𝑚
Mp = massa proton (1,0078 sma) = 1,672 x 10-27 kg
Mn = massa neutron (1,0087 sma) = 1,674 x 10-27 kg
M = massa inti (sma)
Reaksi Inti Atom
Reaksi inti atom adalah proses yang terjadi di inti atom, karena reaksi ini Inti atom dapat memancarkan zat radioaktif sehingga terbentuk inti atom baru. Dapat melalui proses pemecahan inti menjadi dua inti atau lebih yang hampir sama dan dapat pula melalui proses penggabungan. Peristiwa-peristiwa perubahan inti menjadi inti baru ini dinamakan reaksi inti, reaksi nuklir atau radioaktivitas. Dalam suatu reaksi inti berlaku hukum kekekalan nomor atom, hukum kekekalan nomor massa dan kekekalan massa – energi.
Terdapat dua radioaktivitas, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan atau penggabungan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru. Pada reaksi fusi dihasilkan energi, reaksi fusi juga dikenal sebagai reaksi yang bersih.
Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan atau pemecahan inti atom akibat tumbukan inti atom satu dengan lainnya. Reaksi fisi inti atom baru yang bermassa lebih ringan, memiliki energi, serta menghasilkan radiasi elektromagnetik.
Radioaktivitas ini juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang bisa saja berbahaya bagi manusia.
Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta, salah satunya matahari. Reaksi fusi terkendali dimanfaatkan dalam pembuatan reaktor nuklir. Sedangkan reaksi fusi tak terkendali dimanfaatkan sebagai Senjata bom hidrogen. Ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah beberapa contoh reaksi fisi nuklir.
Baik pada reaksi fusi maupun fisi dibutuhkan pengaturan reaktor yang tidak mudah, meski pada reaksi fusi hal ini lebih sulit namun jika dapat dilakukan energi yang dihasilkan reaksi fusi akan lebih besar dari yang ada saat ini. Meski begitu, disisi lain reaksi fusi juga relatif lebih aman karena lebih sedikit menghasilkan sinar gamma daripada reaksi fisi.
Beberapa Unsur radioaktivitas yang digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium-239 dan Uranium-235. Sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium-6, hydrogen Deuterium dan Tritium.
Mengenal Sinar Radioaktiv
Sinar Alfa (α)
Suatu inti atom yang tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan disertai pancaran sinar alfa. Sinar alfa ini sebenarnya adalah inti helium. Sinar alfa memiliki panjang gelombang paling panjang, sedangkan energi tembusnya paling rendah. Ketika inti atom meradiasikan sinar alfa (inti 2He4), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron. Misalnya yang terjadi pada reaksi uranium-238 berikut:
Sinar Beta(β)
Sedangkan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron sendiri akan meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Partikel beta dapat digunakan untuk mendeteksi kebocoran pipa pada industri.
Ketika inti radioaktif memancarkan sinar beta (β ) maka nomor massa inti tetap (jumlah neutron dan proton tetap), tetapi nomor atomnya berubah.
Pada peluruhan sinar beta, terjadi dua proses peluruhan seperti sebagai berikut, yakni:
Sinar Gamma (γ)
Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke ground state atau keadaan dasarnya yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristiwa ini dinamakan peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta. Hal ini lah yang menjadi alasan peluruhan sinar gamma biasanya menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan gamma hanya mengurangi energi, dan tidak mengubah susunan inti. Dibandingkan sinar radioaktivitas lainnya, sinar gamma memiliki energi tembus paling besar sedangkan panjang gelombang paling kecil.
Pada batas aman, sinar gamma dapat digunakan untuk mensterilisasi peralatan medis dan alat lainnya.
Peluruhan
Peluruhan zat radioaktiv dsebut juga radioaktivitas. Laju peluruhan setiap zat radioaktif berbeda-beda tergantung dari waktu paruh masing-masing atom. Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan zat untuk meluruh menjadi setengahnya. Sedangkan laju peluruhan disebut juga aktivitas (A).
Nilai waktu paruh dapat ditentukan dengan persamaan:
Sedangkan aktivitas zat radioaktif
Dimana:
At = aktivitas akhir
t = waktu
t1/2 = waktu paruh
λ = konstanta peluruhan
Sedangkan massa / jumlah zat sisa peluruhan dapat diketahui dengan:
T = t1/2 = waktu paruh
No = jumlah zat mula-mula
Contoh Soal dan Pembahasan
- UN 2015
Perhatikan reaksi inti berikut! (C)
7N14 + X → 8O17 + 1H1
Pada reaksi di atas X adalah ….
A. proton
B. elektron
C. partikel alfa
D. deutron
E. neutron
Pembahasan:
7 + a = 8+1
7 + a = 9
a = 2
Sedangkan
14 + b = 17+1
b = 4
dengan struktur
maka itu partikel alfa.
- UN 2011 (B)
Inti atom yang terbentuk memenuhi reaksi fusi berikut ini:
1H1 + 1H1 → 1d2 + 1e0 + E
Diketahui:
massa 1H1 = 1,00780 sma
massa 1d2 = 2,01410 sma
massa 1e0 = 0,00055 sma
1 sma = 931 MeV
Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut adalah ….
A. 0,44 MeV
B. 0,88 MeV
C. 0,98 MeV
D. 1,02 MeV
E. 1,47 MeV
Pembahasan:
E = jumlah massa ruas kiri – ruas kanan
= (1,00780 + 1,00780 ) – (2,0140 + 0,00055)
= (2,01560 – 2,01465) sma
= 0,000950 sma
= 0,000950 × 931 MeV
= 0,88 MeV
Jadi, Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut adalah 0,88 MeV (B).
- UN 2008
Massa unsur radioaktif P mula-mula x gram dengan waktu paruh 2 hari. Setelah 8 hari unsur yang tersisa y gram. Perbandingan antara x ∶ y = ….
A. 16 : 1
B. 8 : 1
C. 4 : 1
D. 1 : 8
E. 1 : 16
Pembahasan:
Peluruhan unsur radioaktif dirumuskan sebagai:Sedangkan data-data yang diketahui pada soal sebagai berikut:
N0 = x
N = y
t = 8 hari
T = 2 hari
Nah, sekarang kita masukkan data-data tersebut pada rumus di atas.
A. 16 : 1
Itu tadi artikel lanjutan mengenai atom sebagai penyusun setiap zat yakni inti atom dan berbagai reaksi yang dapat terjadi di inti atom.
sumber:
kemdikbud.go.id
Maemunah, Indah. dkk.2019. Studi Komparasi reaksi fisi dan fusi pada pembangkit listrik tenaga nuklir masa depan. Bandung : Prosiding Seminar Nasional Fisika.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar