A.
Unsur Radioaktif
1. Kimia inti
Kimia inti adalah kajian mengenai perubahan-perubahan dalam inti
atom (prpton dan neutron). Perubahan ini disebut reaksi inti. Peluruhan
radioaktif dan transmutasi inti merupakan reaksi inti.
2.
Radiasi
Inti yang
tidak stabil secara spontan akan memancarkan energi untuk mencapai keadaan yang
lebih stabil. Energi yang dipancarkan oleh inti tidak stabil disebut radiasi.
Unsur yang mengandung inti tidak stabil disebut unsur radioaktif. Unsur
radioaktif merupakan unsur-unsur yang menunjukkan peristiwa radioaktivitas.
3.
Sinar-sinar radioaktif
a. Penemuan sinar radioaktif
Penemuan partikel-partikel dimulai dari penemuan sinar X
pada tahun 1895 oleh Wilhelm Konrad Rontgen, dilanjutkan dengan penemuan
keradioaktifan pada tahun 1896 oleh Henry Becuerel dari garam uranil sulfat
mengeluarkan sinar secara spontan yang dinamakan sinar radioaktif.
Dan gejala dari pemancaran sinar radioaktif dengan
spontan disebut gejala keradioaktifan. Kemudian penemuan isotop radioaktif
Radium (Ra) dan Polonium (Po) pada tahun 1898 oleh Curie dan Marie Curie. Radio isotop tersebut dapat memamncarkan sinar radioaktif
dengan spontan.
b.Sifat-sifat
sinar radioaktif
Sinar radioaktif yang dipancarkan oleh inti atom yang
tidak stabil berupa partikel alfa, beta dan gamma mempunyai karakteristik
yang berbeda.
Partikel alfa
4
4
Lambangnya
α atau He
2
2
- Dalam
medan magnet membelok ke kutub negatif jadi bermuatan positif
- Daya tembusnya kecil
- Dapat
mengionkan benda-benda yang dilaluinya
Sifat sinar beta
Adalah
pancaran elektron dengan kecepatan mendeteksi kecepatan cahaya
0 0
Lambangnya: β atau e
-1
-1
- Dalam medan
magnet membelok ke kutub positif maka bermuatan negatif.
- Daya tembus lebih besar dari sinar alfa.
- Dapat
mengionkan benda-benda yang dilaluinya, tetapi tidak sehebat sinar alfa.
Sifat sinar gamma
Adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang
yang pendek
Lambangnya :γ
0
- Tidak
terpengaruh oleh medan magnet dan medan listrik.
- Daya
tembus sangat besar oleh karenanya sangat berbahaya.
- Dapat
mengionkan benda-benda yang dilaluinya tetapi tidak sehebat alfa dan beta.
- Partikel-partikel
lain dalam proses radioaktif : proton, neutron dan positron.
Sinar/partikel yang dipancarkan unsur radioaktif
|
Sinar
/
Partikel
|
Massa
(SMA)
|
Muatan
|
Simbol
|
Jenis
|
|
Alfa
|
4
|
+2
|
4
4
α
atau He 2 2
|
Partikel
|
|
Beta
|
0
|
-1
|
-1 -1
β atau e
0 0
|
Partikel
|
|
Gamma
|
0
|
0
|
|
radiasi
elektromagnetik
|
|
Neutron
|
1
|
0
|
|
Partikel
|
|
Proton
|
1
|
+1
|
1
1
p atau H
1 1
|
Partikel
|
|
Positron
|
0
|
+1
|
0
0
β atau e
+1 +1
|
Partikel
|
4. Peluruhan radioaktif
Adalah
peristiwa nuklida radioaktif memancarkan sinar/partikel radioaktif hingga
berubah menjadi inti yang stabil/lebih stabil. Nuklida adalah suatu inti atom
yang ditandai dengan jumlah proton dan neutron.
Secara kimia peluruhan radiosktif merupakan reaksi nuklir
atau reaksi inti yang dapat dirumuskan dengan persamaan kimia sebagai berikut:
a
c e
X →Y+ Z
b d f
Dalam proses tersebut berlaku hukum kekekalan energi dan
muatan. Maka reaksi tersebut berlaku a = c + e dan b = d + f.
Perbandingan proton dengan neutron (n/p) merupakan
salah satu faktor penentu kestabilan atom. Inti atom yang stabil memiliki nilai
n/p antara 1 sampai dengan 1,6. Jika inti atom memilki nilai n/p di luar pita
kestabilan maka atom tersebut tidak stabil atau bersifat radioaktif, sehingga
akan meluruh untuk mencapai keadaan yang lebih stabil.
Peluruhan isotop –isotop tak stabil dibedakan atas:
1. Peluruhan inti
ringan
Adalah peluruhan nuklida yang harga z-nya (nomor atom)
kurang dari 20 (unsur terletak di bawah atau di atas pita kestabilan.
a. isotop dibawah pita kestabilan untuk mencapai
kestabilan
-
memancarkan positron, suatu partikel yang massanya sama dengan
0
elektron dan
bermuatan 1+ dengan simbul: e+1
11
11 0
Contoh:C → B+e
6
5 +1
-
Penangkapan elektron K, artinya elektron yang terdapat pada kulit K.
90
0 90
Contoh: Mo + e →Nb
42 +1 41
b. Isotop nuklida yang terletak di atas pita kestabilan
untuk mencapai kestabilan nuklida.
- memancarkan neutron,
- memancarkan sinar beta,
2. Peluruhan inti berat
Adalah peluruhan nuklida dengan nomor atom lebih besar
dari 83 dan umumnya radioaktif, untuk mencapai kestabilan nuklida memancarkan
sinar alfa.
238
234 4
Contoh : U
→
Th + He
92
90
2
238
234
4
Po →
Pb +
He
84
82
2
90
82 2
-1
3. Peluruhan radioaktif buatan
Pada tahun 1919,
Rutherford berhasil menembak gas nitrogen dengan partikel alfa dan menghasilkan
hidrogen dan oksigen. Reaksi ini merupakan transmutasi buatan pertama, yaitu
perubahan satu unsur menjadi unsur lain.
Pada tahun
1934, Irene Joliot-Curie, berhasil membuat atom fosfor yang bersifat radioaktif
dengan menembakkan aluminium dengan sinar alfa yang berasal dari polonium.
Unsur radioaktif terjadi karena dibuat melalui reaksi
inti yang kemudian dikenal sebagai radioisotop.
Beberapa contoh reaksi inti:
1) Penembakan atom litium-7 dengan proton menghasilkan 2
atom helium-4
2) Penembakan
nitrogen-14 dengan neutron menghasilkan karbon-14 dan hidrogen.
3) Penembakan
aluminium-27 dengan proton menghasilkan magnesium-24 dan helium-4.
Laju Peluruhan
v = dengan v = laju peluruhan
(keaktifan), yaitu banyaknya peluruhan dalam satu satuan waktu.
tetapan peluruhan(serupa k dalam
persamaan laju reaksi),nilainya bergantung pada jenis radioiaotop.
N
= jumlah nuklida radioaktif
Waktu Paruh
Yaitu
perioda waktu dimana 50% dari jml atom semula yang ada telah meluruh.Fraksi zat radioaktif yang masih
tersisa setelah n kali waktu sesuai dengan persamaan berikut:
No = jumlah zat radioaktif mula-mula
Nt = jumlah zat radioaktif yang masih tersisa pada waktu t
Oleh
karena keaktifan sebanding dengan jumlah atom radioaktif maka:
A
=keaktifan pada waktu t
Ao=keaktifan
awal
Contoh :
1.
Berapa fraksi atom radioaktif tersisa setelah 5 waktu paruh?
Jawab:
Setelah 1 waktu paruh, tersisa 1/2 bagian
Setelah
2 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/2 = 1/4 bagian
Setelah
3 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/4 = 1/8 bagian
Setelah
4 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)3 = (1/2)4 = 1/16 bagian
Setelah
5 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)4 = (1/2)5 = 1/32 bagian
2. Bila
dimulai dgn 16 juta atom radioaktif, berapa yg tertinggal setelah
4
waktu paruh?
Jawab:
Tersisa = (1/2)4 = 1/16 x 16 juta = 1 juta atom
Setelah
n kali waktu paruh, tersisa 1/2n bagian
Bahaya
unsur-unsur radioaktif
• Radiasi : dpt menguntungkan & merugikan
• Partikel berenergi tinggi
& sinar melepaskan e- dr atom ion
• Jk tjd dlm tubuh akan
berbahaya, misalnya H2O H2O2
• Merusak sel darah
putih
• Mempengaruhi sumsum
tulang anemia
• Merangsang leukimia
•
Perubahan molekul DNA mutasi
6. Reaksi inti
Reaksi inti
dapat dikelompokkan menjadi:
a. Reaksi
peluruhan: merupakan reaksi kimia eksoergik (eksotermik) yang berhubungan
dengan desintegrasisuatu inti atom yang terjadi secara spontan. Pada reaki
tersebut terjadi perubahan inti tidak stabil menjadi inti stabil.
b. Reaksi
transmutasi inti
Tranmutasi
adalah perubahan atom suatu unsur kimia menjadi atom unsur yang lainmelalui
desintegrasi atau penembakan inti.
c. Reaksi
penghasil energi
a. Reaksi fisi adalah
reaksi pembelahan inti atom berat menjadi beberapa inti atom ringan dan
partikel elementer, disertai pelepasan energi yang besar.Unsur yang sering
digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235),
Energi
yang dihasilkan sangat besar, dalam tersebut diahasilkan neutron baru yang akan
menumbuk inti atom sisa sehingga terjadi reaksi inti berantai yang dapat
menghasilkan energi yang sangat besar, misal reaksi fisi pada bom nuklir.
n + U-235 -> Ba-144 + Kr-90 + 2n +
179.6 MeV
n + U-235 ->
Ba-141 + Kr-92 + 3n + 173.3 MeV
n + U-235 ->
Zr-94 + Te-139 + 3n + 172.9 MeV
n + U-235 -> Zr-94 + La-139 + 3n + 199.3
MeV
b. Reaksi fusi
fusi nuklir (reaksi
termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih
besar dan melepaskan energi.Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak.
Senjata nuklir
adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.
Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium). 
A.
Radiokimia
Radiokimia
mempelajari penggunaan teknik-teknik kimia dalam mengkaji zat radioaktif dan
pengaruh kimiawi dari radiasi zat radioaktif tersebut.
Aplikasi
radiokimia
a)
Fisi inti:
1. Bom Atom
2. Reaktor Nuklir
1. Bom atom
Penerapan
pertamakali fisi inti ialah dalam pengembangan bom atom. Faktor krusial dalam
rancangan bom ini adalah penentuan massa kritis untuk bom itu. Satu bom atom
yang kecil setara dengan 20.000 ton TNT. Massa kritis suatu bom atom biasanya
dibentuk dengan menggunakan bahan peledak konvensional seperti TNT tersebut,
untuk memaksa bagian-bagian terfisikan menjadi bersatu.
Bahan
yang pertama diledakkan adalah TNT, sehingga ledakan akan mendorong
bagian-bagian yang terfisikan untuk bersama-sama membentuk jumlah yang lebih
besar dibandingkan massa kritis.
Uranium-235
adalah bahan terfisikan dalam bom yang dijatuhkan di Hiroshima dan
plutonium-239 digunakan dalam bom yang meledak di Nagasaki.
Ledakan bom menyebabkan kawah degan lebar 300m &
kedalaman 100m
- Radius kerusakan total = 10 km
- Radius kematian = 40 km
- Perusakan oleh radioaktif tidak akan habis
2. Reaktor Nuklir
Suatu penerapan damai tetapi kontroversial dari fisi inti
adalah pembangkitan listrik menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi
rantai terbatas yang dilakukan dalam suatu reaktor nuklir.
Reaktor nuklir adalah suatu tempat dimana reaksi
pembelahan (fision) nuklida terjadi secara terkendaliberlangsung. Reaktor nuklir ini dapat dimanfaatkan energi nuklir
sehingga disebut reaktor termal.
Komponen reaktor nuklir:
1). Bahan bakar
2). Moderator
3). Reflektor
4). Bahan pengendali
5). Pendingin
6). Perisai
7). Pemindah panas
Ket :
1). Bahan Bakar : isotop radioaktif yang dapat melakukan
reaksi pembelahan seperti: U-233, U-239, dan U-235. Bahan bakar yang digunakan
berwujud padat dan dalam bentuk senyawa UO2. Bahan bakar ini ditembaki neutron
dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi pembelahan:
2). Moderator : adalah atom-atom yang terdapat dalam
bahan untuk memperlambat neutron cepat sampai mencapai tingkat energi yang
terendah.
Moderator memilki sifat-sifat:
- pada tiap tumbukan neutron akan kehilangan energi yang
besar
- penampang penyerapan yang rendah
- penampang penghamburan yang tinggi
3). Reflektor adalah suatu bahan yang dapat
memantulkan neutron yang dihamburkan keluar ke reaktor kembali. Bahan reflektor : air berat,(D2O), grafit,
berilium, dan berilium oksida (BaO).
4). Bahan pengendali : bahan pemgendali reaksi fisi,
bersifat menyerap neutronsehingga reaksi berantai dapat dikendali bahkan dapt
dihentikan.
Syarat-syarat pengendali:
- dapat menyerap neutron dengan mudah
- mempunyai kekuatan mekanik yang cukup
- mempunyai massa rendah , agar dapat bergerak dengan
cepat
- tahan korosi
- stabil dalam radiasi maupun suhu tinggi
- dapat memindahkan panas dengan baik
Bahan tersebut terbuat dari paduan logam kadmium atau
borium, B4Cd,paduan boron dengan aluminium(boral), boron baja, logam
kadmium dengan perak dan indium.
5). Pendingin : untuk mendinginkan bahan bakar atau
reaktor.
Sifat-sifat bahan pendingin:
- mempunyai penyerapan neutron yang rendah
- dapat memindahkan panas dengan baik
- mudah dipompakan
- mempunyai titik beku yang rendah dan titik didih yang
tinggi
- stabil terhadap radiasi maupun suhu tinggi
- tidak korosif
- aman dalam penanganan
- tidak peka terhadap keradioaktifan
Bahan pendingin yang digunakan :
- berwujud gas : udara, gas helium , CO2 dan
uap air
- berwujud cair : air (H2O), air berat (D2O),
logam cair seperti Na dan NaK
6). Bahan perisai adalah suatu bahan untuk melindungi
bejana reaktor terhadap daerah sekelilingnya yang banyak radiasi.
Syarat bahan perisai :
- dapat memperlambat neutron
- dapat menyerap neutron
- dapat menyerap radiasi sinar gamma karena memiliki daya
tembus yang sangat besar.
Jenis. Bahan yang digunakan :
-
Air (H2O)
-
Beton, yang dicampuridengan bahan lain misalnya barit (B(OH)2
- Logam, misalnya logam
besi (Fe), timbal (Pb), Bismut (Bi) , aliase boral (borium aluminium)
7). Pemindah panas : berfungsi untuk memindahkan energi
yang dihasilkan dari reaksi fisi menjadi energi yang dapat dimanfaatkan
Ada 3 jenis reaktor nuklir yang dikenal, yaitu:
- Reaktor air ringan. Menggunakan air ringan (H2O)
sebagai moderator (zat yang dapat mengurangi energi kinetik neutron).
- Reaktor air berat. Menggunakan D2O sebagai
moderator.
- Reaktor Pembiak (Breeder Reactor). Menggunakan
bahan bakar uranium, tetapi tidak seperti reaktor nuklir konvensional, reaktor
ini menghasilkan bahan terfisikan lebih banyak daripada yang digunakan.
B.FUSI INTI
Fusi inti (nuclear fusion) atau reaksi fusi adalah
proses penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Reaksi ini
relatif terbebas dari masalah pembuangan limbah.
Dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk produksi
energi adalah perilaku yang diperlihatkan jika dua inti ringan bergabung atau
berfusi membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak energi yang
akan dilepas selama prosesnya. Fusi inti yang terus-menerus terjadi di matahari
yang terutama tersusun atas hidrogen dan helium.
Reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi
sehingga reaksi ini sering dinamakan reaksi termonuklir. Suhu
di bagian dalam matahari mencapai 15 juta.Aplikasi Fusi Inti yang telah
dikembangkan adalah bom hidrogen.
Manfaat radioisotope
Radioisotop adalah isotop suatu unsur yang radioaktif
yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun
radioaktif memiliki sifat kimia yang sama.
Radioisotop bermanfaat karena radiasi dari radioaktif
suatu radioisotope dapat diditeksi dengan menggunakan alat tertentu, mempunyai
sejumlah energi,dan dapat mempengaruhi bahan tertentu atau sebaliknya.
Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut (untuk
mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok
senyawa) dan sebagai sumber radiasi /sumber sinar.
Radioisotop digunakan sebagai perunut :
Isotop suatu unsur tertentu, radioaktif atau tdk,
mempunyai tingkah laku yang sama dalam proses kimia & fisika.
|
Bidang
|
ISOTOP
|
NAMA
|
PENGUNAAN
|
|
Kedokteran
|
I131I
|
Iod-131
|
Deteksi ktdk
beresan fs tiroid; pengukuran aktifitas hati & metabolisme lemak;
perlakuan untuk kanker tiroid
|
|
85Sr
|
Sr-85
|
Mendeteksi
penyakit jantung
|
|
99Tcm
|
Teknetium-99m
|
Diagnosis
beberapa penyakit
|
|
201Tl
|
Tl-201
|
Mendeteksi
gangguan jantung
|
|
133Xe
|
Ksenon-133
|
Mendeteksi
penyakit paru-paru
|
|
75-Se
|
Se-75
|
Mendeeteksi
penyakit pankreas
|
|
32P
|
Fosfor-32
|
Mendeteksi
penyakit mata
|
|
51Cr
|
Kromium-51
|
Penentuan volume
sel darah & volume darah total
|
|
58Co
|
Kobalt-58
|
Penentuan serapan
vit. B12
|
|
59Fe
|
Besi-59
|
Pengukuran laju
pembentukan & umur sel darah merah
|
|
Hidrologi
|
24Na
|
Natrium-24
|
Dalam bentuk
karbonat
Deteksi kebocoran
pipa air bawah tanah
|
|
24Na
|
Natrium-24
|
Mempelajari
aliran air sungai
|
|
32P
|
Fosfor-32
|
Deteksi kanker
kulit /kanker jaringan yg terbuka krn operasi
|
|
3 H
|
Tritium
|
Penentuan total
air tubuh
|
|
Ilmu pengetahuan
|
131I
|
Iodium-131
|
Mempelajari
kesetimbangan dinamis
|
|
18O
|
Oksigen-18
|
Mempelajari
reaksi esterifikasi
|
|
14C
|
Karbon-14
|
Mempelajari
mekanisme fotosintesis
|
Radioisotop yang
banyak digunakan sebagai sumber radiasi:
a.
Dalam bidang kedolkteran :
·
Co-60 digunakan sebagai sumber sinar
gammauntuk terapi tumor dan kanker.
·
P-32 digunakan untuk mengobati
leukemia.
·
Co-60 dan Cs-137 digunakan dalam
sterilisasi.
·
Ra-226 dugunakan untuk terapi kanker
b.
Bidang industri
Sinar
gamma yang dihasilkan oleh beberapa radioisotope digunakan untuk memeriksa cacat pada logam atau
sambungan las, pengawetan kayu dan barang-barang seni, mengontrol ketebalan
bahan
c.
Bidang pertanian
Radiasi-radiasi
yang dihasilkan oleh beberapa radioisotope digunakan untuk membasmi hama
dan dalam pemuliaan tanaman, penyimpanan makanan.
