KIMIA INTI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  LATAR BELAKANG

Kimia inti adalah ilmu yang mempelajari struktur inti atom dan pengaruhnya terhadap kestabilan inti serta reaksi-reaksi inti yang terjadi pada proses peluruhan radio nuklida dan transmutasi inti. Penggunaan teknik-teknik kimia dalam mempelajari zat radioaktif dan penggunaan keradioaktifan untuk menyelesaikan persoalan kimia dipelajari dalam bidang radiokimia. Sedangkan bidang ilmu kimia yang mempelajari efek radiasi yang dipancarkan oleh zat radioaktif terhadap materi dan perubahan kimiawi yang menyertainya disebut kimia radiasi[1]

Dewasa ini kita sering mendengar tenaga listrik pembangkit nuklir, radiasi dan sebagainya. Sebagian dari kita merasa takut dan menghindarinya. Di beberapa negara, PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) sudah banyak dikembangkan dan dimanfaatkan, tidak hanya itu radioaktifitas juga memiliki banyak manfaat. Tetapi mengapa dinegara dengan uranium melimpah seperti Indonesia belum mampu mengembangkan dan memanfaatkannya? Lalu bagaimana dengan bom nuklir yang menghancurkan kota Hiroshima dan Nagasaki, adakah hubungannya dengan kimia inti?

1.2  RUMUSAN MASALAH

1.      Apakah sifat reaksi inti ?

2.      Bagaimanakah inti yang stabil?

3.      Apa sajakah Radioaktifitas yang ada di alam?

4.      Apa yang dimaksud transmutasi inti?

5.      Apa yang dimaksud dengan reaksi fisi dan fusi inti

6.      Apa sajakah kegunaan isotop?

7.      Apakah dampak biologis dari radiasi?

BAB II

PEMBAHASAN

1.     SIFAT REAKSI INTI

Inti merupakan padatan pada pusat atom yang berisi proton dan neutron.  Sementara itu, elektron berada di luar inti, yaitu pada tingkat-tingkat energi tertentu (kulit atom). Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan, dan elektron bermuatan negatif. Atom yang bersifat netral mengandung jumlah proton dan elektron sama, tetapi jumlah neutron suatu atom pada unsur dapat bervariasi. Atom dari unsur-unsur yang sama dan memiliki jumlah neutron yang berbeda disebut sebagai isotop. Semua unsur yang memiliki nomor atom lebih besar dari 83 adalah unsur radioaktif.

Jenis lain radioaktifitas dikenal sebagai transmutasi inti, yang dihasilkan oleh pemboman inti oleh neutron, proton atau inti lain. Terdapat tiga cara utama yang menyebabkan terjadinya peluruhan isotop radioaktif secara alami yaitu : pemancaran partikel alfa (α), pemancaran partikel beta (β), pemancaran radiasi gamma (γ). Selain itu, terdapat pula dua cara peluruhan radioaktif yang kurang umum, yaitu : pemancaran positron (β⁺), penangkapan elektron (e^-)

1.1    Menyetarakan Persamaan Inti

Kita dapat meramalkan suatu partikel radioaktif yang meluruh dengan mengetahui partikel lainnya. Ramalan ini melibatkan penyetaraan reaksi inti (reaksi inti adalah reaksi yang melibatkan perubahan pada struktur inti). Penyetaraan reaksi inti merupakan suatu proses yang sangat sederhana. Dalam reaksi inti, kita mengenal istilah reaktan dan produk. Reaktan adalah senyawa yang digunakan, sedangkan produk merupakan senyawa baru yang terbentuk.Untuk semua reaksi inti yang harus disetarakan, jumlah semua nomor atom pada sisi kiri tanda panah harus sama dengan jumlah semua nomor atom pada sisi kanan tanda panah. Hal yang sama juga berlaku untuk jumlah nomor massa[2]

Dalam menyetarakan persamaan inti terdapat dua aturan yaitu:

a.         Jumlah total proton ditambah neutron dalam produk dan dalam reaktan harus sama (kekekalan nomor massa)

b.        Jumlah total muatan inti dalam produk dan dalam reaktan harus sama (kekekalan nomor atom)[3]

2.  TEORI KESTABILAN INTI

2.1  Pengertian Kestabilan Inti

Inti menempati bagian yang sangat kecil dari volume suatu atom, tetapi mengandung sebagian besar massa dari atom karena baik proton maupun neutron berada didalamnya. Dalam mengkaji stabilitas inti atom, ada baiknya kita mengetahui tentang kerapatannya, agar kita  menyadari betapa rapatnya semua partikel itu dikemas. Sebagai contoh perhitungannya kita asumsikan bahwa  suatu inti mempunyai jari-jari 5 × 10 ̄ ³ pm pada massa 1 × 10 ̄ ²² g. Angka-angka ini kira-kira sama dengan inti atom yang mengandung 30 proton dan 30 neutron.[4] Kerapatan yang sangat tinggi dari inti membuat kita ingin tahu apa yang membuat pratikel-pratikel tersebut begitu rapat.

 Interaksi saat elektrolisis diketahui bahwa muatan sejenis saling tolak dan muatan tak sejenis saling tarik. Tentu kita akan menduga bahwa proton-proton akan saling tolak sangat kuat, terutama mengingat letak mereka yang begitu berdekatan. Dan memang demikianlah adanya. Namun, selain tolakan , ada juga tarik-menarik jarak pendek antara proton dan proton, proton dengan neutron, dan neutron dan neutron. Stabilitas semua inti ditentukan oleh selisih antara tolakan elektrolistik dan tarikan jarak pendek. Jika tolakan melampaui tarikan, inti terdisintegrasi (meluruh), memancarkan partikel dan atau radiasi. Jika tarikan melampaui tolakan, inti menjadi stabil.

2.2 Faktor Penentu Kestabilan Suatu Inti

            Faktor utama yang menentukan suatu inti satabil atau tidak ialah perbandingan neutron-terhadap-proton (n/p). Atom stabil dari unsur yang mempunyai nomor atom rendah, nilai n/p mendekati 1. Meningkatnya nomor atom, perbandingan neutron terhadap proton dari inti stabil menjadi lebih besar dari 1. Penyimpangan pada nomor-nomor atom yang lebih tinggi ini muncul karena dibutuhkan lebih banyak neutron untuk melawan kuatnya tolak-menolak pada proton-proton ini dan menstabilkan inti. Kestabilan inti tidak dapat di ramalkan, namun ada beberapa aturan berikut yang berguna dalam mempredeksi stabilitas inti, yaitu sebagai berikut[5]:

1.   Inti yang mengandung 2, 8, 20, 50, 82, atau 126 proton atau neutron biasanya lebih stabil dibandingkan inti yang jumlah proton atau neutronnya bukan inti. Contohnya, ada 10 isotop stabil timah (S2 ) dengan nomor atom 50 dan hanya 2 isotop stabil antimony (Sb) dengan nomor atom 51. Bilangan 2, 8, 20, 50, 82, dan 126 dinamakan bilangan ajaib. Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama dengan banyaknya elektron untuk gas mulia yang sangat stabil (yaitu 2, 10, 18, 36, 54, dan 86 elektron).

2.   Inti dengan bilangan genap proton dan neutron biasanya lebih stabil dibandingkan apabila keduanya memiliki bilangan yang genap.

3.   Semua isotop dari unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar dari 83 bersifat radioaktif. Semua isotop tiknetium (Tc, Z = 43) dan prometium (Pm, Z=61) adalah radioaktif.

4.   Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan angka banding neutron-proton yang cocok.[6] Teori pasangan nukleon nuklida yang tidak stabil akan selalu meluruh (memancarkan partikel) untuk mencapai kestabilan agar energi ikat rata-rata nukleonnya bertambah energi rata-rata itu berbeda antara satu nuklida dengan yang lainnya. Yang menarik adalah adanya puncak-puncak pada ⁴He, ¹²C, ¹⁶O, ¹⁰Ne dan ²⁴Mg). Berarti nuklida tersebut mempunyai  energi ikat rata-rata lebih besar daripada nuklida didekatnya, dengan memperhatikan nukleonnya, ⁴He (2p-2n), ¹²C (6p-6n), ¹⁶O (8p-8n) dan seterusnya mempunyai proton dan neutron genap. Dengan kata lain kestabilan inti ditentukan oleh genap atau ganjilnya proton dan neutron ini didukung oleh fakta bahwa lebih dari setengah jumlah nuklida yang stabil mempunyai proton dan neutron genap.[7]

2.3. Pita Kestabilan

 Inti-inti stabil terletak disuatu daerah pada grafik dan dikenal sebagai pita stabilitas (belt of stability). Kebanyaknya inti radioaktif terletak diluar pita ini. Diatas pita stabilitas, inti mempunyai pebandingan neutron terhadap proton lebih tinggi dibandingakan di dalam pita (untuk jumlah proton yang sama). Untuk menurunkan perbandingan ini (dan dengan demikian, bergerak turun ke arah pita stabilitas), inti-inti ini mengalami proses yang dinamakan pemancaran (emission) partikel ß. Pemancaran partikel ß mengakibatkan peningkatan jumlah proton dalam inti dan inti sekaligus menurunkan jumlah neutron.

Gambar 2.1. Isotop Stabil dan Pita Stabilitas

Dibawah pita stabilitas ini, inti mempunyai perbandingan neutron terhadap proton lebih rendah dibandingkan pita ( untuk jumlah proton yang sama ). Untuk meningkatkan perbandingan ini ( dan dengan demikian bergerak naik kearah pita stabilitas) , inti-inti ini bisa memancarkan positron atau bisa juga mengalami penangkapan elektron.

Penangkapan elektron ( electron capture ) ialah tertangkapnya sebuah elektron-biasanya electron 1s oleh  inti. Elektron yang ditangkap bergabung dengan proton membentuk neutron  sehingga nomor atom menurun sebanyak satu sementara nomor masa tetap sama. Proses ini mempunyai efek bersih yang sama dengan pemancaran positron.[8]

2.4. Energi Ikatan Inti

            Satu ukuran kuantitatif dari stabilitas inti ialah energi ikatan inti (nuclear binding energy), yaitu energi yag diperlukan untuk memecah inti menjadi kompen-komponennya, proton dan neutron. Kuantitas ini menyatakan konfersi massa menjadi energi yang terjadi selama berlangsungnya reaksi inti eksotermik yang menghasilkan membentuk inti. Konsep energi ikatan inti berkembang dari kajian sifat-sifat inti yang menunjukan bahwa massa inti lebih rendah dari pada massa nukleon, yaitu istilah umum untuk proton dan neutron dalam inti. Misalnya,  isotop ¹⁹Fe  mempunyai massa atom 18,9984 sma. Intinya mempunyai 9 proton dan 10 neutron dan dengan demikian totalnya 19 nukleon . dengan menggunakan massa atom H yang  diketahui (1,007825 sma) dan neutron (1,008665 sma) , ketika dapat melakukan anilisis berikut . Massa  9 atomH  (artinya, massa 9 proton dan 9 elektron) ialah

 9 × 1,007825 sma = 9,070425 sma

Dan massa 10 neutron ialah

             10 × 1,008665 sma = 10,08665 sma

Jadi, massa atom dari atom Fe  dapat dihitung dari jumlah elektron, proton, dan neutron yang diketahui :

            9,070425 sma + 10,08665 sma = 19,15708 sma

Yang lebih besar daripada 18,9984 sma (massa terukur dariFe) sebanyak 0,1587 sma. Selisih antara massa atom dan jumlah massa dari proton, neutron, dan electron di namakan cacat massa (mass defect). Teori relativitas menyatakan bahwa kehilangan massa muncul sebagai energi (kalor) yang dilepas ke sekeliling. Jadi pembentukan ¹⁹Fe adalah eksotermik. Berdasarkan hubungan kesetaraan massa-energi Enstein (E = mc², dimana e adalah energi, m adalah massa, dan c adalah kecepatan cahaya), kita dapat menghitung kebanyakan enrgi yang dilepaskan . Kita mulai dengan menuliskan

                        ∆E = (∆m) c²

Dimana ∆E dan ∆m Adalah

∆E = energi produk – energi reaktan

∆m = massa produk – massa rekatan

Jadi, kita mempunyai perubahan massa

∆m = 18,9984 sma – 19,15708 sma

                               =  -0,1587 sma

Karena Fe mempunyai massa yang lebih kecil daripada massa yang dihitung dari banyaknya elektron dan nukleon yang ada, ∆m menjadi bernilai negative. Akibatnya ∆E juga bernilai negative ; artinya, energi dilepas ke sekeliling sebgai akibat pembentukan inti fluorin-19. Dengan demikia, kita menghitung ∆E sebagai berikut :

∆E = (-0,1587sma) (3,00 × 10⁸ m/s)²

= -1,43 × 10¹⁶ sma m²/s²

Dengan faktor konversi

            1 kg = 6,022 × 10²⁶Sma

            1 J   = 1 kg m²/s²

Kita dapatkan  

∆E = -1,43 m²/s² sma m²s^-1 × 10^-26  × kg m^-2s^-2

      = -2,37 × 10^-11 J

Ini merupakan banyaknya energy yang dilepas bila satu inti flourin-19 di bentuk dari 9 proton dan 10 neutron. Energi ikatan inti dari inti ini ialah 2,37 × 10^-11 J, yaitu banyaknya energi yang diperlukan untuk menguraikan intinya ini menjadi proton dan neutron yang terpisah. Dalam pembentukan 1 mol inti flourin, misalnya, energi yang dilepaskan ialah

∆E = (-2,37 × 10^-11 J)(6,002 × 10²³/mol

     = -1,43 × 10¹³ J/mol

     = -1,43 × 10¹⁰ kJ/mol

Dengan demikian, energi ikatan inti adalah -1,43 × 10¹⁰ kJ/mol untuk 1 mol inti flourin-19 , yang merupakan kuantitas yang sangat besar bila kita bandingkan dengan entalpi reaksi kimia biasa yang hanya 200 kJ. Cara ini kita dapat gunakan untuk menghitung energi ikatan dari inti apa pun.

            Energi ikatan ini merupakan penanda stabilitas inti. Namun, dalam membandingkan stabilitas dua inti, kita harus mempertimbangkan fakta bahwa mereka mempunyai jumlah nucleon yang berbeda. Alasan ini akan lebih berguna jika menggunakan energi ikatan inti per nukleon, yag di definisikan sebagai

                        Energi ikatan inti per nukleon = energi ikatan inti : banyaknya nucleon.

Untuk inti fluorin-19,

                        Energi ikatan  inti per nucleon = 2,37 ×  10^-11 J : 19 nukleon

                                                                         = 1,25 × 10^-12J/nukleon

            Energi ikatan inti per nukleon memungkinkan kita membandingkan stabil inti dari semua inti dengan basis yang sama. Energi ikatan per nucleon tettinggi dimiliki unsur dengan nomor massa menengah-yaitu antara 40 dan 100 dan yang terbesar adalah pada daerah unsure besi, kobalt dan nikel (unsure golongan VIII B) dari tabel periodik. Ini berarti bahwa gaya tarik bersih di antara partikel-partikel (proton dan neutron) adalah yang terbesar untuk inti unsur-unsur tersebut.[9]

3. RADIOAKTIFITAS ALAMI

             adalah nuklida yang bernomor atom dan bernomor massa yang tinggi dan stabil, inti diluar pita stabilitas serta inti yang memiliki proton lebih besar dari nuklida diatas (83 proton), cenderung tidak stabil. Pemancaran (emisi) spontan oleh inti tak stabil berupa partikel atau radiasi elektromagnetik, keduanya dikenal sebagai radioaktifitas. Jenis-jenis radiasi utama adalah partikel a ( dua kali inti helium bemuatan, /); partikel b (elektron, ); partikel γ, dengan panjang gelombang elektromagnetik yang sangat pendek (0,1 nm sampai 10^-4nm); pancaran positron; dan penangkapan elektron.

3.1. Deret Radioaktif

            Inti radioaktif tidak selalu meluruh dan menghasilkan inti anak yang stabil. Seringkali inti anak juga tidak stabil, sehingga terjadi peluruhan berikutnya yang juga belum tentu stabil. Setelah beberapa kali meluruh, akan terbentuk inti yang benar-benar stabil. Tahapan-tahapan peluruhan tersebut akan mengikuti suatu urutan yang disebut deret radioaktif. Peluruhan yang demikian disebut peluruhan berantai.

Masing-masing deret radioaktif diberi nama dengan inti induknya. Deret radioaktif 4n + 2 diberi nama deret uranium. Deret radioaktif 4n + 3 diberi nama deret aktinium. Deret 4n diberi nama deret Thorium dan deret 4n + 1 diberi nama deret Neptunium.

Tabel 3.1. Deret Radioaktif Alam[10]

Deret radioaktif menggambarkan bentuk transformasi dan masing-masing deret terdiri dari urutan produk nuklida anak yang semuanya dapat diturunkan dari nuklida induk.

3.2.Kinetika Peluruhan Radioaktif

Seluruh peluruhan radioaktif termasuk dalam kinetika orde pertama. Dengan demikian laju peluruhan radioaktif dapat dirumuskan

Laju peluruhan dalam waktu t = l N

l = konstanta laju pertama                         (s^-1)

N=banyaknya inti radioaktif pada waktu t (atom)

Persamaan diatas merupakan proses orde pertama:

            Laju= k. [A]

            Ln ­ = -k.t

            Ln ­ = -ʎ.t

            Log ­ =

            T_1/2 =

            Waktu paruh dari isotop radioaktif sangat beragam dari inti ke inti. Contohnya, kita temukan kasus ekstrim dibawah ini

                           +                      T_1/2= 4,51 x 10⁹  tahun = 5,92 x 10¹⁵s

                          +                     T_1/2 = 1,6 x 10^-4 s

Dari data diatas kita dapat melihat perbedaan yang sangat besar ( ± 10²¹). Konstanta laju tidak dipengaruhi oleh perubahan kondisi lingkungan seperti suhu dan tekanan. Sifat yang tak lazim ini tidak ditemukan pada reaksi kimia biasa.

3.3. Penentuan Umur Spesimen Berdasarkan Peluruhan Radioaktif

a.       Radiokarbon

Diatmosfer selalu terjadi penembakan nitrogen oleh sinar kosmik menghasilkan karbon-14 yang radioaktif. Karbon ini memasuki biosfer dan dipakai dalam proses fotosintesis. Lama kelamaan terjadi keseimbangan antara karbon 14 yang diterima dan yang meluruh dalam tubuh tumbuhan dan hewan, sehingga keaktifan menjadi 15,3 dpm/g dan ternyata konstan untuk beberapa ribu tahun. Jika organisme ini mati keaktifan atom karbon ini akan menurun. Keadaan ini dapat digunakan untuk menaksir umur spesimen. Dengan menggunakan rumus=

Ln ­ = -k.t

t=  Ln ­

t=  Ln ­

Cara ini efektif untuk menaksir umur objek dibawah 50.000tahun.

b.      Isotop Uranium-238

Dalam mineral bumi kita menemukan beberapa isotop timbal 206 yang terbentuk lewat peluruhan radioaktif. Dari keadaan ini kita dapat mengetahui umur batuan dibumi dan objek diluar angkasa. Dengan anggapan bahwa awalnya mineral ini belum pernah mengalami perubahan kimia yang dapat menyebabkan isotop timbal 206 terpisah dari uranium. Dalam menaksir umur batuan kita gunakan perbandingan masa  terhadap. Setiap satu mol atau 238g uranium yang mengalami perubahan sempurna , satu mol atau 206 gram terbentuk. Jika hanya setengah mol uranium 238 yang mengalami peluruhan, perbandingan massanya menjadi²⁰⁶Pb/²³⁸U menjadi

                                      = 0,866

Proses tersebut akan membutuhkan waktu paruh 4,51 x 10⁹tahun untuk berlangsung hingga selesai.

                               + 8  + 6                           t_1/2 = 4,51 x 10⁹tahun

Perbandingan yang lebih besar menandakan batuan tersebut umurnya lebih tua dari 4,51 x 10⁹tahun begitupun sebaliknya.

c.       Isotop Kalium–40

Isotop radioaktif Kalium–40 meluruh lewat beberapa cara, tetapi peluruhan yang relevan dengan penarikhan/dating ialah yang berhubungan dengan penangkapan elektron:

                          +                                                     t_1/2 = 1,2 x 10⁹ tahun

Akumulasi  gas argon-40 digunakan untuk menaksir umur spesimen. Ketika atom kalium –40 dalam mineral meluruh, argon-40 terjebak dalam kisi mineral dan dapat dilepas hanya jika material dilelehkan. Dengan demikian, pelelehan merupakan prosedur untuk menganalisis sampel mineral dilaboratorium. Bannyaknya argon-40 yang ada dapat dengan mudah diukur menggunakan spektrometer massa. Dari perandingan argon-40 terhadap kalium-40 dalam mineral dan waktu peluruhan kita dapat menentukan umur batuan dalam kisaran jutaan sampai miliaran tahun.

4.      TRANSMUTASI INTI

Dalam percobaan Rutherford tahun 1919, telah memunculkan kemungkinan dihasilkannya radioaktif secara buatan. Ketika ia membombardir sampel nitrogen dengan partikel α,reaksi berikut berlangsung:

Suatu isotop oksigen-17 dihasilkan disertai dengan pemancaran proton. Reaksi ini menunjukkan untuk pertama kalinya kemungkinan mengkonversi satu unsur menjadi unsur lain lewat proses transmutasi inti. Transmutasi inti berbeda dari peluruhan radioaktif karena transmutasi inti terjadi akibat tumbukan dua partikel.

Reaksi ini dapat disingkat sebagai α,p). Perhatikan bahwa di dalam tanda kurung, partikel yang memborbardir ditulis dahulu,diikuti dengan partikel yang terpancar. Meskipun unsur ringan biasanya tidak radioaktif, mereka dapat dibuat menjadi radioaktif dengan membombardir intinya dengan partikel yang sesuai. Seperti dalam isotop radioaktif karbon-14 dapat dibuat lewat pembombardiran nitrogen-14 dengan neutron. Tritium,dibuat sesuai dengan pembombardiran berikut:

+ →

Tritium meluruh dengan memancarkan partikel β:

Banyak isotop sintetik dibuat dengan menggunakan neutron sebagai proyektil. Cara ini sangat mudah karena neutron tidak membawa muatan dan dengan demikian tidak ditolak oleh inti. Sebaliknya, bila proyektilnya adalah partikel – partikel bermuatan positif (contohnya, proton atau partikel α), harus ada energi kinetik yang sangat besar untuk mengatasi tolakan elektrostatik diantara mereka sendiri dan inti target. Sintesis fosforus dari aluminium adalah salah satu contohnya:

Pemercepat partikel menggunakan medan listrik dan medan magnet untuk meningkatkan energi kinetika dari spesi bermuatan supaya reaksi bisa terjadi.

             Berbagai rancangan telah dikembangkan untuk pemercepat partikel, dimana salah satunya mempercepat partikel di sepanjang lintasan linear sepanjang sekitar 3 km. Sekarag dimungkinkan untuk mempercepat partikel sampai kecepatan diatas 90 persen kecepatan cahaya. (Menurut teori relativitas Einstein, tidak mungkin partikel bergerak pada kecepatan cahaya karena satu- satunya pengecualian hanyalah foton yang mempunyai massa diam sebesar nol). Partikel berenergi sangat tinggi yang dihasilkan dalam pemercepat ini digunakan oleh fisikawan untuk menghancurkan inti atom menjadi berkeping-keping. Dengan mempelajari keping-kepingan dari penghancur tersebut diperoleh informasi berharga tentang struktur inti dan gaya pengikatan.

4.1 Unsur Transuranium

Pemercepat partikel memungkinkan kita mensintesis apa yang dinamakan unsur-unsur transuranium, yaitu unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar dari 92. Neptunium(Z=93) merupakan yang pertama dibuat pada tahun 1940. Sejak itu, 21 unsur transuraniumlain telah disintesis. Semua isotop dari unsur-unsur tersebut bersifat radioaktif. Berikut tabel unsur transuranium sampai Z=109 beserta reaksi pembentukannya.

TABEL 4.1. Unsur-unsur  Transuranium

Nomor Atom	Nama	Lambang	Pembuatan
93	Neptunium	Np
94	Plutonium	Pu
95	Amerisium	Am
96	Kurium	Cm
97	Berkelium	Bk
98	Kalifornium	Cf
99	Einsteinium	Es
100	Fermium	Fm
101	Mendelevium	Md
102	Nobelium	No
103	Lawrensium	Lr
104	Rutherfornium	Rf
105	Dubnium	Db
106	Seaborgium	Sg
107	Bohrium	Bh
108	Hassium	Hs
109	Meitnerium	Mt

*unsur 110-112 dan 114 telah disintesis tetapi belum dinamai.

5. Fisi Inti

Fisi inti (nuclear fission) ialah proses dimana suatu inti berat (nomor massa > 200) membelah diri membentuk inti-inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron. Karena inti berat kurang stabil dibandingkan produknya dan proses ini melepaskan banyak energi.[11]

            Dalam kurun waktu 1934-1938, secara bersamaan tiga kelompok peneliti yaitu Enrico Fermi di Itali, Joliot Curie-Savitch di Prancis dan Otto Hahn-Fritz Stranssman di Jerman meneliti hasil-hasil reaksi penembakan neutron terhadap senyawa uranium yang bertujuan untuk memperoleh unsur-unsur transuranium (Z > 92). Dari reaksi neutron dan kemudian meluruh dengan pemancaran β^- secara berturut-turut sehingga akan dihasilkan unsur-unsur transuranium. Secara singkat reaksi yang diharapkan adalah:

         .....(5.1)

Hasil analisis terhadap hasil-hasil penembakan neutron Fermi hanya mendapatkan dua unsur transuranium yaitu dengan Z = 93, neptunium dan Z = 94, plutonium. Dilain pihak Joliot Curie-Savitch mengidentifikasi adanya unsur yang sangat mirip dengan lantanium. Sedangkan Otto Hahn dan Strassman menemukan adanya unsur  dan   dalam hasil penembakan uranium dengan neutron termal. Hal ini kemudian dijelaskan oleh Lise Meitner dan Otto Frisch bahwa isotop ²³⁵U menyerap neutron termal tersebut membentuk ²³⁶ yang kemudian terbelah menjadi dua fragmen nuklida yang lebih ringan disertai dengan pelepasan beberapa neutron.[12]

              .......................................(5.2)

Dari sejarah penemuannya diatas dapat dipahami bahwa reaksi fisi dilakukan dalam suatu reaktor atom atau reaktor nuklir  dengan cara menembaki sasaran, yaitu atom atau unsur yang dapat membelah (fisi) menjadi atom yang lebih kecil (hasil belah) yang bersifat radioaktif dengan neutron. Secara umum reaksi fisi dapat dituliskan dalam bentuk persamaan reaksi inti sebagai berikut:

            X + n            X₁  + X₂ ......+ (2~3) n + E ...........................................................(5.3)

Keterangan:

X = inti sasaran, atom atau unsur yang dapat membelah

n = neutron penembak yang semula hanya 1, tetapi setelah reaksi inti manjadi 2 atau 3 neutron baru.

X_1,2 = radionuklida (unsur radioaktif) baru yang merupakan hasil pembelahan.

E = energi hasil reaksi fisi.[13]

Berikut contoh reaksi fisi dari uranium-235:

Agar dapat dipahami lebih jelas, dapat diamati pada gambar 5.1.

Gambar 5.1 Fisi inti dari U-235 ketika menangkap 1 neutron, menghasilkan dua inti yang lebih kecil, rata-rata memancarkan 2,4 neutron untuk setiap U-235 yang membelah.

 

Pada pembelahan inti uranium-235 menjadi dua inti kecil ini ada energi yang dilepaskan. Energi ini dapat diperkirakan dengan cara menghitung selisih antara energi ikat dari reaktan dan produk, adapun perhitungannya sebagai berikut:

(energi ikatan inti ⁹⁰Sr + energi ikat ¹⁴³Xe) – enenergi ikatan inti ²³⁵U = energi

(1,23 x 10^-10 + 1,9 x 10^-10) J – 2,82 x 10^-10 J = 3,3 x 10^-11 J per inti uranium-235

Untuk 1 mol uranium -235, maka energi yang dilepaskan adalah (3,3 x 10^-11) (6,02 x 10²³), atau 2,0 x 10¹³ J. Ini merupakan reaksi yang sangat eksotermik, terutama jika dibandingkan dengan kalor pembakaran 1 ton batu bara yang hanya sekitar 5 x 10⁷ J.[14]

5.1. Jenis Reaksi Fisi

            Berdasarkan jumlah neutron yang dihasilkan pada reaksi fisi, dikenal 2 jenis reaksi fisi. Kedua reaksi fisi tersebut adalah:[15]

1)      Reaksi fisi terkendali, yaitu reaksi fisi yang jumalah neutron hasil reaksi fisi terkendalikan  sehingga tatap sama dengan 1, seperti pada keadaan neutron semula. Paada reaksi fisi terkendali ini sebelum dan sesudah reaksi tetap sama dengan satu. Hal ini dapat tercapai dengan menyerap kelebihan neutron. Reaksi fisi terkendali umumnya terjadi didalam reaktor nuklir.

2)      Reaksi fisi tak terkendali, yaitu reaksi fisi yang jumlah neutron setelah pembelahan tidak dikendalikan, sehingga neutron hasil pembelahan mungkin akan menembak sasaran lain sehingga akan dihasilkan lebih banyak lagi radionuklida baru, seperti halnya yang terjadi pada ledakan bom atom. Akibat reaksi fisi tak terkendali adalah terjadinya reaksi berantai (yaitu serangkaian reaksi fisi inti yang dapat berlangsung sendiri tanpa bantuan).

Untuk lebih memahami bagaimana reaksi fisi terkendali dan bagaimana reaksi fisi tak terkendali terjadi, dapat dilihat ilustrasi paga gambar 5.2 dan 5.3.

 

Gambar 5.2 Reaksi Fisi Terkendali

 

Gambar 5.3 Reaksi fisi tak terkendali

6. Fusi Inti

            Fusi inti (nuclear fusion) yaitu penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Unsur yang paling ringan stabilitas intinya meningkat dengan meningkatnya nomor masa. Hal ini memperlihatkan bahwa jika dua inti bergabung dan membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak energi akan dilepas dalam prosesnya. Ini merupakan dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk produksi energi.[16]

Contoh reaksi fusi adalah sebagai berikut:

 

Reaksi fusi tersebut diatas sering ditulis dengan:

 

Keterangan:

P>>>            = tekanan yang sangat tinggi sehingga wadah untuk terjadinya reaksi fisi harus kuat, dapat menahan tekanan yang tinggi tersebut.

T>>>            = suhu untuk memicu reaksi fusi sangat tinggi.

E>>>            = energi (panas) yang dihasilkan dari reaksi fusi sangat tinggi.

D² (₁H²)        = deuterium atau hidrogen dua untuk bahan reaksi tersebut diperoleh dari destilasi     air laut untuk diambil deuteriumnya.

T³(₁H¹)          = tritium atau hidrogen tiga didapat dari unsur yang ada pada kulit bumi(kerak bumi).

Ilustrasi reaksi fusi seperti contoh tersebut diatas dapat dilihat pada gambar berikut:[17]       

Gambar 6.1 Reaksi Fusi

            Reaksi fusi inti ini terjadi secara terus menerus di matahari. Karena komponen penyusun matahari adalah hidrogen dan helium. Di bagian dalamnya dimana suhu mencapai sekitar 15 juta derajat celsius, reaksi fusi ini dipercaya terjadi :

Karna reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang  sangat tinggi, reaksi ini sering dinamakan reaksi termonuklir.

7. PENGGUNAAN  ISOTOP

            Dinegara-negara maju penggunaan dan penerapan keradioaktifan telah dilakukan diberbagai bidang. Radioisotop ialah isotop suatu unsur yang radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun yang radioaktif memiliki sifat kimia yang sama[18]. Isotop radioaktif dan stabil banyak diterapkan dalam ilmu pengetahuan dan pengobatan[19]. Beberapa diantaranya:

1.    Bidang Kimia dan Industri

a.    Penetapan struktur

Rumus ion tiosulfat S₂O₃^2-. Selama bertahun-tahun kimiawan merasa tidak pasti apakah kedua atom sulfur menempati posisi yang setara dalam ion ini. Ion tiosulfat dibuat dengan mereaksikan ion sulfit dengan unsur sulfur :

                        SO₃^2-_(aq)  + S_(s) → S₂O₃^2- _(aq)                                    ( 7.1 )

Ketika tiosulfat direaksikan dengan asam encer, reaksinya berbalik. Ion sulfit terbentuk kembali dan unsur sulfur mengendap :

                        S₂O₃^2- _(aq) → SO₃^2-_(aq) + S_(s)                                         ( 7.2 )

Jika urutan ini dimulai dengan unsur sulfur yang diperkaya dengan isotope sulfur-35 radioaktif, isotop ini bertindak sebagai “label” bagi atom S. Semua label dapat dijumpai dalam  endapan sulfur dalam Persamaan 7.2, tidak satupun muncul ion sulfit akhir. Maka jelaslah bahwa kedua atom sulfur dalam  S₂O₃^2-  secara structural tidak setara. Jika tidak, isotop radioaktif akan ada dalam unsur yang mengendap maupun dalam ion sulfit.  

b.    Pemrosesan Radiasi

Istilah ini menjelaskan penggunaan radiasi pengion –sinar gamma dari ⁶⁰Co atau berkas elektron dari pemacu elektron. Penggunaan yang lebih intensif adalah dalam pemecahan, pembentukan ulang dan jembatan lantai polimer untuk mempengaruhi sifat-sifat fisis dan mekanis dari plastik yang digunakan dalam produksi busa, penyekat listrik dan bahan-bahan pengepakan. Aspek penting dari pemrosesan radiasi, berbeda dengan analisis pengaktifan netron, sebagai contoh bahan yang tidak diradiasi  (iradiated) tidak mengandung radioaktif, yang juga menarik adalah kenyataan bahwa pemrosesan radiasi dapat menghasilkan pengaruh yang diinginkan pada biaya energi yang murah.[20]

c.    Pengkajian Fotosintesis

Pengkajian fotosintesis juga kaya akan penerapan isostop. Reaksi fotosintesis kesluruhan dapat digambarkan sebagai :

            6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Isotop ¹⁴C radioaktif telah membantu menetapakan lintasan karbon dalam fotosintesis. Dimulai dengan ¹⁴CO₂, kita dapat mengisolasi  produk antara selama fotosintesis dan mengukur banyaknya radioaktivitas dari setiap senyawa yang mengandung karbon. Dengan cara ini , lintasan mulai dari CO₂ melalui berbagai senyawa antara sampai karbohidrat dapat dipetakan dengan jelas. Isotop , terutama isotop radioaktif yang digunakan untuk merunut lintasan atom suatu unsur dalam proses kimia atau biologi dinamakan  perunut (tracer).

d.   Perunut Radioaktif ( Radioactive Tracers )

Sifat yang berbeda pada isotop radioaktif dibandingkan non-radioaktif adalah ketidakmampuan intinya dan bukan pada sifat fisika maupun kimianya. Jadi dalam setiap proses fisika maupun kimia kedua macam isotop ini diharapkan berkelakuan sama.

Dalam industry, pemakaian perunut juga banyak. Jalan suatu katalis di pabrik kimia dapat diikuti dengan manggabungkan perunut radioaktif pada katalis, sebagai contoh ¹⁹²Ir pada katalis Pt-Ir. Dengan mengikuti kereaktifan ¹⁹²Ir kita dapat menentukan kecepatan pengangkutan katalis tersebut dan ke arah mana dari pabrik.[21]

Keuntungan utama dari penggunaan isotope radioaktif sebagai perunut ialah karena isotop tersebut mudah dideteksi. Meskipun dalam jumlah kecil, keberadaannya dapat dideteksi lewat teknik fotografi atau dengan alat yang disebut pencacah (counter)[22].

2.      Bidang Kedokteran

            Perunut juga digunakan untuk diagnosis dalam kedokteran . Natrium -24 (pemancar β dengan waktu paruh 14,8 jam )  yang disuntikan kedalam aliran darah sebagai larutan garam dapat dipantau untuk merunut aliran darah dan medeteksi kemungkinan penyumbatan atau penyempitan dalam sisitem peredaran. Iodin-131 (pemancar β dengan waktu paruh 8 hari) telah di gunakan untuk untuk menguji aktifitas kelenjar tiroid. Tiroid yang tidak berfungsi dapat di deteksi dengan cara memberi minum pasien suatu larutan yang mengandung sejumlah tertentu Na¹³¹I dan mengukur radioaktivitas tepat di atas tiroid untuk melihat apakah iodin di serap dengan laju normal. Tentu saja, banyaknya radioisotop yang di gunakan dalam tubuh manusia harus tetap kecil; jika tidak, pasien dapat menderita kerusakan permanen akibat radiasi berenergi tinggi. Isotope radioaktif lain dari iodin. Yaitu iodin-123 (pemancar sinar y), di gunakan untuk menangkap citra otak[23]. Selain itu dengan dosis rendah radiasi pengion dapat menyebabkan kanker, tetapi radiasi tersebut juga (khususnya sinar gamma) dapat digunakan dalam pengobatan kanker. Dewasa ini pengobatan radiasi dengan menggunakan berkas netron dilakukan terhadap beberapa bentuk kanker.

3.    Bidang Pertanian

Radiasi gamma dapat digunakan untuk memperoleh bibit unggul dan radioisotop fosfor untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh tanaman.

4.    Bidang Industri

Untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam dalam tanah atau beton, menentukan kehausan atau keroposan yang terjadi pada bagian pengelasan antar logam.

5.    Penentuan umur batuan atau fosil

8. DAMPAK BIOLOGIS DARI RADIASI

Dibagian ini kita akan membahas secara ringkas efek radiasi pada system biologis. Akan tetapi, pertama-pertama kita definisikan ukuran radiasi secara kuantitatif. Satuan dasar dari radioaktivitas ialah curie (Ci); 1 Ci tepat sama dengan 3,70 x 10¹⁰ disintegrasi (peluruhan) inti per detik.  Laju peluruhan ini setara dengan peluruhan 1 g radium. Satu milicurie (mCi) ialah seperseribu curie. Jadi, mCi dari sampel karbon -14 ialah kuantintas yang mengalami

                        (10 x 10^-3)(3,70 x 10¹⁰) = 3,70 x 10⁸

Disintegrasi per detik. Intensitas radiasi bergantung pada banyaknya disintegrasi serta pada energy dan jenis radiasi yang dipancarkan. Satu satuan yang umum digunakan untuk dosis radiasi yang diserap ialah rad (Radiation Absorbed Dose ), yaitu banyaknya radiasi yang menghasilkan  penyerapan 1 x 10^-5 J per gram materi yang diradiasi. Efek biologis dari radiasi. Dengan alasan ini rad sering dikalikan dengan sebuah faktor yang dinamakan RBE (Relative Biological Effecttiviness). Hasilkalinya dinamakan rem (Roentgen Equivalent for Man).

                        1 rem = 1 rad x 1 RBE

Dari ketiga jenis radiasi inti, partikel α biasanya mempunyai daya tembus paling rendah. Partikel beta mempunyai daya tembus lebih besar daripada partikel α, tetapi lebih kecil dibandingkan daya tembus sinar –γ. Sinar gamma mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek dan energi tinggi. Selain itu, karena sinar gamma tidak mempunyai muatan maka sinar ini tidak dapat dihentikan oleh materi penghalang seperti yang mudah dilakukan untuk partikel α dan β. Bagaimanapun, jika pemancar α atau β masuk kedalam tubuh , efek kerusakannya semakin besar karena organ terus menerus disinari oleh radiasi yang merusak dalam jarak dekat. Contohnya strontium -90, suatu pemancar β dapat menggantikan kalsium dalam tulang , dimana kerusakan paling hebat akan timbul.

 Perlu ditekankan bahwa pemaparan (exposure) jangka pendek pada radiasi, dengan dosis 50-200 rem akan mengakibatkan penurunan jumlah sel darah putih dan komplikasi lain, sementara dosis 500 rem atau lebih besar dapat mengakibatkan kematian dalam hitungan minggu. Standar keamanan saat ini mengizinkan pekerja nuklir terpapar tidak lebih dari 5 rem per tahun dan menentukan maksimum 0,5 rem dari radiasi buatan per tahun umtuk khalayak umum.

            Dasar kimia dari kerusakan radiasi ialah radiasi ionisasi . Radiasi dari partikel α dan β atau sinar –γ dapat mengambil electron dari atom dan molekul yang terlewati olehnya, mengakibatkan pembentukan ion dan radikal. Sebagai contoh, ketika air diradiasi dengan sinar –γ, reaksi berikut akan berlangsung :

            Didalam jaringan , ion superoksida  dan radikal lain menyerang membrane sel dan inang senyawa organik, seperti molekul enzim dan DNA. Senyawa organik sendiri dapat langsung terionisasi dan dihancurkan oleh radiasi berenergi tinggi.

            Telah lama diketahui bahwa pemaparan pada radiasi berenergi tinggi dapat menyebabkan timbulnya kanker pada manusia dan hewan lain. Ciri-ciri kanker ialah pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Sebaliknya, juga telah diketahui bahwa sel kanker dapat dihancurkan lewat pengobatan radiasi secara benar. Radiasi yang digunakan untuk pasien harus cukup untuk merusak sel kanker tanpa membunuh terlalu banyak sel normal dan diharapkan tanpa menimbulkan bentuk kanker lain.

Tabel 8.1. Rata-Rata Dosis Radiasi Tahunan untuk Orang Amerika

Sumber	Dosis (mrem/thn)
Sinar kosmetik	20-50
Bumi dan sekeiling	25
Tubuh manusia	26
Sinar- X medis dan kedokteran gigi	50-75
Perjalanan udara	5
Jatuhan dari uji senjata	5
Limbah nuklir	2
Total	133-138

           

Radiasi yang merusak sistem biologis secara umum disebut sebagai radiasi somatic atau genetic. Luka somatic ialah luka yang mempengaruhi organisme seumur hidupnya. Sengatan matahari , kulit gatal merah, kanker, dan katarak adalah beberapa contoh somatic. Kerusakan genetic berarti perubahan yang diwariskan atau mutasi gen. Contohnya kromosomnya telah rusak atau berubah oleh radiasi kemungkinan akan mempunyai keturunan yang cacat[24].

                                                                                     

BAB III

PENUTUP

1.1.KESIMPULAN

Inti merupakan padatan pada pusat atom yang berisi proton dan neutron. Terdapat tiga cara utama yang menyebabkan terjadinya peluruhan isotop radioaktif secara alami yaitu : pemancaran partikel alfa (α), pemancaran partikel beta (β), pemancaran radiasi gamma (γ).Inti menempati bagian yang sangat kecil dari volume suatu atom, tetapi mengandung sebagian besar massa dari atom karena baik proton maupun neutron berada didalamnya.

Inti-inti stabil terletak disuatu daerah pada grafik dan dikenal sebagai pita stabilitas (belt of stability). Kebanyaknya inti radioaktif terletak diluar pita ini. Semua nuklida yang memiliki nomor atom lebih besar dari 83 biasanya bersifat radioaktif. Tiap nuklida radioaktif mempunyai tetapan keluruhan dan waktu paruh. Laju peluruhan memiliki perhitungan yang sama dengan kinetika orde pertama. Laju peluruhan dapat digunakan untuk memperkirakan umur fosil, batuan, bahkan umur bumi. Pemercepat partikel memungkinkan kita mensintesis apa yang dinamakan unsur-unsur transuranium, yaitu unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar dari 92

Reaksi Fisi inti adalah proses dimana suatu inti berat membelah diri membentuk inti-inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron. Dan reaksi fusi inti adalah penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar.

Isotop radioaktif merupakan perunut yang baikdalam reaksi kimia dan dalam bidang kedokteran. Selain memiliki keuntungan, radioaktif juga dapat menimbulkan dampak yang berbahaya. Penanganan dan penggunaan yang tepat pada atom radioaktif dapat memberikan manfaat yang besar dalam berbagai bidang kehidupan.  

Daftar Pustaka

Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Konsep-konsep Inti, Edisi Ketiga, Jilid 2. Jakarta: Erlangga

Jali, Bunbun. 2002. Kimia Inti. Bandung: ITB.

Partana, Crys Fajar, dkk.Kimia Dasar 2. Yogyakarta: JICA

Petrucci, Ralph H. 1987.Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Jilid 3. Jakarta:Erlangga

Wardana, Wisnu Arya. 2000. Teknologi Nuklir. Yogyakarta: ANDI.

http://andykimia03.wordpress.com/tag/penyetaraan-reaksi-inti/ 19 Juni 13, 14:16

http://iting-iting-iting.blogspot.com/2011/04/makalah-kimia-inti-kestabilan-inti.html 13 Juni 13 10:01

http://tamafreshlife.wordpress.com/2009/06/10/penentuan-umur-dengan-teori-peluruhan-zat-radioaktif-1/  13 Juni13 10:07

   

---

[1] Crys Fajar Pratana,dkk. Kimia Dasar 2,(Yogyakarta:JICA), hal. 116

[2] http://andykimia03.wordpress.com/tag/penyetaraan-reaksi-inti/

[3] Raymond Chang, Kimia Dasar Jilid 2, (Jakarta: Erlangga, 2004), hal.259

[4] Raymond Chang.......hal. 259-260

[5] http://iting-iting-iting.blogspot.com/2011/04/makalah-kimia-inti-kestabilan-inti.html

[6] Keenan, Kleinferter, Wood, Kimia Untuk Universitas Jilid 2, (Jakarta: Erlangga, 1999), hlm. 99

[7] http://iting-iting-iting.blogspot.com/2011/04/makalah-kimia-inti-kestabilan-inti.html

[8] Raymond Chang.... hlm. 260-262

[9] Raymond Chang.....hlm. 262-263

[10] http://tamafreshlife.wordpress.com/2009/06/10/penentuan-umur-dengan-teori-peluruhan-zat-radioaktif-1/  13 Jun. 1310:07

[11] Raymond Chang....... hlm.270.

[12] Bunbun Jali, Kimia Inti, (Bandung: 2002, ITB), hlm.108.

[13] Wisnu Arya Wardana, Teknologi Nuklir,(Yogyakarta: 2000, ANDI), hlm.126-127.

[14] Raymond Chang......, hlm.271.

[15] Wisnu Arya Wardana, Teknologi Nuklir, hlm. 127.

[16] Raymond Chang......hlm.275.

[17] Wisnu Arya Wardana, Teknologi Nuklir,hlm. 131-132.

[18] Kimia unsur dan radiokimia hlm 211

[19] Ibid,  hlm 278

[20] Ralph H.Petrucci-Suminar.Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Edisi Keempat – Jilid 3.( Jakarta, Erlangga,1985). Hlm239

[21]  Ralph H.Petrucci.... hal. 238

[22] Ibid hal.280

[23] Ibid hlm 279

[24] Chang 280-281