RINGKASAN INTI ATOM DAN RADIOAKTIVITAS A. Satuan Massa Atom (Unified atomic mass unit) Satuan massa atom (disingkat sma), sering disebut dalton atau Da, adalah satuan untuk mengukur sebuah massa atom, didefinisikan sebagai 1/12 massa atom carbon-12. 1 sma = 1/NA gram (NA=bil. Avogadro) 1 sma ≈ 931 MeV/c2 ≈ 1,66 x 10 – 27 kg
B. Defek massa dan energi ikat inti Inti atom terdiri dari proton dan netron. Tetapi anehnya, massa inti atom selalu lebih kecil daripada jumlah massa proton dan netron pembentuk inti. Selisih massa inilah yang disebut dengan defek massa. Defek massa akan menyatakan besarnya energi ikat inti, ∆E, yang sesuai dengan hukum kesetaraan massa – energi Einstein : ∆E = ∆m c2. Biasanya defek massa ∆m dinyatakan dengan sma (satuan massa atom), dan energi ikat inti ∆E dirumuskan : ∆E = ∆m x (931 MeV/sma) Energi ikat / binding energy adalah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan inti menjadi proton-proton dan netron-netron penyusunnya. Untuk menghitung energi ikat inti sebuah atom ZA X maka dapat dihitung dengan persamaan : A
∆E= [ Zmp + (A-Z) mn + Zme – m Z
X ] 931 MeV/sma
Jika dalam soal diketahui massa atom hidrogen, hal itu berarti merupakan massa proton ditambah massa elektron. Jika dalam soal yang diketahui massa inti atom ( massa atom netral minus massa seluruh elektronnya) maka persamaan di atas dapat diubah menjadi : A
∆E= [ Zmp + (A-Z) mn – m Z KELAS XII SMA KOLESE LOYOLA
SOAL 1. Diketahui massa atom 168O adalah 15,995 sma, massa hidrogen 1,0078 sma, dan netron 1,0087 sma. Hitunglah : a. massa total partikel pembentuk inti atom! b. Defek massa ketika partikel-partikel tersebut bersatu membentuk sebuah atom oksigen c. Energi ikat inti oksigen 2. Diketahui massa atom = 238,05076 sma, massa netron = 1,00867 sma, massa proton 1,00728 sma, dan massa elektron = 0,00055 sma. Hitunglah : (a) defek massa (b) energi ikat inti (c) energi ikat per nucleon (catatan : energi ikat per nucleon sama dengan energi ikat dibagi nomor massa)
C. Stabilitas inti Untuk semua inti yang mengandung lebih dari 82 proton adalah tidak stabil atau bersifat radioaktif. Sebagai contoh : uranium (memiliki proton 92). Inti yang tidak stabil akan berusaha menuju “kestabilan” dengan meluruh yaitu memancarkan partikel alpha , beta , atau sinar gamma secara spontan. Proses itu dikenal dengan radioaktivitas. Energi yang terlibat (Q) dalam perubahan inti atom induk menjadi inti atom anak adalah :
Induk
anak
partikel yang dipancarkan
Q = { mX – mY – mC } . 931 MeV/sma Dengan
mX=massa inti induk mY=massa inti anak mC=massa inti partikel yang dipancarkan
X ] 931 MeV/sma 1
Soal
At
3. Hitung energi yang dibebaskan dalam peluruhan spontan 234 92 U menghasilkan partikel alpha. Diketahui massa uranium 234,04 , massa Thorium 230,03, dan massa alfa 4,0026 sma. D. Aktivitas radiasi (A)
A0
t Waktu Paroh (T1/2 )
Adalah banyaknya inti yang meluruh per satuan waktu atau laju perubahan inti atom. Tetapan peluruhan (λ) didefinisikan sebagai perbandingan antara banyaknya inti yang meluruh per satuan waktu dengan total banyak inti yang ada dalam zat (N). Dirumuskan :
Adalah selang waktu yang dibutuhkan oleh zat radioaktif untuk meluruh hingga aktivitas radiasinya menjadi separohnya atau banyaknya inti yang belum meluruh menjadi separoh dari semula. Dengan demikian :
A=λN
A = (1/2 )n A0 dan N = (1/2) n N0
Satuan aktivitas radiasi dalam SI dinyatakan dalam Bq (bequerel) dimana : Dengan:
1 Bq = 1 peluruhan / detik. Sedangkan satuan lain yang dipakai adalah curie (Ci) dimana : 1 Ci = 3,7 x 10 10 Bq Secara matematis, aktivitas radiasi juga dapat didefinisikan dengan :
A
dN dt
Dimana t sering disebut sebagai lama penyimpanan zat radioaktif atau umur zat radioaktif. Sedangkan hubungan antara tetapan peluruhan dengan waktu paroh adalah :
sehingga : N N 0 e t
Dengan demikian akan didapatkan :
A A0 e t Dua persamaan di atas disebut dengan hukum peluruhan radioaktif. Grafik peluruhan : Nt N0
t = n x T1/2 atau n = t / T1/2
ln 2 0,693 T1 / 2 T1 / 2
Soal 4. Kobalt – 60 diketahui memiliki waktu paroh 5,25 tahun. Berapa lama penyimpanan agar aktivitasnya menjadi : (a) Seperdelapan kali semula (b) Seperenambelas kali semula 5. Diketahui suatu zat radioaktif memiliki aktivitas ¼ kali semula setelah disimpan selama 12 hari. Tentukan waktu paroh zat itu! 6. Tentukan tetapan peluruhan untuk zat radioaktif yang memiliki waktu paroh 10 detik!
t KELAS XII SMA KOLESE LOYOLA
2
7. Berdasarkan grafik berikut, tentukan : (a) waktu paroh (b) inti yang tersisa setelah 64 hari (c) inti yang meluruh setelah 10 hari Nt 200 50 t (hari) 0 8 8. Seorang peneliti menemukan perbandingan antara dalam batuan adalah 1 : 3. Berapakah umur batuan itu jika waktu paroh uranium 4,5x109 tahun.
Sinar gamma, untuk mensterilkan alat bedah, suntik
2. Bidang hidrologi Mempelajari kecepatan aliran sungai/fluida dalam pipa. Menyelidiki kebocoran pipa aliran bawah tanah dengan partikel beta/elektron. Menentukan jumlah kandungan air dalam tanah Memeriksa cara bergerak dan terbentuknya endapan lumpur pelabuhan/terowongan dengan radioisotop silicon.
E. Manfaat Radioisotop Berikut ini beberapa zat radioaktif yang penting dan manfaatnya. Yang dicetak tebal silakan dihafalkan dengan baik. 1. Bidang kedokteran I-131 Terapi penyembuhan kanker Tiroid, mendeteksi kerusakan pada kelenjar gondok, hati dan otak Pu-238 energi listrik dari alat pacu jantung Tc-99 & Ti-201 Mendeteksi kerusakan jantung Na-24 Mendeteksi gangguan peredaran darah, penyempitan pembuluh darah Xe-133 Mendeteksi Penyakit paruparu P-32 Penyakit mata, tumor dan hati Fe-59 Mempelajari pembentukan sel darah merah Cr-51 Mendeteksi kerusakan limpa Se-75 Mendeteksi kerusakan Pankreas Tc-99 Mendeteksi kerusakan tulang dan paru-paru Ga-67 Memeriksa kerusakan getah bening C-14 Mendeteksi diabetes dan anemia Co-60 Membunuh sel-sel kanker KELAS XII SMA KOLESE LOYOLA
3. Bidang biologi Mempelajari kesetimbangan dinamis. Mempelajari reaksi pengesteran. Mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis. 4. Bidang pertanian Pemberantasan hama dengan teknik jantan mandul, contoh : Hama kubis Pemuliaan tanaman/pembentukan bibit unggul dengan sinar gamma dan Co-60, contoh : Padi Penyimpanan makanan sehingga tidak dapat bertunas, contoh : kentang dan bawang Mengkaji proses fotosintesis dengan C-14 5. Bidang industry Pemeriksaan tanpa merusak, contoh : Memeriksa cacat pada logam Mengontrol ketebalan bahan, contoh : tebal kertas plastic, aluminium foil dikontrol dengan beta, tebal lempeng logam dengan gamma. Pengawetan bahan, contoh : kayu, barang-barang seni 3
Meningkatkan mutu tekstil, contoh : mengubah struktur serat tekstil Untuk mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja
3. EBTANAS 1997 Grafik di bawah ini menunjukkan hubungan jumlah zat (N) terhadap waktu (t) pada peluruhan suatu unsur radioaktif. Waktu yang diperlukan sehingga unsur tersebut tinggal 1 mol adalah...
6. Bidang arkeologi
N(mol)
Menentukan umur fosil dengan C-14
16 4 1 0
7. Bidang seni Mendeteksi pemalsuan keramik/lukisan Menentukan umur fosil dengan C-14
a. 10 hari b. 20 hari
1. Tentukan manakah yang merupakan jejak partikel α,β, dan γ ? Arah medan magnet B dilambangkan dengan x. x
x
x α
x
x
x
x β
x
x
x
x
x
x
x
x
x
xβ x (i)
x
x
xα x (ii)
x
x
x α x
x
x
x
x
x
x
x
x
xβ
x
x βx
x
x
x
x
x
x
x
x
x α
(iii)
γ
γ
(iv)
2. EBTANAS 1995 Grafik berikut ini menunjukkan peluruhan suatu bahan radioaltif. Berdasarkan grafik peluruhan di bawah, besarnya konstanta peluruhan adalah... Nt No ½ No ¼ No t (s) 0
20
40
a. 0,017 s– 1 c. 0,35 s – 1 e. 2,770 s – 1 b. 0,035 s – 1 d. 1,390 s – 1 KELAS XII SMA KOLESE LOYOLA
t
t (s)
c. 30 hari e. 50 hari d. 40 hari
4. EBATANAS 1992 Suatu unsur radioaktif mempunyai massa 10 gram dan waktu paroh 30 menit. Banyaknya zat radioaktif itu yang meluruh sesudah 2 jam adalah... a. 0,625 g d. 8,750 g b. 1,250 g e. 9,375 g c. 2,500 g
F. SOAL – SOAL TAMBAHAN
x
10
γ
γ
5. UMPTN 1996 Dalam waktu 48 hari, 63/64 bagian suatu unsur radioaktif meluruh. Waktu paroh unsur radioaktif itu (dalam hari) adalah... a. 8 d. 32 b. 16 e. 36 c. 24 6. EBATANAS 1989 Apabila 1,009 sma dan 1 sma=931 MeV, maka energi yang dibebaskan pada reaksi : sebesar... a. 12,103 MeV d. 16,122 MeV b. 15,250 MeV e. 16,761 MeV c. 15,780 MeV 7. UMPTN 1998 Sejumlah No inti radioaktif yang waktu parohnya T meluruh selama 2T dengan memancarkan partikel alpha menjadi inti , maka... (1) c = a – 2 (2) d = b – 4 (3) banyaknya inti adalah 0,75 No 4
(4) banyaknya inti adalah 0,25 No Pilihan yang benar adalah... a. 1,2, dan 3 c. 2 dan 4 e. 1,2,3, dan 4 b. 1 dan 3 d. 4 saja 8. UJI COBA UN 2008 TIPE 01 Jika diketahui massa proton = 1,008 sma, massa netron = 1,009 sma, dan massa inti atom = 15,008 sma, maka defek massa inti atom tersebut adalah... a. 0,114 sma c. 7,054 sma e. 15,123 sma b. 0,120 sma d. 8,068 sma 9. UJI COBA UN 2008 TIPE 01 Waktu meluruh zat radioaktif digambarkan seperti gambar : m (gram) 20 10 5 0
t (tahun) 4
8
Waktu yang diperlukan zat itu agar tinggal 1/16 bagian dari semula adalah... a. 2 tahun c. 8 tahun e. 16 tahun b. 4 tahun d. 10 tahun 10. UJI COBA UN 2008 TIPE 01 Berikut ini aplikasi radioaktif dalam kehidupan kita: (1) Sebagai perunut (2) Untuk menganalisis material (3) Untuk radiasi tumor (4) Pengawetan makanan Pilihan yang benar adalah... c. 1,2, dan 3 c. 2 dan 4 e. 1,2,3, dan 4 d. 1 dan 3 d. 4 saja 11. UJI COBA UN 2012 TIPE 1.1 Inti atom yang terbentuk memenuhi persamaan fusi berikut : diketahui massa H-2 = 2,014 sma, massa H-3 =3,016 sma, dan massa H-1 = 1,008 sma. ( 1 sma = 931 MeV). Nilai energi yang dibebaskan pada reaksi fusi tersebut adalah... a. 4,825 MeV b. 4,565 MeV c. 4,026 MeV d. 3,985 MeV e. 3,724 MeV KELAS XII SMA KOLESE LOYOLA
12. UJI COBA UN 2012 TIPE 1.1 Berdasarkan zat radioaktif yang bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari : (1) I – 141 (iodium) (2) C – 14 (carbon) (3) Co – 60 (cobal) (4) H – 2 (deutirium) Radioaktif yang bermanfaat dalam bidang kedokteran adalah... a. 1 dan 2 c. 2 dan 4 e. 3 dan 4 b. 1 dan 3 d. 2 dan 3 Catatan : semestinya 1, 2, 3. (iodium untuk penyembuhan kanker tiroid, deteksi kerusakan kelenjar gondok, hati dan otak; carbon untuk mendeteksi diabetes dan anemia; cobal untuk membunuh sel – sel kanker) 13. Fisika Bob Foster. Keping Berilium saat ditembak dengan partikel alpha memenuhi persamaan :
Tanda X dari persamaan itu adalah... a. b. c. d. e. Penting untuk diingat: Alpha = Beta = Gamma = Proton = Netron = Elektron = Positron = Deuterium = ☺☺☺
SEMOGA MEMBANTU
5
