Inti Atom dan Radioaktivitas – Pengertian, Sifat dan Pengelompokannya

Inti Atom dan Radioaktivitas – Pengertian, Sifat dan Pengelompokannya – Fisika inti merupakan ilmu yang mempelajari struktur inti dan bagaimana struktur inti mempengaruhi kesetabilan inti serta peristiwa inti seperti keradioaktifan alam dan transmutasi inti. Dalam hal ini sukar dibedakan antara fisika inti dan fisika inti Sesungguhnya, tuhan menciptakan segala sesuatu di alam ini untuk menjadi manfaat bagi umat manusia. Pada kenyataannya, umat manusia seringkali menciptakan sesuatu yang justru bersifat destruktif. Oleh karena itu, dengan mempelajari makalah ini kita dapat menilai secara pribadi apa yang seharusnya dilakukan oleh umat manusia berkenaan dengan radiaktivitas dan struktur atom.

A. Inti Atom

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep ini pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, hal ini membuktikan bahwa ‘atom’ tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi.

Atom adalah satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik.

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (1P1) dan netron ( 0n1). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon. Sedangkan nuklida adalah suatu inti atom yang ditandai dengan jumlah proton (p) dan neutron (n) tertentu, dituliskan:

• X = lambang unsur
• Z = nomor atom = jumlah proton (= p)
• A = bilangan massa = jumlah proton dan neutron (= p + n)

B. Ukuran Atom

Inti atom jauh lebih kecil dari ukuran asli atom (antara 10 000 dan 100 000 kali lebih kecil). Juga mengandung lebih dari 99% dari massa sehingga kepadatan massa inti sangat tinggi. Inti atom memiliki semacam struktur internal, seperti neutron dan proton tampaknya mengorbit sekitar satu sama lain, sebuah fakta yang diwujudkan dalam keberadaan peristiwa magnetik nuklir.

Namun, percobaan menunjukkan bahwa inti sangat mirip dengan bola atau elipsoid kompak 10-15 m (= 1 fm), yang tampaknya kepadatan yang konstan. Tentu radius ini sangat bervariasi dengan jumlah proton dan neutron, inti atom yang lebih berat dan partikel lebih agak lebih besar. Inti atom terdiri atom proton-proton dan neutron-neutron.

• Jari-jari inti : R = R₀ . A^1/3
• R₀ : Jari-jari atom 1,33 x 10^-3 cm
• A : Nomor massa (nukleon)

C. Massa Atom

Mayoritas massa atom berasal dari proton dan neutron, jumlah keseluruhan partikel ini dalam atom disebut sebagai bilangan massa. Massa atom pada keadaan diam sering diekspresikan menggunakan satuan massa atom (u). Satuan ini didefinisikan sebagai seperduabelas massa atom karbon-12 netral, yang kira-kira sebesar 1,66 × 10⁻²⁷ kg. Atom memiliki massa yang kira-kira sama dengan bilangan massanya dikalikan satuan massa atom.

D. Sifat Atom

• Isoton : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.
• Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.
• Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.

Kestabilan inti : Kestabilan inti tidak dapat diramalkan dengan suatu aturan. Namun, ada beberapa petunjuk empiris yang dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan yang bersifat radioaktif/tidak stabil, yaitu:

Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil

Aturan ganjil genap, yaitu inti yang mempunyai jumlah proton genap dan jumlah neutron genap lebih stabil daripada inti yang mempunyai jumlah proton dan neutron ganjil.

Bilangan sakti (magic numbers)

Nuklida yang memiliki neutron dan proton sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif. Bilangan tersebut adalah:

• Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126
• Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82.

Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama dengan banyaknya elektron untuk gas mulia yang sangat stabil.

Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron-proton.

Pita kestabilan : Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton, agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.

E. Bentuk Atom

Pada tahun 1661, Robert Boyle mempublikasikan buku The Sceptical Chymist yang berargumen bahwa materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi “corpuscules”ataupun atom-atom yang berbeda. Hal ini berbeda dengan pandangan klasik bahwa materi terdiri dari unsur udara, tanah, api, dan air.Pada tahun 1789, istilah element (unsur) didefinisikan oleh seorang bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine Lavoisier, sebagai bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan menggunakan metode-metode kimia.

Pada tahun 1803, John Dalton menggunakan konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur selalu bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap dan mengapa gas-gas tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia mengajukan bahwa setiap unsur mengandung atom-atom tunggal unik yang dapat kemudian lebih jauh bergabung menjadi senyawa-senyawa kimia. Sedangkan bentuk inti atom ada yang berbentuk bulat dan cakram. Didalam inti atom berkerja gaya Coulomb dan momen kuodrupol. Jika momen kuodrupol = 0 maka bentuknya bulat jika > 0 maka bentuknya akan lonjong atau cakram.

F. Radioaktivitas

Radioaktivitas adalah suatu gejala yang menunjukan adanya aktivitas inti atom,yang disebabkan karena inti atom tak stabil. Gejala yang dapat diamati ini dinamakan:sinar radio aktif.

Dalam tahun 1896 seorang fisikawan Perancis Henry Becquerel(1852-1908) untuk pertama kalinya menemukan radiasi dari senyawa-senyawa uranium.Radiasi ini tak tampak oleh mata,radiasi ini dikenal karena sifatnya yaitu:

• Menghitamkan film
• Dapat mengadakan ionisasi
• Dapat memendarkan bahan-bahan tertentu
• Merusak jaringan tubuh
• Daya tembusnya besar

Radiasi ini tidak dapat dipengaruhi oleh perubahan keadaan lingkungan seperti:suhu,tekanan suatu reaksi kimia. Contoh: uranium disebut bahan radio aktif,dan radiasi yang dipancarkan disebut sinar radio aktif.

Gejala ini diperoleh Becquerel ketika mengadakan penelitian terhadap sifat-sifat Fluoresensi yakni perpendaran suatu bahan selagi disinari cahaya.

Fosforecensi yaitu  berpendarnya suatu bahan setelah disinari cahaya, jadi berpendar setelah  tak disinari cahaya.

Persenyawaan uranium tidak demikian halnya,radiasi persenyawaan uranium tanpa didahului oleh penyerapan energi, suatu hal yang sangat bertentangan dengan hukum kekelan energi.

Namun setelah teori relativitas Einstein lahir,gejala itu bukan sesuatu yang mustahil,sebab energi dapat terjadi dari perubahan massa.

Penyelidikan terhadap bahan radioakivitas dilanjutkan oleh suami istri Pierre Curie(1859-1906),dan Marrie Currie(1867-1934),yang menemukan bahan baru.Bila berkas sinar radioaktif dilewatkan melalui medan listrik dan medan magnet, ternyata hanya 3 jenis sinar pancaran yang lazim disebut sinar α, sinar β dan sinar γ.

• Sinar α adalah berkas yang menyimpang ke keping negatif.Dari arah simpangannya,jelas bahwa sinar α adalah partikel yang bermuatan positif. Ternyata sinar α adalah ion He martabat (valensi) dua.  ₂a4 = ₂He⁴. Daya ionisasi sinar α sangat besar sedangkan daya tembusnya sangat kecil.
• Sinar β adalah berkas yang menyimpang kearah keping positif, sinar β adalah partikel yang bermuatan negatif. Ternyata massa dan muatan sinar sama dengan massa dan muatan elektron. _-1β⁰  =  _-1 e⁰. Daya ionisasinya agak kecil sedangkan daya tembusnya agak besar.
• Sinar γ adalah berkas yang tidak mengalami simpangan di dalam medan listrik maupun medan magnet. Ternyata sinar γ adalah gelombang elektromagnetik seperti sinar X. Daya ionisasi sinar gpaling kecil dan daya tembusnya paling besar.

G. Perkembangan Keradioaktifan

Pada tahun 1895 W.C. Rontgen melakukan percobaan dengan sinar katode. Ia menemukan bahwa tabung sinar katoda menghasilkan suatu radiasi berdaya tembus besar yang dapat menghitamkan film foto. Selanjutnya sinar itu diberi nama sinar X. Sinar X tidak mengandung elektron, tetapi merupakan gelombang elektromagnetik. Sinar X tidak dibelokkan oleh bidang magnet, serta memiliki panjang gelombang yang lebih pendek daripada panjang gelombang cahaya. Berdasarkan hasil penelitian W.C Rontgen tersebut, maka Henry Becquerel pada tahun 1896 bermaksud menyelidik sinar X, tetapi secara kebetulan ia menemukan gejala keradioaktifan. Pada penelitiannya ia menemukan bahwa garam-garam uranium dapat merusak film foto meskipun ditutup rapat dengan kertas hitam. Menurut Becquerel, hal ini karena garam-garam uranium tersebut dapat memancarkan suatu sinar dengan spontan. Peristiwa ini dinamakan radio aktivitas spontan.

Marie Curie merasa tertarik dengan temuan Becquerel, selanjutnya dengan bantuan suaminya Piere Curie berhasil memisahkan sejumlah kecil unsur baru dari beberapa ton bijih uranium. Unsur tersebut diberi nama radium. Pasangan Currie melanjutkan penelitiannya dan menemukan bahwa unsur baru yang ditemukannya tersebut telah terurai menjadi unsur-unsur lain dengan melepaskan energi yang kuat yang disebut radioaktif.

Ilmuwan Inggris, Ernest Rutherford menjelaskan bahwa inti atom yang tidak stabil (radionuklida) mengalami peluruhan radioaktif. Partikel-partikel kecil dengan kecepatan tinggi dan sinar-sinar menyebar dari inti atom ke segala arah. Para ahli kimia memisahkan sinar-sinar tersebut ke dalam aliran yang berbeda dengan menggunakan medan magnet. Dan ternyata ditemukan tiga tipe radiasi nuklir yang berbeda yaitu sinar alfa, beta, dan gamma. Semua radionuklida secara alami memancarkan salah satu atau lebih dari ketiga jenis radiasi tersebut.

Interaksi Sinar Radioaktif Dengan Materi

Sinar α (Alfa)

• sinar tidak lain adalah inti atom helium (₂He⁴), bermuatan 2 e dan bermassa 4 sma
• sinar α dapat menghitamkam film. Jejak partikel dalam bahan radioaktif berupa sinar lurus.
• radiasi sinar α mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan dengan sinar β dan sinar γ
• radiasi sinar ini mempunyai jangkauan beberapa cm di udara dan di sekitar
• 10^-2mm dan logam tipis.
• radiasi sinar ini mempunyai daya ionisasi paling kuat
• sinar α dibelokkan oleh medan magnetik
• berdasarkan percobaan dalam medan magnet dan medan lintrik dapat ditentukan kecepatan dan muatan sinara, yakni kecepatannya berharga antara 0,054 c dengan c = kecepatan cahaya dalam vakum.

Sinar β (Beta)

• sinar β tidak lain ialah partikel elektron.
• radiasi sinar β mempunyai daya tembus lebih besar dari pada a tetapi lebih kecil dari pada γ
• sinar β dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet.
• kecepatan partikel β berharga antara 0,32 c dan 0,7 c.
• jejak partikel β dalam bahan berbelok-belok.
• jejak yang berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialami oleh elektron didalam atom.

Sinar γ (Gamma)

• mempunyai daya tembus paling besar.
• tidak dibelokkan didalam medan magnetik
• sinar γ memerlukan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek
• foton γ tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan dalam interaksinya dengan bahan mengalami peristiwa fotolistrik dan produksi pasangan.

Sudah selesai membaca materi ini ? Ayo lihat dulu Daftar Materi Fisika

Posting terkait:

40+ Soal Gerak Melingkar Pilihan Ganda dan Jawaban [Update]

30+ Contoh Soal Usaha dan Energi dan Jawaban [Update]

20+ Contoh Soal Fluida Statis dan Jawaban