Se
12
INTI ATOM A.
STRUKTUR INTI Atom adalah bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut. Atom terdiri dari partikel-partikel subatom, yaitu elektron (e), proton (p), dan neutron (n). Inti atom (nukleon) terdiri dari proton dan neutron. Jumlah proton dan neutron dalam inti dinyatakan dalam notasi A, sedangkan proton dinyatakan sebagai nomor atom Z. Sebuah inti atom dituliskan dalam bentuk:
XA
Z
Keterangan: X
= nama unsur
A
= nomor massa = Σp + Σn
Z
= nomor atom = Σp
A –Z = jumlah neutron Tabel massa dan muatan partikel Partikel
Massa
Elektron
9 × 10-9 kg
Proton
1,67 × 10-27 kg
Simbol 0 −1
c
-1,6 × 10-19 C
p
+1,6 × 10-19 C
1 1
1
Muatan
GAN
FISIKA
BUN
si
AS
A - K U RIKUL I IP UM GA
KEL
XI
Partikel
Massa
Simbol
Neutron
1,67 × 10-27 kg
1 0
Positron
9 × 10-31 kg
0 1
n c
Muatan 0 +1,6 × 10-19 C
CONTOH SOAL 1.
Pada keadaan netral atom litium (3Li7 ) terdiri atas proton, elektron, dan neutron sejumlah .... Pembahasan: A = 7; Z = 3 Berarti jumlah proton = 3, elektron = 3, dan neutron = A – Z = 4
B.
DEFEK MASSA Massa inti seharusnya tepat sama dengan jumlah masa proton dan massa neutron. Pada kenyataannya, massa inti selalu lebih kecil daripada massa nukleon penyusunnya. Selisih antara keduanya disebut dengan defek massa atau susut massa (Δm), dirumuskan: (Δm = [Z.mp + (A – Z)mn] – minti Keterangan: ∆m
= defek massa (sma)
mp
= massa proton (1,0078 sma)
mn
= massa neutron (1,0086 sma)
Z
= nomor atom = jumlah proton
A – Z = jumlah neutron Catatan: massa 1 sma = 1,67 × 10-27 kg dimana 1 sma = 931,4 MeV
CONTOH SOAL 1.
Diketahui massa inti atom litium (3Li7) = 7,0178 sma, massa proton = 1,0078 sma, massa neutron = 1,0086 sma. Besarnya susut massa adalah ....
2
Pembahasan: ( ∆ m) = Z ⋅ mp + (A − Z)mn − min ti
8 = [3 ⋅ (1, 0078 ) + (7 − 3)1, 0086 ] − 7, 0178
= [3, 0234 + 4 , 0344 ] − 7, 0178 = 7, 0578 − 7, 0178 = 0 , 04 sma
C.
ENERGI IKAT (EIKAT) Energi ikat adalah energi yang mengikat proton dan neutron dalam inti atom. Energi ini berasal dari massa yang hilang saat terbentuknya inti atom, dirumuskan sebagai: E = ∆m ⋅ c2 atau E = ∆m × 931MeV Sedangkan energi ikat rata-rata per nukleonnya: En =
E A
A = jumlah nukleon
CONTOH SOAL 1.
Berdasarkan contoh soal di bagian defek massa, berapakah besarnya energi ikat inti atom litium? Pembahasan: E = ∆m × 931MeV = 0 , 04 × 931MeV = 37, 24 MeV
2.
Jika diketahui massa atom 8O16 adalah 15,995 sma, massa hidrogen adalah 1,0078 sma, dan massa neutron sebesar 1,0087 sma, tentukan energi ikat rata-rata per nukleonnya! Pembahasan: Diketahui: mp
= mH =1,0078 sma
minti = 15,995 sma mn
= 1,0087 sma
Ditanya: En = ....?
3
Jawab: ( ∆ m) = Z ⋅ mp + (A − Z)mn − min ti
95 = [ 8 ⋅ (1, 0078 ) + (16 − 8 )1, 0087] − 15, 99
= 0 ,137 sma E = ∆m × 931MeV = 127, 62 MeV Sehingga, En =
D.
E 127, 62 MeV = = 7, 97 MeV / nukleon A 16 nukleon
REAKSI INTI Energi reaksi inti diperoleh dari penyusutan massa inti. Penyusutan massa berupa perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan jumlah massa inti atom sesudah reaksi. Misal suatu reaksi inti dinyatakan menurut persamaan: A + B → C + D + E Besarnya energi yang timbul dapat dicari dengan rumus: E = [(mA + mB ) − (mC + mD )] × 931MeV Reaksi inti dibedakan menjadi, dua, yakni reaksi fisi dan reaksi fusi.
a.
Reaksi Fisi Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti atom berat menjadi dua inti atom lain yang lebih ringan disertai timbulnya energi atom yang sangat besar. Contoh reaksi fisi adalah inti atom uranium yang ditembak dengan neutron, reaksinya dituliskan: 92
b.
U235 + 0 n1 → 56 Ba141 + 36 Kr 92 + 3 0 n1 + E
Reaksi Fusi Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti atom lain yang lebih berat. Reaksi fusi melepaskan energi. Contoh reaksi fusi adalah penggabungan triton dengan triton menghasilkan inti He, dimana reaksinya: H3 + 1H3 → 2 He 4 + 0 n1 + E
1
4
CONTOH SOAL 1.
Hitunglah energi yang dibebaskan pada reaksi 4 Be9 (α , n) 6 C12 , jika: mBe = 9,012 sma mn = 1,008 sma mα = 4,002 sma mc = 12,0 sma Pembahasan: Reaksi inti: 4 Be9 + 2 α 4 → 6 C12 + 0 n1 + E E = [(mBe + mα ) − (mC + mD )] × 931MeV
= [(9 , 012 + 4 , 002) − (12, 0 + 1, 008 )] × 93 31MeV
= (13, 014 − 13, 008 ) × 931MeV = 0 , 006 × 931 = 5, 58 MeV
E.
RADIOAKTIVITAS Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif adalah peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu secara spontan. Radioaktivitas diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium), beta (elektron), dan radiasi gamma. Jumlah nukleon/atom suatu unsur yang meluruh akan berkurang dan memenuhi persamaan: t
N = No ⋅ eλt
atau
1 T N = No ⋅ 2
Keterangan: N = jumlah nukleon/atom yang tersisa pada saat tertentu No = jumlah nukleon/atom sebelum meluruh λ
= konstanta peluruhan
T
= waktu paruh
t
= lama peluruhan
Waktu paruh = waktu yang diperlukan untuk meluruh hingga unsurnya tinggal setengah kali semula.
5
Adapun waktu paruhnya dirumuskan sebagai berikut: T=
0 , 693 λ
CONTOH SOAL 1.
Waktu paruh Na15 adalah 15 hari. Waktu yang diperlukan supaya 75% senyawa yang mengandung nuklida ini meluruh adalah .... Pembahasan: Diketahui: T = 15 hari N = 100% – 75%= 25% = Ditanya: t = ....? Jawab: t
1 T N = No ⋅ 2 t
1 1 T No = No ⋅ 4 2 2
t
1 1 T = 2 2 t 2= T t = 2 ⋅ T = 2 ⋅15 = 30 hari 2.
Waktu paruh suatu unsur radioaktif diketahui 30 menit. Dalam waktu dua jam, berapakah bagian yang telah meluruh? Pembahasan: Diketahui: T = 30 menit t = 2 jam = 120 menit Ditanya: N = ....? Jawab:
6
t
1 T N = No ⋅ 2 120
N 1 30 = No 2 4
N 1 = No 2 1 N = No 16 Dengan demikian, banyak nukleon yang telah meluruh adalah 1− 3.
1 15 = No 16 16
Perhatikan reaksi inti berikut ini! 7
N14 + 2 He 4 → 1H1 + P
5
B11 + 1H1 → 6 C11 + Q
3
N6 + R → 4 H7 + 0 n1
Nomor massa dan nomor atom P, Q, dan R masing- masing adalah .... Pembahasan: 7
N14 + 2 He 4 → 1H1 + 8 P17
5
B11 + 1H1 → 6 C11 + 0 Q1
3
N6 + 1R2 → 4 H7 + 0 n1
7
