konsep radioaktifitas

01.33 andy subandiyo No comments

Konsep Radioaktivitas

Radioaktivitas dan Zat Radioaktif?

Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat radioaktif.

Anda telah mengetahui bahwa inti atom terdiri atas dua partikel yaitu proton (ditemukan oleh Rutherford, 1919) dan netron (dipopulerkan oleh James Chadwick, 1932). Proton adalah partikel bermuatan positif (qp = 1,602 x 10^-19 C, mp = 1,007276487 sma) disebut juga inti atom hidrogen, sedangkan netron merupakan partikel tidak bermuatan dengan massa 1,008664891 sma. Netron yang tidak terikat pada inti (netron bebas) bersifat tidak stabil dan waktu hidupnya tidak lama. Sekitar 12 menit sebuah netron bebas akan berubah menjadi proton dan satu partikel kecil yang dinamakan antineutrino.

Dengan demikian dapat juga dikatakan bahwa aktivitas radiasi atau radioaktivitas merupakan aktivitas proton dan netron. Gambar 1 mengilustrasikan keadaan inti karbon yang memiliki jumlah proton 6 dan netron 6 pada inti atomnya. Jumlah netron dan proton pada Gambar 1 sama banyaknya sehingga inti bersifat stabil. Sebaliknya jika jumlah proton lebih besar dari jumlah netron maka inti bersifat tidak stabil, ditunjukkan oleh Gambar 2. Inti atom yang tidak stabil inilah yang dapat melakukan aktivitas radiasi (melakukan peluruhan) hingga mencapai keadaan stabil.

Gaya Inti

Di atas telah dibahas bahwa inti atom terdiri atas proton dan netron. Secara elektrostatis proton-ptoton dalam inti atom akan saling tolak dengan gaya tolak menolak Coulomb (gaya elektrostatis) yang akan makin besar jika jarak dua buah proton makin dekat. Fakta menunjukkan bahwa proton-proton bersatu di dalam inti atom pada jarak yang sangat dekat ( sekitar 2x 10^-15 m ), di mana secara elektrostatis proton-proton tidak mungkin bersatu.

Hal ini menimbulkan dua pertanyaan penting yaitu:
Bagaimana proton-proton dapat saling berikatan di dalam inti atom? Bagaimana pula netron terikat dalam kumpulan tersebut? Berapakah besarnya energi yang mengikat partikel-partikel tersebut?

Selain gaya elektrostatis antara partikel penyusun inti bekerja pula gaya Gravitasi, namun besarnya sangat kecil karena massa partikelnya juga sangat kecil. Sehingga dapat dipastikan bahwa gaya Gravitasi bukan faktor dominan dalam mengikat partikel-partikel inti. Untuk itu para ahli Fisika mengusulkan teori tentang Gaya Inti yaitu gaya tarik menarik antara partikel penyusun inti dengan sifat-sifat:

1. Gaya inti tidak disebabkan oleh muatan partikel atau bukan merupakan gaya listrik.
2. Gaya harus sangat kuat atau harus jauh lebih besar daripada gaya elektrostatis
3. Gaya inti merupakan gaya dekat artinya gaya ini hanya bekerja jika kedua partikel dalam inti cukup dekat (berada pada jarak tertentu sekitar 10-15 m). Jika gaya inti bekerja juga sampai jarak yang jauh, maka seluruh partikel di jagad raya akan berkumpul menjadi satu, sesuatu yang belum pernah terjadi.
4. Gaya inti tidak bekerja pada jarak yang sangat dekat sekali, karena pada keadaan ini akan berubah menjadi gaya tolak. Jika gaya inti bekerja juga pada jarak yang sangat dekat, maka semua netron akan menjadi satu.
5. Gaya inti antara dua partikel tidak tergantung pada jenis partikelnya. Artinya gaya inti terjadi pada proton-proton, proton-netron, dan netron-netron.
Ilustrasi yang paling mendekati untuk menggambarkan gaya inti adalah menggunakan dua buah bola yang dihubungkan permanen sebuah pegas, seambar 3. Berdasarkan pemikiran jangkauan gaya inti sekitar 10^-15 m maka dapat diperkirakan energi diam partikel yang dipertukarkan adalah . Energi inilah yang dinamakan Energi ikat inti.

Bagaimana zat radioktif terjadi?

Di atas telah dijelaskan tentang gaya inti yang terjadi pada inti atom. Dengan demikian di dalam inti atom sekurang-kurangnya terdapat tiga gaya yang penting yaitu Gaya elektroststis, Gaya Gravitasi dan Gaya Inti. Karena nilai gaya gravitasi sangat kecil maka pengaruhnya relatif kecil sehingga dapat dikesampingkan.

Secara garis besar inti atom akan berada dalam dua keadaa dasar yaitu Keadaan Stabil dan Keadaan Tidak Stabil yang ditentukan oleh komposisi partikel penyusun inti. Keadaan stabil di capai apabila jumlah proton (Z) lebih sedikit atau sama banyak dengan jkumlah netron. Keadaan ini memungkinkan gaya inti lebih besar dibandingkan dengan gaya elektrostatis. Keadaan tidak stabil dicapai apabila jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N). Hal ini akan menyebabkan gaya elektrostatis jauh lebih besar di bandingkan dengan gaya inti. Mengapa gaya elektrostatis pada keadaan Z > N lebih besar? Karena gaya elektrostatis memiliki jangkauan yang lebih luas dibandingkan dengan gaya inti, sehingga dapat pada partikel proton yang berdekatan dan berseberangan sekalipun. Inti atom seperti inilah yang akan melakukan aktivitas radiasi secara spontan sampai tercapai keadaan stabil. Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N) akan menghasilkan zat radioaktif. Gambar 4 berikut menunjukkan karakteristik gaya inti dan gaya elektroststis di dalam inti atom.

Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel yang saling berdekatan saja	Gambar :Gaya elektroststis terjadi pada partikel yang berdekatan dan berjauhan

Suatu zat (unsur) akan menjadi radioaktif jika memimilik inti atom yang tidak stabil. Suatu inti atom berada dalam keadaan tidak stabil jika jumlah proton jauh lebih besar dari jumlah netron. Pada keadaan inilah gaya elektrostatis jauh lebih besar dari gaya inti sehingga ikatan atom-atom menjadi lemah dan inti berada dalam keadaan tidak stabil.

Garis Kestabilan Inti Atom

Hingga saat ini telah diketahui 1500 inti atom (nuklida), 1100 nuklida diantaranya merupakan inti tidak stabil. Grafik berikut ini menunjukkan distribusi kestabilan inti atom berdasarkan jumlah neutron dan protonnya. Grafik kestabilan inti memetakan jumlah netron dan proton dari inti atom. Inti stabil terletak pada garis N = Z atau N/Z = 1. Atom-atom yang terletak pada garis ini memiliki jumlah proton = jumlah netron. Atom-atom yang berada pada garis ini merupakan inti stabil. Namun demikian kebanyakan inti atom tidak memiliki jumlah netron (N) = jumlah proton (Z) tetapi tetap dalam keadaan stabil sehingga titik-titik yang menunjukkan inti stabil terlihat berada di atas garis kestabilan.

Grafik kestabilan inti menunjukkan bahwa jumlah netron menjadi lebih besar dari jumlah proton begitu nomor atom Z meningkat.

Bila jumlah proton dalam sebuah inti terus meningkat, maka pada suatu titik keseimbangan gaya elektrostatis dan gaya inti tidak dapat dipertahankan lagi sekalipun jumlah netron terus meningkat. Inti stabil dengan jumlah proton paling banyak adalah (Z = 83, dan N = 126). Semua inti atom dengan Z > 83 akan akan berada dalam keadaan tidak stabil atau akan bersifat radioaktif.

Posted in: unsur kimia