ki3241_radiokimia_lec02_2011-08-24

410011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

KI3241 - Kimia Inti dan Radiokimia

Atomic Nucleus

(Inti Atom)

Achmad Rochliadi

. Personal Use Only .

41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Stable sub atomic fundamental particleParticle Electron Proton Neutron

Symbol e- p n

Locations Outer sphere nucleus nucleus

Charge/e -1 +1 0

Mass/u 0.00055 1.007277 1.008665Rest mass energy/MeV

0.511 938.259 939.552

Spin/ (h/2π) ½ ½ ½

Mean life/s stable stable Stable

Decay products

- - p+e-+ν

Anti particle Positron antiproton Anti neutron


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

• fu n d a m e n ta l p a r t ic le s o f n a tu r e a n d in te r a c t io n s y m m e tr ie s

• P a r t ic le s c la s s i f ie d a s fe r m io n s o r b o s o n s❧ F e r m io n s o b e y th e P a u li p r in c ip le➠a n t is y m m e tr ic w a v e fu n c t io n s ➠h a lf - in te g e r s p in s

* N e u tr o n s , p r o to n s a n d e le c tr o n s ➠B o s o n s d o n o t o b e y P a u li p r in c ip le

* s y m m e tr ic w a v e fu n c t io n s a n d in te g e r s p in s P h o to n s

Particles Physics


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Stable subparticle but appear only in some nuclear reactions

Particle Neutrino Photon

Symbol ν γ

Charge 0 0

Mass 0 0

Spin/ (h/2π) ½ 1

Antiparticle antineutrino self


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Unstable meson

Particle Pion charged

Pion Neutral Muon

Symbol π± πº μ±

Charge ±1 0 ±1

Mass/me 273 264 207

Rest mass energy/MeV

139.5 135 105.8

Spin/ (h/2π) 0 0 ½

Mean life /s 2.6 x 10-8 0.76 x 10-16 2.2 x 10-6

Decay products

μ± + ν 2γ e± + ν + ν*

Antiparticle π± self μ±


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Beberapa satuan

• Satuan massa atom u = 1.661 x 10-27 kg• Satuan Muatan:

– e = 4.8 x 10-10 esu– e = 1.602 x 10-20 emu– e = 1.602 x 10-19 coulomb

• Konstanta planck h = 6.6262 x 10-34 c• Satuan panjang F (fermi) = 10-15 m• Satuan momentum sudut h/2π = 1.0546 x 10-34 J.s• Satuan energi eV = 1.602 x 10-19 J• Reaksi kimia biasa, energi yang dilepaskan tidak

pernah melebihi 20 eV.


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Energi Reaksi Inti• Reaksi inti menghasilkan energi yang jauh lebih

besar dibandingkan energi reaksi kimia biasa.– 60Co 60Ni + β- + 2.5 ν* + MeV

– 235U + n fission product + 200 MeVReaksi kJ/mol eV/molekul

H2 + ½ O2 H2O 241.8 2.5

C + O2 CO2 393.5 4.1

½ H2 + ½ F2 HF 271.1 2.8

2 Al + 1½ O2 Al2O3 1675.7 17.4

C7H5(NO2)3 (TNT) explosion 887.2 9.2


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Notasi Inti

• Nuklida atom adalah bagian atom, pada nuklida elektron tidak menjadi bagian dari pembahasan.

• Notasi nuklida:

dengan :– X = Simbol dari nuklida.– A = Jumlah total proton dan netron (massa nuklida).– Z = Jumlah proton.

• Contoh :

merujuk pada dua jenis nuklida yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi jumlah netron yang berbeda. Karena jumlah proton (Z) adalah identik dengan jenis atom, seringkali pada penulisan nuklida jumlah proton tidak dicantumkan.

AZ NX

31 3215 16 15 17P P


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Jenis-jenis inti

• Berdasarkan N/P– Z sama ISOTOP

– A sama, N&Z berbeda ISOBAR

– N sama, Z&A berbeda ISOTON

– Z sama, tingkat energi berbeda ISOMER


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Isotop

• Isotop dari hidrogen (Z = 1) : 1H, 2H, 3H• Isotop dari natrium (Z = 11) : 22Na, 23Na, 24Na• Isotop dari klorida (Z = 17) : 34Cl, 35Cl, 36Cl, 37Cl,

38Cl• Isotop dari Uranium (Z = 92) : 233U, 235U, 238U• Semua isotop dari atom yang sama memiliki sifat

kimia yang hampir sama, perbedaan hanya terletak pada berat atom dari isotop tersebut. (Kenapa ?)


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

• IsobarIsobar dari A= 3 : Isobar dari A= 14 :

• Isoton

• Isomer : 80Co dengan 80mCo

3 31 2 2 1H , He

14 146 8 7 7C N

3 4 13 141 2 2 2 6 7 7 7H He C N- -


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Jenis inti berdasarkan kestabilannya

• Inti stabil : Stable nuclides are those which are permanent (or eternally stable). Their proton and neutron remain unchained for ever, no matter how the electron in the outer sphere may change in location even in their number (via chemical reaction). The nucleus can only be change under severe condition of bombardement by external radiation of high energy (~1-10 Mev).

• Inti tidak stabil/radioaktifAre intrinsically unstable and undergo spontaneous change with time forming new nuclides by one or the the other way of rearranging or losing some of their protons and neutrons.


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiDilihat dari genap-ganjilnya Z vs N


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

• Kesimpulan awal :– Jumlah nuklida stabil maksimum bila Z dan N adalah genap.

Ini menunjukkan bahwa pembentukkan pasangan p-p dan n-n memberikan kontribusi terhadap kestabilan.

– Terdapat sekitar 30% nuklida stabil yang memiliki jumlah Z atau N ganjil. Ini menunjukkan bahwa ada kemungkinan baik proton maupun netron berperilaku yang mirip.

– Hanya 5 nuklida yang memiliki Z ganjil dan N ganjil yang stabil.

– Terjadi kecendrungan proton berpasangan dengan proton dan netron berpasangan dengan netron, terlihat dari pembentukkan inti 16O ke 35Cl


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiDilihat dari rasio proton- netron N/Z

• Kecuali untuk atom 1H, semua nuklida lainnya memiliki proton dan netron. Semua nuklida stabil memiliki perbandingan N terhadap Z 1.

• Untuk nuklida ringan (nuklida yang Z 40) perbandingan ini adalah sekitar 1 dan untuk inti berat perbadingan ini lebih besar dari 1.

• Gambar 1 Aluran Z vs N terhadap kestabilan suatu nuklida. Gambar ini dikenal sebagai Gambar Segre.

• Nuklida yang terletak di atas pita kestabilan kaya dengan netron sehingga memiliki kecendrungan untuk mentransformasikan kelebihan netronnya menjadi proton (peluruhan ) untuk mencapai pita kestabilan.

• Nuklida yang terletak di bawah pita kestabilan kekurangan netron sehingga akan peluruhan EC atau yaitu proses konversi proten menjadi netron.

• Nuklida berat (Z>80) menuju pita kestabilan dengan cara meluruhkan partikel α .


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Kestabilan inti sekitar Na-23


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiAdanya potensial nuklir

• Perlu di ingat bahwa semua proton berada berdekatan dalam inti atom (r ~ 10-15m). Tentunya dengan jarak yang sedemikian dekat ini akan ada gaya tolak coulomb antar proton yang akan mampu mengakibatkan proton keluar dari inti. Hal ini tidak terjadi karena ada gaya lain yang bekerja yang dapat mengatasi gaya tolak coulomb dari proton tersebut, gaya ini yang disebut sebagai gaya nuklir.

• Gaya potensial nuklir ini selalu ada baik pada inti stabil maupun inti tidak stabil.

• Gaya ini hanya bekerja pada jarak yang sangat pendek.


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Potensial nuklir- Vr = 0 untuk r > R- Vr= -V0 untuk r<R


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiAdanya Energi Ikat Nuklir

• Asal : perubahan massa menjadi energi. Berkaitan dengan teori Einstain ttg hk kekekalan massa.

• Binding Energi (Energi ikat inti), itu terdapat baik baik pada inti yang stabil maupun inti yang tidak stabil.– E = mc2

– m = massa dari proton dan netron.• Energi ikat inti berasal dari proses aninihilasi (annihilation)

sebagian massa proton dan netron menjadi energi yang dipakai untuk mengikat inti.– E = mc2

= 1.661 x 10-27 x (3 x 108)2 J. = 14.95 x 10-11J = 931 Mev (karena 1 MeV = 1.6 x 10-13 J)


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

• 1 amu (atomic mass unit) = u = 1.661 x 10-27 kg (12C)Satuan dari Muatan = e = 4.8 x 10-10 esu = 1.602 x 10-20 emu = 1.602 x 10-19 coulomb

– Konstanta planck h = 6.626 x 10-34 J.s– Satuan energi eV = 1.602 x 10-19 J

• Jika ada inti AZX, seharusnya massa itu adalah A = Z+N• Atom Deuterium

– Massa dari N = 1.008 665 amu– Massa dari P= 1.007 277 amu– Massa dari AZX = (1.007 277 x p + 1.008 665 n)

• Pada kenyataanya AZX < (1.007 277 x P + 1.008 665 N)– Ada selisih massa yang berubah menjadi energi.– Atom 2D = 2.014 102 amu– Atom 2D terdiri dari 1 proton + 1 netron = 2.015 ...)

• Atom 56Fe– Atom 56Fe = 55.934932 amu– Atom 56Fe =( 26 p + 30 n) = 56.4 ...– Selisih massa sebesar 0.528068 amu.


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiGaya Tukar Inti

• Atom akan ‘kolaps’ bila tidak ada gaya yang menyeimbangkan gaya tarik inti. Untuk itu diperlukan suatu gaya penyeimbang/gaya tolak.

• Gaya ini diusulkan sebagai gaya tukar inti.• Kurva energi ikat rata-rata pernukleon

menunjukkan adanya gaya ini, karena nilainya sekitar 8.5 MeV.

• Secara kuantum mekanik. Hal ini dimungkinkan bila antar dua buah partikel memiliki beberapa sifat-sifat yang sama.


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

• Misal kemiripan yang terjadi pada elektron: Pada struktur benzene, kestabilan yang lebih rendah diperoleh dengan cara molekul memiliki struktur resonansi.

• Sifat yg dapat menjadi gaya tukar inti antara lain: muatan, spin, posisi.

• Beberapa gaya tukar inti adalah– Gaya tukar muatan Heisenberg– Gaya tukar spin Bartlett– Gaya tukar posisi Majorana– Gaya tukar biasa Wigner


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiGaya Tukar Inti - Heisenberg


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiGaya Tukar Inti - Bartlett


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiGaya Tukar Inti - Majonara


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Faktor Penentu Kestabilan IntiGaya Tukar Inti - Heisenberg


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011

Atomic Energy

• Every nucleus is a store house for a vast amount of energy.

• This energy can be released through an appropiate nuclear reaction.

• Type of gaining the energy– Via Nuclear Fission (Light element with low B)– Via Nuclear Fussion (Heavy element with low

B)


41

0011 0010 1010 1101 0001 0100 1011


ki3241_radiokimia_lec02_2011-08-24

Documents

34 c satuan panjang

15 m satuan momentum

jenis inti berdasarkan

s satuan energi ev

19 coulomb konstanta

nz berbeda isobar n

za berbeda isoton z

tingkat energi berbeda