unsur radioaktif - kimia untuk kehidupan yang lebih …€¦ · ppt file · web view ·...
TRANSCRIPT
UNSUR RADIOAKTIFOleh: M. Nurissalam, S.Si
SMA Muhammadiyah I Metro
Unsur Radioaktif adalah unsur yang dapat memancarkan radiasi secara spontan.
Radiasi adalah sejenis sinar tetapi memiliki energi yang besar dan daya tembus yang tinggi.
Radiasi yang dipancarkan zat radioaktif terdiri dari 3 jenis partikel:
• Sinar alfa 24
•Sinar beta -1 0
• Sinar gama 0 0+
NOTASI DAN SIMBOL PARTIKEL INTI
Partikel Simbol Notasi Muatan
Proton p atau H 1p1 atau 1H1 +1
Netron n 0n1 0
Elektron/Sinar beta
e atau -1e0 atau -10 -1
Sinar alfa atau He 24 atau 2He4 +2
Sinar gama 00 0
KESETABILAN INTIMengapa atom bersifat radioaktif ?
Atom bersifat radioaktif karena intinya tidak stabil, sehingga mudah meluruh/pecah yang disertai pemancaran radiasi.
Proton (+)
Netron (o)
Mengapa proton sebagai penyusun
inti tidak saling tolak menolak/ dapat
menyatu ?
Ada 3 Pendekatan tentang kesetabilan inti Atom1.Pita kesetabilan.
Diidentifikasi perbandingan n/p isotop-isotop yang terdapat di alam.
Contoh
Isotop 6C12 memiliki n=6 dan p= 6 maka n/p = 1
Isotop 11Na23 memiliki n= 12 dan p=11 maka n/p=12/11 = 1,09.
Isotop 20Ca40 mempunyai n=20 dan p=20 maka n/p=1
Dari perhitungan diatas maka diperoleh diagram berikut yang disebut diagram pita kesetabilan.
n/p isotop stabil
82
Catatan:1. Isotop yang stabil
adalah isotop yang memiliki n/p berada pada pita kesetabilan.
2. Isotop dengan No atom lebih dari 82 semua radio aktif.
3. Ada 3 kelompok isotop tidak stabil;
a.Di atas pita kestabilan.
b.Di bawah pita kestabilan
c. Atom berat dengan No > 82
Kecenderungan mencapai kestabilan1. Isotop di atas pita kesetabilan berarti kelebihan n dan
kekurangan p. Maka akan mencapai kesetabilannya dengan cenderung mengubah n menjadi p
0n11p1
-1 0+ Memancarkan sinar beta
2. Isotop di bawah pita kesetabilan berarti kelebihan p dan kekurangan n. Maka akan mencapai kesetabilannya dengan cenderung mengubah p menjadi n dengan dua cara:
1p10n1
+1 e 0+ Memancarkan positron
Cara I
Cara II
1p1 + -1e00n1
Menangkap elektron dari kulit K
eK
L
Memancarkan sinar X
Cara yang kedua ini lebih sering terjadi, sedangkan cara I jarang sekali terjadi
3. Istop-isotop dengan No. atom lebih dari 82. (inti berat)
Cenderung meluruh dengan memancarkan sinar alfa () meskipun kadang disertai sinar beta () dan gama ()
92U23890Th234
24+
90Th23488Ra230
24+
92U238
90Th23491Pa234
92U234
82Pb214
84Po218
86Rn22288Ra226
90Th230
83Bi21484Po214
82Pb21083Bi210
84Po210
82Pb206
POLA PELURUHAN ZAT RADIOAKTIF
2. Energi BondingMenurut kajian ini kesetabilan inti atom disebabkan karena adanya energi bonding pernukleon yang cukup besar.
Menurut konsep ini sebagian massa dari partikel inti diubah menjadi energi ikat antar nukleon (penyusun inti).
Hal ini dapat dilihat dari selisih massa secara teori dan massa secara kenyataan, selisih massa tersebut kemudian diubah menjadi energi dengan konversi Einstein E = mc2 dan kemudian dibagi jumlah nukleonnya, sehingga akan diperoleh energi ikatan pernukleon.
Nuclear binding energy (BE) is the energy required to break up a nucleus into its component protons and neutrons.
BE + 19F 91p + 101n9 1 0
BE = 9 x (p mass) + 10 x (n mass) – 19F mass
E = mc2
BE (amu) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984
BE = 0.1587 amu 1 amu = 1.49 x 10-10 J
BE = 2.37 x 10-11J
binding energy per nucleon = binding energynumber of nucleons
= 2.37 x 10-11 J19 nucleons
= 1.25 x 10-12 J
23.2
Nuclear binding energy per nucleon vs Mass number
Nuclear Transmutation
Cyclotron Particle Accelerator
14N + 4 17O + 1p7 2 8 1
27Al + 4 30P + 1n13 2 15 0
14N + 1p 11C + 47 1 6 2
23.4
Balancing Nuclear Equations
1. Conserve mass number (A).
The sum of protons plus neutrons in the products must equal the sum of protons plus neutrons in the reactants.
1n0U23592 + Cs138
55 Rb9637
1n0+ + 2
235 + 1 = 138 + 96 + 2x1
2. Conserve atomic number (Z) or nuclear charge. The sum of nuclear charges in the products must equal the sum of nuclear charges in the reactants.
1n0U23592 + Cs138
55 Rb9637
1n0+ + 2
92 + 0 = 55 + 37 + 2x0 23.1
WAKTU PARUH ( t½ )
Waktu yang diperlukan untuk meluruhkan separuh dari jumlah inti suatu isotop.
Waktu paruh bersifat spesifik untuk setiap isotop. Contoh :t½ C-14 = 5700 tht½ Po-214 = 1,6 x 10-4 detikt½ Bi-210 = 5 harit½ Pb-214 = 26,8 menit
Semakin besar (panjang) waktu paruhnya berarti proses peluruhannya berlangsung lambat (Isotop kurang aktif) Semakin pendek waktu paruhnya berarti peluruhannya berlangsung cepat (Isotop sangat aktif)
0 20 40 60 80 100 120
50%
6,25%12,5%
25%
100 %
1 x Waktu paruh
2 x Waktu paruh
3 x Waktu paruh
4 x Waktu paruh
HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOP
Waktu ( t )
t½ t½ t½ t½
HUBUNGAN t½ DENGAN SISA ISOTOPPeriode Waktu paruh: t / t½
Sisa Isotop Nt
Rumus
0 100% = 1 bagian (½)0 bagian
1 50% = ½ bagian (½)1 bagian
2 25 % = ¼ bagian (½)2 bagian
3 12,5% = 1/8 bagian (½)3 bagian
4 6,25% = 1/16 bagian (½)4 bagian
- -n Maka sisa isotop ( Nt ) (½)n bagian
Maka jumlah isotop yang tersisa; Nt = ( ½ )n .No
Contoh soal:
1. Suatu isotop setelah disimpan selama 20 hari ternyata masih tersisa = 1/16 bagian. Tentukanlah waktu paruh isotop tersebut !
Jawab:Diketahui : No = 1 bagian
Nt = 1/16 bagianNtNo
= ( ½ )n
= ( ½ )4
1/16 = ( ½ )n
Maka n = 4
n = t t½ Maka t½ = 20
4 = 5 hari
Contoh soal:
2. Suatu isotop setelah disimpan selama 60 hari ternyata masih tersisa = 12,5 %. Tentukanlah waktu paruh isotop tersebut !
Jawab:Diketahui : No = 100%
Nt = 12,5 %NtNo
= ( ½ )n
1/8 = ( ½ )3
12,5/100 = ( ½ )n
Maka n = 3
n = t t½ Maka t½ = 60
3 = 20 hari
PENENTUAN USIA FOSIL
Usia suatu fosil dapat ditentukan berdasarkan aktivitas isotop C-14 yang terkandung dalam fosil ( sebagai Nt ) dibandingkan dengan aktivitas C-14 yang terkandung dalam jasad masih hidup ( sebagai No )
Pada mahluk hidup kadar C-14 yang ada dalam tubuh adalah konstan. Hal ini karena pada mahluk hidup masih melakukan aktivitas kehidupannya
Pada mahluk yang sudah mati kadar C-14 yang ada dalam tubuh adalah berkurang. Hal ini karena pada mahluk mati tidak melakukan aktivitas kehidupannya
Contoh soal:
3. Telah ditemukan fosil manusia purba di Desa Sangiran, Setelah diidentifikasi aktivitas C-14 nya ternyata memiliki aktivitas 5,1 dps. Jika pada tulang yang masih hidup memiliki aktivitas C-14 =15,3 dps dan t ½ C-14 =5700 th. Tentukan usia fosil manusia purba tersebut.
Jawab:Diketahui : No = 15,3 dps
Nt = 5,1 dpsNtNo
= ( ½ )n
⅓ = ( ½ )n
5,1/15,3 = ( ½ )n
log ⅓ = log ( ½ )n log ⅓ = n log ½ Hitung n ?
REAKSI INTITransmutasi inti.
Pada transmutasi inti inti atom ditembaki dengan partikel (proton, netron, alfa atau partikel lain.)
Cyclotron Particle Accelerator
Nuclear Transmutation
Nuclear Fission Pembelahan Inti
235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy92 54380 0
Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2
Energy = 3.3 x 10-11J per 235U
= 2.0 x 1013 J per mole 235U
Combustion of 1 ton of coal = 5 x 107 J
Nuclear Fission
23.5
Nuclear chain reaction is a self-sustaining sequence of nuclear fission reactions.The minimum mass of fissionable material required to generate a self-sustaining nuclear chain reaction is the critical mass.
Non-critical
Critical
Schematic Diagram of a Nuclear Reactor
23.5
Natural Uranium0.7202 % U-235 99.2798% U-238
Measured at Oklo0.7171 % U-235
Chemistry In Action: Nature’s Own Fission Reactor
23.6
Nuclear Fusion
2H + 2H 3H + 1H1 1 1 1
Fusion Reaction Energy Released
2H + 3H 4He + 1n1 1 2 0
6Li + 2H 2 4He3 1 2
6.3 x 10-13 J
2.8 x 10-12 J
3.6 x 10-12 J
Tokamak magnetic plasma
confinement
23.7
Radioisotopes in Medicine• 1 out of every 3 hospital patients will undergo a nuclear
medicine procedure
• 24Na, t½ = 14.8 hr, emitter, blood-flow tracer
• 131I, t½ = 14.8 hr, emitter, thyroid gland activity
• 123I, t½ = 13.3 hr, ray emitter, brain imaging
• 18F, t½ = 1.8 hr, emitter, positron emission tomography
• 99mTc, t½ = 6 hr, ray emitter, imaging agent
Brain images with 123I-labeled compound
23.7
Radioisotopes in Medicine
98Mo + 1n 99Mo42 0 42
235U + 1n 99Mo + other fission products92 0 42
99mTc 99Tc + -ray43 43
99Mo 99mTc + 0 + 42 43 -1
Research production of 99Mo
Commercial production of 99Mo
t½ = 66 hours
t½ = 6 hours
Bone Scan with 99mTc
Pakai glukosa berlabel
Pakai oksigen berlabel
Geiger-Müller Counter
23.7
23.8
Biological Effects of RadiationRadiation absorbed dose (rad)1 rad = 1 x 10-5 J/g of material
Roentgen equivalent for man (rem)1 rem = 1 rad x Q Quality Factor
-ray = 1 = 1 = 20
Chemistry In Action: Food Irradiation
Dosage Effect
Up to 100 kiloradInhibits sprouting of potatoes, onions, garlics. Inactivates trichinae in pork. Kills or prevents insects from reproducing in grains, fruits, and vegetables.
100 – 1000 kilorads Delays spoilage of meat poultry and fish. Reduces salmonella. Extends shelf life of some fruit.
1000 to 10,000 kilorads Sterilizes meat, poultry and fish. Kills insects and microorganisms in spices and seasoning.