1
Halaman dari
MAKALAH KIMIA
ZAT RADIOAKTIF
DISUSUN OLEH:
Kelompok 5
Fauziah Akhiri N.A
M. Fachrizandy
Nuranisya Yustin A.
Raysazahra A M
Sumiyon Gilang R
Wanda Saputri M.
XII-IPA 3
SMA NEGERI 8 SAMARINDA
2016/2017
KATA PENGANTAR
Assalamua'laikum.wr.wb
Puji syukur kami panjatkan atas ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan berkahnya kami dapat menyelesaikan makalah ini yang berisi tentang Zat Radioaktif.
Tak lupa pula kami mengucapkan terima kasih kepada guru kami, Bu Endah Winarni, yang telah membimbing kami dalam menyelesaikan makalah. Kami sadar bahwa makalah ini memiliki banyak kekurangan maka untuk itu kami memohon maaf apa bila ada kesalahan penulisan atau sebagainya. Semoga makalah ini bermanfaat untuk guru dan teman-teman yang telah membaca makalah ini. Sekian dan terima kasih.
Wassalamua'laikum.wr.wb
Samarinda, 9 Oktober 2016
Penyusun
DAFTAR ISI
Kata Pengantar.......................................................................................................................... 2
Daftar Isi .................................................................................................................................. 3
BAB I. Pendahuluan
Latar Belakang........................................................................................................ 4
Rumusan Masalah................................................................................................... 4
Tujuan..................................................................................................................... 4
BAB II. Pembahasan
Pengertian Zat Radioaktif........................................................................................ 5
Sejarah Penemuan Zat Radioaktif........................................................................... 5
Jenis-Jenis Sinar Radioaktif.................................................................................... 5
Struktur Inti............................................................................................................. 6
Transmutasi inti....................................................................................................... 9
Reaksi Inti............................................................................................................... 10
Energi Nuklir.......................................................................................................... 11
Deret Keradioaktifan.............................................................................................. 12
Peluruhan Zat Radioaktif........................................................................................ 13
Kegunaan dan Dampak Zat Radioaktif.................................................................. 15
Latihan Soal........................................................................................................... 19
Kesimpulan.............................................................................................................................. 20
Daftar Pustaka.......................................................................................................................... 21
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring perkembangan teknologi masa kini dengan adanya radioaktif membawa perkembangan di dalam berbagai aspek kehidupan. Suatu zat radioaktif (radioactive substance) dapat didefinisikan sebagai sesuatu yang memiliki sifat untuk mengemisikan radiasi secara spontan yang mampu berjalan melewati lembaran-lembaran logam dan zat-zat lain yang tak tembus terhadap cahaya. Radiasi tersebut berlaku dengan cara yang sama seperti pada cahaya terhadap suatu pelat fotografi, menyebabkan fluoresensi bertanda dalam zat-zat tertentu dan memberikan konduktivitas listrik pada udara.
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.
Rumusan Masalah
Apa yang dimaksud dengan zat radioaktif?
Bagaimana sejarah penemuan zat radioaktif?
Apa saja jenis-jenis sinar radioaktif?
Bagaimana struktur inti, transmutasi inti dan reaksi inti dari zat radioaktif?
Apa yang dimaksud dengan energi nuklir?
Apa yang dimaksud deret keradioaktifan?
Apa yang dimaksud peluruhan zat radioaktif?
Apa saja kegunaan dan dampak dari zat radioaktif?
Tujuan
Siswa dapat mengetahui pengertian zat radioaktif.
Siswa dapat mengetahui sejarah penemuan zat radioaktif.
Siswa dapat mengetahui jenis-jenis sinar radioaktif.
Siswa dapat mengetahui struktur inti, transmutasi inti dan reaksi inti dari zat radioaktif.
Siswa dapat mengetahui pengertian energi nuklir
Siswa dapat mengetahui deret keradioaktifan.
Siswa dapat mengetahui peluruhan zat radioaktif.
Siswa dapat mengetahui kegunaan dan dampak dari zat radioaktif.
BAB II
PEMBAHASAN
Pengertian Zat Radioaktif
Reaksi kimia berasal dari unsur-unsur yang bergabung membentuk suatu senyawa. Dalam peristiwa ini elektron dan inti atom mempunyai peranan yang sangat penting. Di alam ini pada umumnya inti atom stabil tetapi ada pula yang kurang stabil seperti Polonium, Radium, Aktinium, Protaktinium, Uranium dan unsur-unsur lain dengan massa tertentu. Inti atom yang kurang stabil berupaya untuk menjadi stabil dengan cara berubah menjadi inti atom lain disertai dengan pemancaran sinar-sinar alfa, beta dan gamma. Unsur-unsur ini disebut unsur radioaktif.
Sejarah Penemuan Zat Radioaktif
Pada tahun 1895 W.C. Rontgen melakukan percobaan dengan sinar katode. Ia menemukan bahwa tabung sinar katode 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.
Jenis-Jenis Sinar Radioaktif
Sifat-sifat sinar radioaktif dikelompokkan berdasarkan jenis sinar radioaktifnya. Sifat-sifat sinar radioaktif diuraikan sebagai berikut.
Sinar Alpa
Terdiri dari inti helium yang mengandung 2 proton dan 2 neutron.
Ditemukan oleh Ernest Rutherford pada tahun 1903.
Bermuatan positif
Lambang
Daya pengion tinggi, tetapi daya tembus terhadap suatu materi rendah.
Daya tembus kecil.
Sinar Beta
Sinar beta terdiri dari elektron-elektron yang bergerak cepat.
Ditemukan oleh Ernest Rutherford (1871 - 1937) pada tahun 1903.
Bermuatan negatif.
Lambang
Kecepatan mendekati kecepatan cahaya.
Daya tembus lebih besar daripada sinar alfa.
Dapat mengionkan benda-benda yang dilalui.
Sinar Gamma
Merupakan gelombang elektromagnetik
Ditemukan oleh Paul Ultich Villard.
Tidak bermuatan listrik, karena itu tidak dapat dibelokkan oleh medan magnet / listrik. Daya tembus sangat besar hanya dapat ditahan oleh selapis baja atau beton.
Dapat mengionkan materi yang dilalui, tetapi tidak sekuat sinar alfa atau beta.
Sifat – sifat umum zat radioaktif:
Dapat mengionkan gas yang disinari
Menembus lempeng logam tipis
Diuraikan oleh medan magnet
Dapat menghitamkan pelat film
Struktur Inti
Dalam suatu nuklida tersusun atas nukleon-nukleon, dimana nukleon tersebut merupakan partikel-partikel penyusun inti atom/nukleus, sedangkan nuklida itu sendiri adalah isotop atom. Nukleon mengandung dua jenis partikel dasar yaitu proton (bermuatan positif) dan neutron (tidak bermuatan). Suatu inti atom yang mempunyai jumlah nukleon tertentu disebut nuklida, yaitu atom tanpa elektron pada kulit-kulitnya. Suatu nuklida dapat dinyatakan dengan lambang unsur yang dilengkapi nomor massa (jumlah nukleon), sedangkan nomor atom boleh ditulis atau tidak karena dapat dilihat pada sistem periodik.
Penggolongan Nuklida
Isotop adalah nuklida dengan nomor atom sama tetapi nomor massa berbeda.
Isobar adalah nuklida dengan nomor massa sama, tetapi jumlah proton berbeda.
Isoton adalah nuklida dengan jumlah neutron sama.
Kestabilan Inti
Kestabilan secara kinetika ditinjau berdasarkan kejadian inti meluruh membentuk inti yang lain, disebut peluruhan radioaktif. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah "seimbang" serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Jumlah proton dan neutron maupun tingkat energi dari inti-inti yang stabil tidak akan mengalami perubahan selama tidak ada gangguan dari luar. Sebaliknya, inti atom dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya "tidak seimbang" atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar. Perlu dicatat bahwa komposisi proton dan neutron yang "seimbang" atau "tidak seimbang" di atas tidak berarti mempunyai jumlah yang sama ataupun tidak sama. Setiap inti atom mempunyai "kesetimbangan" yang berbeda.
Untuk mengetahui ciri-ciri inti yang stabil dan inti yang tidak stabil dapat ditinjau dari perbandingan antarpartikel yang terkandung di dalam inti atom, yaitu perbandingan neutron terhadap proton (N/Z). Selain nuklida 1H, semua nuklida atom memiliki proton dan neutron. Suatu nuklida dinyatakan stabil jika memiliki perbandingan neutron terhadap proton lebih besar atau sama dengan satu (N/Z 1). Nuklida terdiri dari dua kelompok yaitu:
Nuklida ringan
yaitu nuklida yang memiliki jumlah proton kurang dari 20.
Nuklida berat
yaitu nuklida yang memiliki jumlah proton lebih dari 83. Nuklida ini tidak ada yang stabil karena adanya gaya tolak menolak antarproton yang sangat kuat.
Pita kestabilan : Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.
Di atas pita kestabilan.
Untuk mencapai kestabilan: Inti melepas neutron atau memancarkan sinar beta
Di pojok atas kanan pita kestabilan Z > 83
Untuk mencapai kestabilan : Inti memancarkan partikel alfa
Di bawah pita kestabilan
Untuk mencapai kestabilan : Inti memancarkan positron atau menangkap elektron
Jenis-Jenis Radiasi Sinar Radioaktif
Radiasi Alfa
Partikel alfa (α) didefinisikan sebagai partikel bermuatan positif pada inti helium. Partikel alfa tersusun atas dua proton dan dua neutron, sehingga dapat dinyatakan sebagai atom Helium-4 (He-4). Partikel alfa (α) merupakan partikel inti Helium yang bermuatan positif (kation dari unsur Helium, He2+). Akan tetapi, elektron pada dasarnya bebas, mudah untuk lepas dan mudah pula untuk didapat. Jadi, secara umum, partikel alfa (α) dapat dituliskan tanpa muatan karena akan dengan cepat mendapatkan 2 elektron dan menjadi atom Helium netral (bukan sebagai ion).
Sebagai contoh, isotop Radon-222 (Rn-222), dapat mengalami peluruhan dan memancarkan partikel alfa. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
86Rn222 84Po218 + 2He4
Radiasi Beta
Partikel beta (β) pada dasarnya adalah elektron yang dipancarkan dari inti. Sebagai contoh, isotop Iodin-131 (I-131) digunakan dalam bidang medis sebagai isotop untuk mendeteksi dan mengobati kanker kelenjar gondok (tyroid). Isotop tersebut mengalami peluruhan dan memancarkan partikel beta. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
53I131 54Xe131 + -1e0
Radiasi Gamma
Radiasi gamma (γ) sangat menyerupai sinar X, yaitu radiasi dengan energi tinggi dan memiliki panjang gelombang pendek (short wavelength). Radiasi sinar gamma umumnya disertai dengan pemancaran partikel alfa dan partikel beta. Tetapi, biasanya tidak dinyatakan pada persamaan reaksi inti yang disetarakan. Contoh reaksi yang terjadi pada Cobalt-60 (Co-60) :
2760Co 2760Co + γ
Radiasi Positron
Pemancaran positron tidak terjadi pada isotop radioaktif yang meluruh secara alami, tetapi hal ini terjadi secara alami pada isotop radioaktif buatan manusia. Positron pada dasarnya merupakan elektron yang memiliki muatan positif. Positron dapat terbentuk bila proton di dalam inti atom meluruh menjadi neutron. Positron yang terbentuk ini kemudian dipancarkan dari inti atom.
Proses ini terjadi pada beberapa isotop, seperti isotop Kalium-40 (K-40). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
19K40 18Ar40 + +1e0
Transmutasi Inti
Reaksi transmutasi inti adalah reaksi penembakan inti atom suatu unsur dengan menggunakan partikel penembak sehingga terbentuk inti baru yang stabil. Transmutasi inti dapat dituliskan dalam bentuk notasi singkat : M ( a, b ) M', dengan:
M : inti yang ditembak (sasaran)
a : partikel penembak
b : partikel yang dibebaskan pada reaksi inti tersebut
M' : inti baru hasil penembakan
Suatu reaksi inti harus memenuhi hukum kekekalan massa dan hukum kekekalan muatan. Jumlah massa inti sebelum reaksi sama dengan jumlah massa inti setelah reaksi. Jumlah muatan inti sebelum reaksi sama dengan jumlah muatan inti setelah reaksi.
Jenis reaksi transmutasi inti:
Penembakan partikel alfa.
Pada tahun 1919, Ernest Rutherford berhasil melakukan percobaan pertama, yaitu menembak gas nitrogen dengan partikel alfa. Pada reaksi ini diperoleh isotop oksigen.
Contoh: 7N 14 + 2He4 9F18 8 O17 + 1H1
Penembakan dengan neutron.
Pada tahun 1934, Enrico Fermi menembakkan peluru neutron pada beberapa unsur berat . Ternyata pada penembakan ini dihasilkan unsur-unsur baru yang sebelumnya tidak diketahui di alam. Pada percobaan ini, Enrico Fermi menembakkan partikel neutron pada uranium dengan kecepatan tertentu. Setelah ditembakkan, inti uranium menyerap neutron dan terbentuk isotop yang lebih besar dan bersifat tidak stabil. Reaksinya:
92U238 + 0n1 92U239
Penembakan dengan proton
Pada tahun 1932, Cockcroft dan Walton melakukan penembakan dengan partikel proton. Pada percobaan ini partikel proton ditembakkan ke inti litium dan nitrogen.
Contoh: 7N14 +1H1 6C11 + 2He4
Penembakan dengan deuteron
Deuteron merupakan inti atom deuterium yang analog dengan proton, yaitu inti atom protenium (hidrogen). Deuteron (1H2 atau 0D1) mempunyai kecepatan tinggi sehingga dapat digunakan sebagai peluru untuk menembak inti atom. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut.
4Be9 + 1H2 5B10 + 0n1
Penembakan dengan partikel yang menghasilkan partikel neutron
Penembakan isotop dengan suatu partikel yang menghasilkan neutron dilakukan dengan Chadwick (1932). Chadwick menembak inti berilium (Be) dengan partikel alfa sehingga menghasilkan isotop karbon-12. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.
4Be9 + 2He4 6C12 + 0n1
Reaksi Inti
Reaksi yang terjadi di inti atom dinamakan reaksi nuklir. Jadi Reaksi nuklir melibatkan perubahan yang tidak terjadi di kulit elektron terluar tetapi terjadi di inti atom. Reaksi nuklir memiliki persamaan dan perbedaan dengan reaksi kimia biasa.
Reaksi Fisi (Reaksi Pembelahan Inti)
Sesaat sebelum perang dunia kedua beberapa kelompok ilmuwan mempelajari hasil reaksi yang diperoleh jika uranium ditembak dengan neutron. Otto Hahn dan F. Strassman, berhasil mengisolasi suatu senyawa unsur golongan II A, yang diperoleh dari penembakan uranium dengan neutron. Mereka menemukan bahwa jika uranium ditembak dengan neutron akan menghasilkan beberapa unsur menengah yang bersifat radioaktif. Reaksi ini disebut reaksi pembelahan inti atau reaksi fisi. Proses reaksi fisi (pembelahan inti) terjadi karena inti menyerap suatu partikel. Inti yang mudah membelah adalah inti-inti berat menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan disertai pemancaran energi dan partikel elementer.
Peluruhan ini disertai dengan memancarkan sinar beta dan gamma hingga terbentuk isotop yang stabil. Akibatnya, reaksi fisi ini akan mengakibatkan reaksi berantai sehingga menghasilkan energi besar. Reaksi fisi digunakan sebagai dasar pembuatan reaktor nuklir dan bom atom. Energy yang dihasilkan disebut energi nuklir. Reaksi yang merupakan reaksi pemecahan inti atom dengan pelepasan banyak energi disebut reaksi fisi nuklir. Fisi nuklir membuktikan kebenaran bahwa materi dapat berubah menjadi energi.
Contoh: 92U235 + 0n1 56Ba144 + 36Kr89 + 30n1 + energi
Reaksi Fusi (Reaksi Penggabungan Inti)
Reaksi fusi atau penggabungan adalah reaksi penggabungan antara dua atau lebih inti ringan yang menghasilkan inti lebih berat, partikel elementer, dan pemancaran energi
Secara teoretis, reaksi fusi lebih menguntungkan daripada reaksi fisi. Hal ini disebabkan energi yang dihasilkan pada reaksi fusi lebih besar daripada energi pada reaksi fisi. Inti atom hasil reaksi fusi lebih stabil sehingga pancaran radioaktif dari bahaya radiasi yang ditimbulkan dapat dihindari. Reaksi fusi terjadi pada bintang (Matahari) dan bom hidrogen.
Contoh: 1H2 + 1H3 2He4 + 0n1 + energi
Reaksi Fusi dalam Bintang (Matahari)
Matahari adalah salah satu bintang yang merupakan sumber energi bumi. Energi yang dihasilkan oleh matahari kemudian dipancarkan ke bumi merupakan hasil dari reaksi inti. Reaksi inti yang terjadi dalam bintang termasuk Matahari merupakan reaksi fusi. Reaksi ini meliputi beberapa jenis, antara lain daur proton-proton, daur karbon, dan reaksi temperatur tinggi. Reaksi ini dibagi menjadi tiga, yaitu:
Reaksi Fusi Daur Proton-Proton
Terjadi di matahari dan memiliki tahapan-tahapan sebagai berikut:
Reaksi pembentukan deuteron
1H1 + 1H1 1H2 + 1e0 + energi
Reaksi pembentukan 2He3
1H1 + 1H2 2He3 + sinar gamma + energi
Reaksi pembentukan inti helium
2He3 + 2He3 2He4 + 21H1 + energi
Reaksi Fusi Daur Karbon
Hasil reaksi daur karbon meliputi sebuah partikel alfa, dua positron, dan empat proton disertai pelepasan energi.
Reaksi Fusi Temperatur Tinggi
Reaksi ini melibatkan tiga partikel dari inti karbon dengan melepas 7,5 MeV.
Reaksi Fusi pada Bom Hidrogen
Reaksi fusi ini merupakan dasar pembuatan bom hidrogen (bom-H). Energi yang dihasilkan bom hidrogen berasal dari pengurangan massa sebelum dan sesudah reaksi fusi (defek massa).
Energi Nuklir
Energi nuklir adalah suatu energi yang tersimpan dalam atom. Energi ini keluar ketika terjadi proses dalam reaksi nuklir. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa energi nuklir didapatkan dari perubahan sejumlah massa inti atom ketika berubah menjadi inti atom yang lain dalam reaksi nuklir. Contoh-contoh banda-banda yang memiliki energi nuklir diantaranya adalah:
1. Pembangkit listrik tenaga nuklir
2. Awan cendawan karena bom nuklir
Secara umum, energi nuklir ini dapat dihasilkan melalui dua macam mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti melalui reaksi fusi. Fisi Nuklir adalah sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel (misalnya neutron) dapat membelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan beberapa partikel lain. Mekanisme yang semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi nuklir. Contoh reaksi fisi nuklir ini adalah uranium yang ditumbuk (atau menyerap) neutron lambat yang akan menghasilkan neutron selain dua buah inti atom yang lebih ringan. Neutron ini mampu menumbuk (diserap) kembali oleh inti uranium untuk membentuk suatu reaksi fisi berikutnya. Mekanisme ini terus terjadi dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali. Akibatnya, jika terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat maka akan sangat membahayakan jiwa manusia. Mekanisme ini sebenarnya sering terjadi di dalam bom nuklir yang menghasilkan ledakan dahsyat. Jadi, reaksi fisi dapat membentuk reaksi berantai yang tak terkendali serta memiliki potensi daya ledak dahsyat dan dapat dibuat dalam bentuk bom nuklir.
Disisi lain pelepasan energi yang dihasilkan melalui reaksi fisi dapat digunakan untuk hal-hal yang lebih bermanfaat lagi. Oleh sebab itu, reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi ini harus dibuat lebih terkontrol lagi. Dalam mengontrol reaksi fisi ini maka diperlukan sebuah reaktor nuklir. Reaksi berantai yang terkendali dapat dilakukan dalam reaktor yang terjamin keamanannya dan energi yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk keperluan lebih berguna lagi, misalnya untuk penelitian dan untuk membangkitkan listrik.
Deret Keradioaktifan
Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif. Pada deret ini setiap anggotanya terbentuk dari hasil peluruhan nuklida sebelumnya. Deret akan berakhir dengan nuklida stabil. Suatu unsur radioaktif (isotop radioaktif) selalu meluruh sehingga terbentuk unsur yang baru. Unsur yang terbentuk masih juga bersifat radioaktif sehingga akan meluruh, demikian terus akan terjadi sehingga akhirnya akan diperoleh hasil akhir terbentuk inti atom yang stabil/mantap. Dari hasil inti-inti yang terbentuk yang bersifat radioaktif sampai diperoleh inti atom yang stabil/mantap, ternyata serangkaian inti-inti atom yang terjadi memiliki nomor massa yang membentuk suatu deret.
Misalnya isotop radioaktif 92U235 meluruh menjadi 90Th231 dengan memancarkan sinar α, selanjutnya90Th231 meluruh menjadi 91Pa231 dengan memancarkan sinar β. Pemancaran sinar α dan sinar β ini akan berlangsung terus hingga terbentuk inti atom yang stabil yaitu 82Pb207. Dari serangkaian hasil-hasil inti selama peluruhan (92U235) sampai terbentuk inti atom yang stabil (82Pb207) ternyata nomor massa inti yang terbentuk selalu merupakan kelipatan bilangan (4n + 3) di mana n adalah bilangan bulat. Di mana peluruhan yang diawali oleh inti induk 92U235 sehingga diperoleh inti atom akhir82Pb207 yang stabil disebut deret radioaktif (4n + 3) yang diberi nama deret Aktinium.
Karena dalam peluruhan radioaktif hanya pemancaran sinar α yang menyebabkan terjadinya perubahan nomor massa inti, maka unsur radioaktif dalam peluruhannya dapat digolongkan dalam 4 macam deret yaitu deret Thorium (4n), deret Neptonium (4n + 1), deret Uranium(4n + 2) dan deret Aktinium (4n + 3). Di mana dari keempat deret tersebut tiga merupakan deret radioaktif alami dan satu deret merupakan deret radioaktif buatan, yaitu deret Neptonium.
Empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret torium, neptunium, uranium, dan aktinium.
a. Deret Torium
Deret torium dimulai dari inti induk dan berakhir pada inti . Deret ini juga disebut dengan deret 4n, sebab nomor massanya selalu kelipatan 4.
b. Deret Neptunium
Deret neptunium dimulai dari induk dan berakhir pada inti . Deret ini juga disebut deret (4n +1), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n +1.
c. Deret Uranium
Deret uranium dimulai dari inti induk dan berakhir pada . Deret ini disebut juga deret (4n +2), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2.
d. Deret Aktinium
Deret aktinium dimulai dari inti induk U dan berakhir pada Pb. Deret ini juga disebut deret (4n +3), sebab nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 3.
Tabel Deret Radioaktif
Peluruhan Radioaktif
Peluruhan adalah perubahan spontan dari satu nuklida induk menjadi satu nuklida anak yang bersifat radioaktif maupun yang tidak, dengan memancarkan sinar-sinar atau partikel-partikel radioaktif.
Laju peluruhan
Laju peluruhan adalah seberapa cepat suatu zat radioaktif meluruh. Laju peluruhan menandakan keaktifan zat radioaktif, dengan berbanding lurus terhadap konstanta dan jumlah nuklida radioaktif. Rumusnya:
Waktu paruh
Berapakah waktu yang diperlukan suatu radioisotop untuk meluruh? Waktu meluruh setiap radioisotop berbeda-beda, ada yang ribuan tahun, ada juga yang hanya membutuhkan waktu beberapa detik. Istilah yang biasanya digunakan untuk menyatakan waktu yang diperlukan suatu radioisotop untuk meluruh adalah waktu paruh. Waktu paruh didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh suatu radioisotop untuk meluruh separuhnya. Waktu paruh suatu radioisotop ditentukan dengan cara mengukur perubahan radiasi dari massa suatu radioisotop selama periode tertentu. Perhatikanlah Gambar 4. berikut ini yang memperlihatkan waktu paruh .
Gambar 4. Grafik Waktu terhadap Massa 90Sr.
Dengan mengetahui waktu paruh suatu radioisotop, kita dapat menentukan massa suatu radioisotop setelah meluruh selama waktu tertentu. Kita juga dapat menentukan waktu paruh jika mengetahui massa isotop sebelum dan setelah meluruh serta lama peluruhannya. Berikut ini rumus yang dapat digunakan untuk melakukan perhitungan yang berkaitan dengan waktu paruh.
Keterangan:
Nt = banyaknya radioisotop yang tersisa setelah meluruh selama t satuan waktu
N0 = banyaknya radioisotop mula-mula
t = lamanya radioisotop meluruh
t= waktu paruh
Umur rata-rata
Umur rata-rata adalah kebalikan dari peluang (hipotesis) untuk meluruh persatuan waktu. Dengan rumus:
Peluruhan inti
Dalam peluruhan inti inilah perhitungan radioaktif yang paling penting karena menyebabkan perbedaan jumlah partikel sebelum dan sesudah reaksi peluruhan. Berikut rumus peluruhan inti:
Kegunaan dan Dampak Zat Radioaktif
Pada saat meluruh, unsur radioaktif tersebut memancarkan radiasi berupa partikel dan menghasilkan energi. Peluruhan unsur, pancaran radiasi, dan energi tersebutlah yang digunakan dalam berbagai kegiatan di berbagai bidang.
Berikut ini beberapa contoh bidang kehidupan yang memanfaatkan sifat radioaktif.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Kesehatan
Dalam bidang kesehatan, radioisotop kebanyakan digunakan untuk terapi kanker dan teknik pencitraan (penggambaran) organ tubuh. Radioisotop yang digunakan dalam bidang kesehatan memiliki waktu paruh yang sangat pendek, mulai dari beberapa menit sampai dengan beberapa hari saja. Di samping memiliki waktu paruh yang pendek, energinya juga rendah dan diberikan dalam dosis yang sangat sedikit. Berbagai radioisotop yang digunakan, yaitu:
24Na, mendeteksi adanya gangguan peredaran darah.
59Fe, mengukur laju pembentukan sel darah merah.
11C, mengetahui metabolisme secara umum.
131I, mendeteksi kerusakan pada kelenjar tiroid.
32P, mendeteksi penyakit mata, liver, dan adanya tumor
Gambar 6. (a) Alat Tomografi Emisi Positron (PET). Pasien disuntik dengan larutan yang diberi label senyawa radioaktif yang dengan cepat bergerak ke otak. Inti radioaktif dalam senyawa tersebut mengemisikan positron. (b) Alat PET mengukur jumlah emisi positron dan menghasilkan gambar dari otak secara tiga dimensi.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Perairan
Dalam bidang perairan, radioisotop bermanfaat untuk menentukan gerakan sedimen di pelabuhan dan daerah pantai, melacak zat pencemar, menemukan kebocoran dam atau bendungan, menentukan arah gerakan air tanah, menyelidiki hubungan antar sumur minyak, menentukan debit air sungai, dan studi geotermal. Radioisotop yang sering digunakan adalah iridium-192, aurum-198, dan scandium-46.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Peternakan
Salah satu pemanfaatan radioisotop dalam bidang peternakan adalah RIA (Radioimmuno Assay), yaitu metode deteksi yang didasarkan pada interaksi antigen-antibodi. Antigen (hormon) yang berlabel radioaktif dapat digunakan untuk mendeteksi kandungan hormon dalam sampel. Isotop yang dapat digunakan untuk teknik RIA adalah H-3, C-14, dan I-125. Aplikasi RIA di bidang peternakan bertujuan untuk mengukur konsentrasi hormon progesteron dalam sampel serum darah atau susu.
Tujuan pengukuran progesteron ini adalah untuk mendeteksi pubertas ternak, mendeteksi gejala birahi, diagnosis kehamilan dini, mendukung program inseminasi buatan (IB), dan diagnosis kelainan reproduksi ternak. Dampak sosial ekonomi dari pengaplikasian teknik RIA adalah penghematan pelayanan IB, hamil tepat waktu, produksi susu stabil, dan perbaikan keturunan.
Beberapa contoh lain pemanfaatan radioisotop dalam bidang ini, yaitu:
Mengkaji efisiensi pemanfaatan pakan untuk produksi ternak.
Mengungkapkan informasi dasar kimia dan biologi maupun antikualitas pada pakan ternak.
32P dan 35S, untuk pengukuran jumlah dan laju sintesis protein di dalam usus besar.
14C dan 3H, untuk pengukuran produksi serta proporsi asam lemak mudah
menguap di dalam usus besar.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Pertanian
Dalam bidang pertanian, radioisotop dapat digunakan dalam pembuatan bibit unggul, penentuan waktu pemupukan yang tepat, dan pengendalian hama. Di Indonesia, berbagai penelitian mengenai penggunaan radioisotop untuk membuat bibit unggul tanaman industri telah dilakukan. Sejak 1982 hingga sekarang Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi BATAN telah melepas 12 varietas padi unggul, 4 varietas kedelai unggul, dan 1 varietas kacang hijau unggul.
Radioisotop nitrogen-15 dapat digunakan untuk penentuan waktu pemupukan yang tepat. Pupuk yang mengandung N-15 dipantau dengan alat pencacah (pengukur radiasi). Ketika pencacah tidak lagi mendeteksi radiasi, artinya pupuk telah terserap habis. Dari data tersebut dapat diketahui jangka waktu pemupukan yang sesuai dengan usia tanaman.
Pengendalian hama menggunakan radioisotop dapat dilakukan dengan cara meradiasi sel kelamin hama jantan sehingga mandul. Kemudian, hama tersebut dilepas kembali. Oleh karena hama tersebut mandul, hama betina tidak dapat berkembang biak.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Arkeologi
Dalam bidang arkeologi, peluruhan radioisotop dimanfaatkan untuk mengukur usia fosil. Pengukuran ini didasarkan pada peluruhan isotop karbon-14 yang memiliki waktu paruh 5.730 tahun. Bagaimana peluruhan isotop karbon-14 ini dapat dimanfaatkan untuk menentukan usia batuan? Ketika sinar kosmik yang berenergi tinggi (mengandung partikel neutron) memasuki lapisan atmosfer, partikel neutron akan bereaksi dengan isotop nitrogen-14 menghasilkan isotop karbon-14.
Isotop karbon-14 tersebut kemudian bereaksi dengan unsur-unsur kimia lainnya membentuk senyawa yang dikonsumsi makhluk hidup. Selama makhluk hidup tersebut hidup, jumlah karbon-14 di dalam tubuhnya tetap. Akan tetapi, ketika makhluk hidup tersebut meninggal, jumlah karbon-14 yang terkandung dalam makhluk hidup akan meluruh. Dengan mengukur jumlah karbon-14 yang meluruh, kita dapat menduga usia fosil tersebut.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Industri:
Industri makanan, sinar gamma untuk mengawetkan makanan,
Industri metalurgi, digunakan untuk mendeteksi rongga udara pada besi cor, mendeteksi sambungan pipa saluran air, keretakan pada pesawat terbang, dan lain-lain.
Industri kertas, mengukur ketebalan kertas.
Industri otomotif, mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Hidrologi:
24Na dan 131I, digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran air sungai.
Menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah.
14C dan 13C, menentukan umur dan asal air tanah.
Pemanfaatan Radioisotop dalam Bidang Biologi:
Menentukan kecepatan pembentukan senyawa pada proses fotosintesis menggunakan radioisotop C-14
Meneliti gerakan air di dalam batang tanaman
Mengetahui ATP sebagai penyimpan energi dalam tubuh menggunakan radioisotop 38F
Sedangkan dampak negatif dari radiasi zat radioaktif, antara lain:
Dampak Radiasi
Radiasi yang dihasilkan dari peluruhan radioisotop berbahaya bagi kesehatan manusia. Radiasi dapat mempercepat pembelahan sel tubuh. Efek radiasi terhadap tubuh manusia ini dipengaruhi oleh banyaknya radiasi, jenis radiasi, dan lama penyinaran. Semakin banyak dan semakin lama radiasi yang diterima oleh tubuh, semakin besar pula dampak yang diterima tubuh. Di antara 3 radiasi alfa, beta, dan gama, radiasi sinar gama yang paling berbahaya. Ini disebabkan oleh kemampuan sinar gamma yang dapat menembus kulit, sel, tulang, dan tubuh bagian dalam.
Perhatikan Gambar 10.
Gambar 10. Kemampuan menembus relatif dari radiasi sinar alfa, beta, dan gamma.
Untuk menjaga agar penggunaan radioisotop tidak berbahaya, perlu adanya petunjuk mengenai dosis radiasi yang boleh masuk ke dalam tubuh. Dalam hal ini, para peneliti terus-menerus melakukan penelitian.
b. Dampak Reaksi Berantai yang Tidak Terkendali
Jika dapat dikendalikan, reaksi berantai dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik. Bagaimana jika tidak dikendalikan? Jika ini yang terjadi, tragedi kemanusiaan yang akan muncul. Reaksi berantai yang tidak terkendali mampu menghasilkan energi yang sangat besar dalam waktu singkat. Anda tentu mengetahui peristiwa pengeboman kota Hiroshima dan Nagasaki pada 1945 oleh Amerika Serikat. Pada Perang Dunia II (PD II) tersebut, tentara Amerika Serikat menjatuhkan bom atom ke dua kota di Jepang. Ribuan orang tewas seketika hanya dalam hitungan detik. Bom atom yang dijatuhkan Amerika Serikat tersebut dibuat dengan menggunakan prinsip reaksi berantai yang tidak terkendali.
Latihan Soal
Suatu radioisotop memiliki massa 8 mg. Setelah beberapa hari, massanya berkurang menjadi 2 mg. Jika waktu paruh radioisotop tersebut 20 hari, telah berapa lamakah radioisotop tersebut meluruh?
Diketahui :
Nt = 2 mg
No = 8 mg
t 1/2 = 20 hari
Ditanya: waktu peluruhan: ?
Jawab:
n = 2
t = n . t1/2 = 2 x 20 = 40
Jadi, radioisotop tersebut telah meluruh selama 40 hari.
KESIMPULAN
Zat radioaktif adalah zat yang mengandung inti tidak stabil. Jenis-jenis zat ini dibedakan menjadi sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Banyak kegunaan maupun dampak dari zat radioaktif. Salah satu kegunaannya yaitu sebagai pendeteksi beberapa gangguan tubuh dalam bidang kedokteran. Sedangkan dampaknya yaitu menyebabkan pencemaran lingkungan. Limbah zat radioaktif sebaiknya dikelola sedemikian rupa agar tidak membahayakan makhluk hidup dan lingkungannya.
DAFTAR PUSTAKA
Abdul Kholis. (2012, 23 November). Kimia Inti. Diperoleh 9 Oktober 2016, dari http://abdulkholiskimia.blogspot.co.id/2012/11/kimia-inti_23.html?m=1
Oktafiana Oka. (2012, 28 Desember). Unsur-Unsur Radioaktif. Diperoleh 9 Oktober, dari http://oktafianaoka.blogspot.co.id/2012/12/radioaktif.html?m=1
Sudarmo, Unggul. 2007. KIMIA UNTUK SMA KELAS XII. Surakarta: PHIBETA.
Rahayu, Imam. 2009. Praktis Belajar Kimia untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, p. 194.
