Unsur Radioaktif
A. Sejarah Penemuan Unsur Radioaktif
Berawal dari penemuan sinar X
pada tahun 1895 oleh Wilhelm Konrad Rontgen (1845 - 1923) bahwa beberapa unsur
dapat memancarkan sinar-sinar tertentu. Para ahli tertarik untuk mengadakan
penelitian tentang unsur tersebut. Setahun kemudian Antoine Henre Becquerel
(1852 - 1908) mengamati garam uranik sulfat (K2UO2(SO4)2) memancarkan sinar (radiasi)
secara spontan. Gejala ini dinamakan keradioaktifan, sedangkan unsur yang
memancarkan radiasi disebut unsur
radioaktif.
B. Sinar Radioaktif
Sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif memiliki sifat-sifat:
1. dapat menembus lempeng logam tipis;
2. dapat menghitamkan pelat film;
3. dalam medan magnet terurai menjadi tiga berkas sinar.
Pada tahun 1898 Paul Ulrich Villard menemukan sinar
radioaktif yang tidak dipengaruhi oleh medan magnet yaitu sinar gamma (γ ). Setahun kemudian Ernest
Rutherford berhasil menemukan dua sinar radioaktif yang lain, yaitu sinar alfa
(α ) dan sinar beta ( β ).
1. Sinar Alfa (α)
Sinar alfa merupakan inti helium (He) dan diberi lambang 42
α atau 42 He .
Sinar α memiliki sifat-sifat sebagai
berikut:
a. bermuatan positif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke
kutub
negatif;
b. daya tembusnya kecil (α < β < γ );
c. daya ionisasi besar (α > β > γ ).
2. Sinar Beta (β)
Sinar beta merupakan pancaran elektron dengan kecepatan tinggi dan
diberi lambang 01β atau 01e.
Sinar beta memiliki sifat-sifat:
a. bermuatan negatif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke
kutub positif;
b. daya tembusnya lebih besar dari α ;
c. daya ionisasinya lebih kecil dari α .
3. Sinar Gamma (γ)
Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang pendek dan diberi lambang 00γ .
Sinar γ memiliki sifat-sifat:
a. tidak bermuatan listrik, sehingga tidak dipengaruhi medan
listrik;
b. daya tembusnya lebih besar dari α dan β;
c. daya ionisasi lebih kecil dari α dan β.
Selain sinar α , β dan γ unsur radioaktif juga
memancarkan partikel yang lain, misalnya positron (elektron positif) 0+1e , neutron 10n , proton 11 p , detron 21D dan triton 31T .
Sinar α dan β dipengaruhi medanlistrik.
Daya tembus sinar α , β dan γ .
Bila unsur-unsur radioaktif memancarkan sinar α atau β maka akan berubah menjadi
unsur lain.
• Bila unsur radioaktif memancarkan sinar α , akan menghasilkan unsur baru
dengan nomor atom berkurang
dua dan nomor
massa berkurang empat.
Contoh:
22688Ra è 22286Rn
+ 42α
• Bila unsur radioaktif memancarkan sinar β , akan menghasilkan unsur baru
dengan nomor atom bertambah satu dan nomor massa tetap.
Contoh:
23490Th è 23491Pa + 0-1β
Pemancaran sinar γ dari unsur radioaktif tidak menghasilkan unsur baru.
C. Stabilitas Inti
Dalam inti atom terdapat proton dan neutron yang disebut nukleon (partikel
penyusun inti). Suatu inti atom (nuklida) ditandai jumlah proton dan jumlah
neutron. Secara umum nuklida dilambangkan dengan:
A X
Z
dimana
è
A = nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron
Z = nomor atom = jumlah proton
Kestabilan
inti ditentukan oleh imbangan banyaknya proton dan neutron,
karena
neutron
dalam inti berfungsi
menjaga tolak-menolak antar proton.
Untuk unsur yang kecil, jumlah neutron
sama atau sedikit lebih banyak dari pada proton.
Untuk unsur yang berat jumlah neutron lebih
banyak daripada proton.
Contoh
:
Nuklida
yang stabil dengan nomor atom terbesar 83 yaitu 20983 Bi,
sedangkan nuklida dengan Z > 83 tidak stabil.
Sampai
dengan nomor atom 80 inti-inti stabil semakin besar angka banding
neutron
dengan proton.
Inti 4020Ca adalah inti
stabil terberat yang angka banding neutron-protonnya adalah 1.
Inti
yang tidak stabil (bersifat radioaktif) memiliki perbandingan n/p di luar pita kestabilan, yaitu:
1.
di atas pita kestabilan
2.
di bawah pita kestabilan
3. di seberang
pita kestabilan
D. Peluruhan
Inti yang tidak stabil akan mengalami peluruhan yaitu proses perubahan
dari inti yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil.
Inti yang terletak di atas pita kestabilan, memiliki harga n/p terlalu besar (kelebihan neutron), akan mencapai kestabilan dengan
cara:
a. Memancarkan sinar (elektron)
Pada proses ini terjadi perubahan neutron menjadi proton.
10n è 11 p + 0-1 e
Contoh:
146C è 147N + 0-1 e
3516S è 3517 Cl + 0-1
e
13755Cs è 13756Ba + 0-1
e
b. Memancarkan neutron
Proses ini jarang terjadi di alam, hanya beberapa inti radioaktif yang
mengalami proses ini.
Contoh:
52He è 42He + 10 n
Inti yang terletak di bawah pita kestabilan memiliki harga n/p yang
terlalu kecil (kelebihan proton), akan mencapai
kestabilan dengan cara:
a. Memancarkan positron
Pada proses ini terjadi perubahan proton menjadi netron.
11 p è 10 n + 01e
Contoh:
116C è115B + 01e
b. Memancarkan proton (proses ini jarang terjadi)
Contoh:
3316S è 3215P + 11p
c. Menangkap elektron
Elektron terdekat dengan inti (elektron di kulit K) ditangkap oleh
inti atom sehingga terjadi perubahan
11 p + 0-1 e ==> 10 n
Contoh:
4019K + 0+1e è 4018Ar
9042Mo + 0-1e è 9041Nb
Inti yang terletak di seberang pita kestabilan (Z > 83) mencapai kestabilan dengan cara memancarkan alfa.
Contoh:
21684Po è 21282Pb + 42α
E. Kecepatan Peluruhan
Telah kita pelajari bersama bahwa nuklida yang tidak stabil akan
mengalami peluruhan menjadi nuklida yang lebih stabil. Kecepatan peluruhan tiap nuklida berbeda-beda
tergantung jenis nuklidanya. Bila ditinjau dari segi orde reaksi, peluruhan
nuklida radioaktif mengikuti reaksi
orde satu. Hal ini dapat kita gambarkan sebagai berikut:
Bila N adalah jumlah zat radioaktif pada waktu t, maka jumlah yang terurai
tiap satuan waktu dapat dinyatakan dengan persamaan diferensial, yaitu:
_ dN = λ N
dt
, dimana λ = tetapan peluruhan, yang
besarnya tergantung jenis zat radioaktif.
Bila persamaan di atas
diintegralkan akan menjadi:
N = N0e-
λ t ,
dengan N0 = jumlah zat radioaktif pada saat t = 0 (mula-mula).
Pada gambar di atas tampak bahwa setelah waktu t jumlah zat radioaktif menjadi ½ dari jumlah pemula. Dalam hal ini
kita mengenal waktu yang diperlukan oleh
zat radioaktif untuk meluruh menjadi separuh
(setengah) dari jumlah semula, yang dikenal dengan waktu paruh (t ½ ).
Jadi, pada saat t = t ½ , maka N = ½ N0 ,
Sehingga :
1 = 0,693
2
λ
Bila
:
jumlah
zat radioaktif mulamula = N0 dan waktu paruh = t1/2,
maka
setelah waktu paruh pertama jumlah zat
radioaktif tinggal 1/2N0
dan
setelah waktu paruh kedua tinggal ¼ N0.
Setelah
zat radioaktif meluruh selama waktu t, maka zat radioaktif yang tinggal (N), dapat dirumuskan dengan:
t
N = 1 t1/2 X N0
2
Contoh
Soal :
1.
Suatu zat radioaktif x sebanyak 12,8 gram dan memiliki waktu paruh 2 tahun.
Berapa gram zat radioaktif x yang tersisa setelah 6 tahun?
Jawab:
Diketahui:
N0 =
12,8 gram, t 1/2 = 2 tahun, t = 6 tahun
Ditanyakan:
N = ...
t
N = 1 t1/2 X N0
2
6
N = 1
2 X 12,8
2
N = 1
3 X 12,8
2
N = 1
X 12,8 = 1,6 gram
8
2. 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?
Jawab
Diketahui
Nt = 2 mg
N0 = 8 mg
t 1/2 = 20 hari
Nt = ( 1/2 )n x N0
2 = ( 1/2 )n x 8
( 1/2 )n = 1/4
n = 2
n = t
t1/2
t = n × t 1/2 = 2 x
20 = 40
Jadi, radioisotop tersebut telah meluruh selama 40 hari.
LATIHAN
SOAL
1. Setelah disimpan selama 40 hari, massa unsur radioaktif
tinggal 6,25% dari massa semula. Berapa hari waktu paruh unsur radioaktif
tersebut?
2. Sebanyak 64 gram suatu nuklida radioaktif memiliki waktu paruh
25 hari, berapa gram yang tersisa setelah disimpan 100 hari?
3. Suatu isotop radioaktif pada tanggal 14 Juli 2006
menunjukkan aktivitas 40.000 dps. Berapa dps aktivitas radioaktif tersebut pada
tanggal 25 Agustus 2006 pada jam yang sama?
4. Suatu mineral uranium tersusun dari 0,790 gram U-238 dan 0,205
gram Pb-206 yang berasal dari peluruhan U-238. Bila waktu paruh U-238 adalah
4,5 × 109 tahun, tentukan umur mineral tersebut!
5. Manuskrip kuno bila diukur aktivitas C-14nya 150 cpm. Bila aktivitas
C-14 dalam makhluk hidup = 180 cpm dan waktu paruh C-14 adalah 5770 tahun,
perkirakan umur manuskrip tersebut!
