MAKALAH RADIOKIMIA
PITA KESTABILAN INTI DAN KAIDAH KESTABILAN INTI
OLEH :
ARFY MAULIDA LUBIS HANIFAH YUSNIDA SIR IRAWATI HARAHAP JELITA CHRISTIANTI SIMANGUNSONG MELISYA SITORUS NURBETTY SIALLAGAN REBEKKA K. MANURUNG YAYUK TRI MAULANI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIMED
2011
KATA PENGANTAR
Segenap puji dan syukur kami haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa Atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul “PITA KESTABILAN INTI DAN KAIDAH KESTABILAN INTI”.
Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas dalam mata kuliah Radiokimia. Selain itu makalah ini dapat juga memberikan kita pengetahuan tentang pita kestabilan inti dan kaidahnya.
Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada bapak Drs. Jasmidi, M.Si selaku dosen pengajar dalam mata kuliah ini yang memberikan bimbingan dan pengajarannya dalam materi radiokimia ini.
Kami menyadari terdapat banyak kekurangan dalam makalah ini. Oleh karena itu, kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun sangat kami harapkan. Besar harapan kami makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 28 Maret 2011
Kelompok V
BAB I
PENDAHULUAN
Kestabilan suatu inti berhubungan erat dengan perbandingan antara jumlah neutron dan proton didalam inti. Sebagi contoh 
adalah isotop timbal dengan 82 proton dan 132 neutron (dapat dinotasikan sebagai Pb-214) bersifat tidak stabil atau dikatakan bersifat radioaktif dan secara spontan mengalami peluruhan membentuk isotop lain. Sedangkan Pb-206 dari unsur yang sama tidak bersifat radioaktif. Secara eksperimental ditemukan bahwa semakin banyak proton dalam suatu isotop (menyebabkan gaya tolak elektrostatik besar), dibutuhkan neutron yang juga lebih banyak perprotonnya untuk stabilitas inti. Banyaknya neutron meningkatkan atraksi gaya inti tanpa menyebabkan penambahan gaya tolak elektrostatik. Oleh karena itu, ada rasio neutron dan proton tertentu yang menghasilkan stabilitas maksimal. Hal ini akan diilustrasikan dalam bentuk pita kestabilan inti yang akan dibahas dalam isi makalah.
Kestabilan inti atom ditentukan oleh jumlah proton dan netron didalam inti. Dari 1500 inti yang telah diketahui, hanya ± 400 inti yang stabil. Gambar di bawah ini menunjukkan diagram N-Z, yang menyatakan hubungan antara jumlah proton (N) dan jumlan netron (Z) untuk sejumlah inti stabil.
Inti stabil adalah inti yang tidak dapat secara spontan meluruh atau berubah. Definisi kestabilan yang lebih mengkhusus adalah kemampuan inti meluruh dengan jenis peluruhan tertentu. Sebagai contoh, tidak dapat meluruh secara spontan dengan mengemisikan b- atau b+. Agar proses peluruhan tersebut terjadi, maka ke dalam sistem tersebut harus diberikan energi. disebut mempunyai kestabilan b. Tetapi U tidak stabil terhadap peluruhan alfa (a) karena dapat mengemisikan partikel a secara spontan menjadi disertai pelepasan energi sebesar 1,27 MeV per nukleon, dimana energi tersebut hampir semua berupa energi kinetik partikel a. Disamping itu dapat secara spontan membelah menjadi dua inti yang lebih kecil yang ukurannya hampir sama dengan membebaskan energi sekitar 200 MeV. Kestabilan inti terhadap jenis peluruhan tertentu dapat diketahui dengan memperhatikan massa total inti mula-mula dengan massa total inti hasil. Jika perubahan inti berlangsung eksotermik (perubahan spontan), maka massa total hasil harus kurang dari pada massa total inti mula-mula. Misalnya, tidak dapat secara spontan mengemisikan partikel a menjadi , oleh karena massa hasil (yaitu massa + massa ) lebih besar dari pada massa dengan perbedaan sekitar 9,105 .s.m.a atau sebesar 8,481 MeV.
Peta kestabilan inti hanya merupakan informasi untuk mengetahui kestabilan inti secara eksperimen. Misalnya ingin mengetahui kestabilan 22Na dan 23Na, kita harus melihat tabel itu. Kita tidak bisa hanya melihat jumlah proton dan neutron yang ada di dalam nuklida itu atau nilai angkabandingnya. Jika berpedoman pada jumlah proton dan neutron atau nilai angkabandingnya, maka kita akan terperangkap. Sebagai contoh berdasarkan angkabanding jumlah proton dan neutron, 22Na merupakan nuklida yang stabil karena angkabanding proton terhadap neutronnya sama dengan satu, dan 23Na merupakan nuklida tidak stabil. Kenyataannya (fakta empiris) menunjukkan bahwa garis kestabilan melalui 23Na dan tidak melalui 22Na. Jadi 23Na stabil dan 22Na tidak stabil dengan memancarkan b+ karena berada di atas garis kestabilan.
BAB II
ISI
A. KESTABILAN INTI
Kestabilan inti tidak dapat diramalkan dengan suatu aturan. Namun, ada beberapa petunjuk empiris yang dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan yang bersifat radioaktif/tidak stabil, yaitu:
- Semua inti yang mempunyai proton 84 atau lebih tidak stabil
- Aturan ganjil genap, yaitu inti yang mempunyai jumlah proton genap dan jumlah neutron genap lebih stabil daripada inti yang mempunyai jumlah proton dan neutron ganjil
- Bilangan sakti (magic numbers)
Nuklida yang memiliki neutron dan proton sebanyak bilangan sakti umumnya lebih stabil terhadap reaksi inti dan peluruhan radioaktif.
Bilangan tersebut adalah:
Untuk neutron : 2, 8, 20, 28, 50, 82 dan 126
Untuk proton : 2, 8, 20, 28, 50 dan 82.
Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama dengan banyaknya elektron untuk gas mulia yang sangat stabil.
- Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron-proton.
Inti stabil adalah inti yang tidak dapat secara spontan meluruh atau berubah. Definisi kestabilan yang lebih mengkhusus adalah kemampuan inti meluruh dengan jenis peluruhan tertentu. Sebagai contoh, tidak dapat meluruh secara spontan dengan mengemisikan b- atau b+. Agar proses peluruhan tersebut terjadi, maka ke dalam sistem tersebut harus diberikan energi. disebut mempunyai kestabilan b. Tetapi U tidak stabil terhadap peluruhan alfa (a) karena dapat mengemisikan partikel a secara spontan disertai pelepasan energi sebesar 1,27 MeV per nukleon, dimana energi tersebut hampir semua berupa energi kinetik partikel a. Disamping itu dapat secara spontan membelah menjadi dua inti yang lebih kecil yang ukurannya hampir sama dengan membebaskan energi sekitar 200 MeV. Kestabilan inti terhadap jenis peluruhan tertentu dapat diketahui dengan memperhatikan massa total inti mula-mula dengan massa total inti hasil. Jika perubahan inti berlangsung eksotermik (perubahan spontan), maka massa total hasil harus kurang dari pada massa total inti mula-mula. Misalnya, tidak dapat secara spontan mengemisikan partikel a. Oleh karena massa hasil (yaitu massa + massa ) lebih besar dari pada massa dengan perbedaan sekitar 9,105 .s.m.a atau sebesar 8,481 MeV.
Kestabilan inti tidak hanya dipengaruhi oleh angka banding proton-neutron, tetapi dipengaruhi juga oleh genap-ganjilnya jumlah proton dan neutron di dalam inti. Berdasarkan ganjil-genapnya jumlah proton dan neutron, inti diklasifikasikan menjadi inti genap-genap (artinya jumlah proton genap dan neutron genap), ganjil-genap, genap-ganjil, dan ganjil-ganjil. Nuklida yang paling stabil adalah nuklida tipe genap-genap, yang paling tidak stabil adalah tipe ganjil-ganjil. Nuklida tipe genap-ganjil dan ganjil-genap kestabilannya hampir sama dan terletak antara kestabilan nuklida genap-genap dan ganjil-ganjil. Perbedaan kestabilan keempat tipe nuklida tersebut juga tampak dari jumlah nuklida stabilnya di alam. Nuklida stabil untuk tipe genap-genap jumlahnya adalah 157, tipe genap-ganjil 55, tipe ganjil-genap 50, dan tipe ganjil-ganjil 4. Nuklida tipe ganjil-ganjil umumnya selalu tidak stabil terhadap peluruhan b; . hanya ada empat yang stabil terhdap peluruhan b yaitu 2H, 6Li, 10B, dan 14N.
Kestabilan inti berdasar genap-ganjilnya jumlah proton dan neutron, dapat dijelaskan dengan asumsi bahwa energi dibebaskan (kestabilan bertambah) jika 2 nukleon dengan tipe sama bergabung bersama membentuk pasangan. Di dalam inti tipe genap-genap, semua nukleon berpasangan. Di dalam inti tipe genap-ganjil dan ganjil-genap pasti ada 1 nukleon yang tidak punya pasangan. Ketidak-stabilan terbesar dari inti ganjil-ganjil karena pasangan tidak terjadi antara neutron dengan proton. Jika proton dengan neutron dapat berpasangan mestinya kestabilan inti ganjil-ganjil sama besarnya dengan kestabilan inti genap-genap.
B. PITA KESTABILAN
Pita kestabilan inti hanya merupakan informasi untuk mengetahui kestabilan inti secara eksperimen. Misalnya ingin mengetahui kestabilan 22Na dan 23Na, kita harus melihat tabel itu. Kita tidak bisa hanya melihat jumlah proton dan neutron yang ada di dalam nuklida itu atau nilai angkabandingnya. Jika berpedoman pada jumlah proton dan neutron atau nilai angkabandingnya, maka kita akan terperangkap. Sebagai contoh berdasarkan angkabanding jumlah proton dan neutron, 22Na merupakan nuklida yang stabil karena angkabanding proton terhadap neutronnya sama dengan satu, dan 23Na merupakan nuklida tidak stabil. Kenyataannya (fakta empiris) menunjukkan bahwa garis kestabilan melalui 23Na dan tidak melalui 22Na. Jadi 23Na stabil dan 22Na tidak stabil dengan memancarkan b+ karena berada di atas garis kestabilan.
Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton, agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.
Bila dibuat grafik perbandingan jumlah proton dan jumlah neutron dari isotop unsure-unsur, akan diperoleh suatu pola di mana isotop-isotop stabil terletak di dalam suatu daerah berbentuk pita. Daerah keberadaan isotop-isotop stabil dalam grafik ini disebut pita kestabilan. Jadi, isotop yang berada di luar pita kestabilan akan bersifat radioaktif. Meskipun demikian, ditemukan pula beberapa isotop di dalam pita kestabilan yang bersifat radioaktif.
Berikut ini merupakan grafik pita kestabilan,
1. Isotop Inti Ringan di Atas Pita Kestabilan
Untuk mencapai pita kestabilan, pada isotop dengan jumlah proton < 83 yang berada di atas pita kestabilan atau memiliki neutron lebih banyak daripada proton, dapat dilakukan dengan cara, yaitu.
a. Pemancaran Partikel Proton
Kelebihan neutron akan diubah menjadi proton agar stabil, seperti persamaan berikut:
01n -> +11p + -10e
Contoh:
614C -> 714N + -10e
b. Pemancaran Partikel Neutron
Jika inti atom memancarkan partikel neutron, berarti terjadi pengurangan nomor massa, sedangkan nomor atom tetap.
Contoh:
53137I -> 53136 + 01n
Proses ini jarang terjadi di alam.
2. Isotop Inti Ringan di Bawah Pita Kestabilan
Isotop-isotop ini memiliki kecenderungan untuk mengurangi protonnya dengan cara sebagai berikut.
a. Pemancaran Partikel Positron
Pada pemancaran positron, proton berubah menjadi neutron, ditunjukkan oleh persamaan berikut.
11p -> 01n + +10e
Pembebasan positron oleh sebuah inti atom akan menyebabkan nomor atom berkurang satu, tetapi nomor massa tetap.
Contoh:
610C -> 510B + +10e
b. Penangkapan Partikel Elektron
Apabila inti menangkap elektron, umumnya ditangkap dari kulit elektron yang terdekat yaitu kulit K. Elektron tersebut akan bergabung dengan proton menjadi neutron.
+11p + -10e -> 01n
Penangkapan elektron oleh inti atom akan menyebabkan nomor atom berkurang satu, tetapi nomor massa tetap.
47Be + -10e -> 37Li
1940K + -10e -> 1840Ar
3. Nuklida Berat
Nuklida yang memiliki terlalu banyak proton dan neutron (jumlah proton > 83) atau nuklida bermassa besar cenderung untuk melepaskan partikel a. Peristiwanya disebut peluruhan alfa.
Pemancaran sinar a oleh sebuah inti atom menyebabkan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat.
Contoh:
92238U -> 90234Th + 24He
84212Po -> 82208Pb + 24He
C. KAIDAH KESTABILAN INTI
1. Kaidah Partikel Alfa
Partikel Alfa (α) adalah bentuk radiasi partikel yang dapat menyebabkan ionisasi dan daya tembusnya rendah. Partikel tersebut terdiri dari dua proton dan dua netron yang terikat menjadi sebuah partikel yang identik dengan inti Helium (2He4).
Partikel Alfa dipancarkan oleh inti radioaktif seperti Uranium atau Radium dalam proses peluruhan alfa. Kadang-kadang proses ini membuat inti dapat tereksitasi dan memancarkan sinar gamma untuk membuang kelebihan energi.
Peluruhan alfa dominan terjadi pada inti-inti tidak stabil yang relatif berat (Z > 80). Contoh Radium yang menjadi gas Radon karena peluruhan alfa. Proses puluruhan alfa dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut:
zXA -->z-2XA-4 + α
Contoh peluruhan partikel alfa yang terjadi di alam adalah:
1. 92U238 --> 90Th234 + α
2. 88Ra222 --> 86Rn218 + α
1. Energi partikel alfa paling rendah 7,5 MeV diperlukan untuk penetrasi lapisan pelindung nominal pada kulit
(7 mg/cm2 atau 0,07 mm).
2. Jangkauan partikel alfa di udara 1 atm
Ra = 0,56 E (E <>
Ra = 1,24 E – 2,62 (E ≥ 4 MeV)
Pada kondisi STP, setiap 1 mm udara, energi partikel alfa berkurang sebesar 60 keV.
3. Ketebalan jendela detektor menyebabkan energi partikel alfa berkurang sekitar 0,8 MeV per mg/cm2 ketebalan jendela. Oleh karena itu detektor yang mempunyai jendela dengan tebal 3 mg/cm2 (seperti pada proposional gas untuk deteksi alfa/beta dan detektor GM) tidak akan dapat mendeteksi emisi alfa yang lebih rendah dari 3 MeV. Detektor ini mempunyai efisiensi yang sangat rendah untuk partikel alfa yang berenergi rendah atau partikel alfa teratenuasi.
4. Detektor alfa proposional udara mempunyai energi dan respon efisiensi yang lebih tinggi dari pada detektor proposional gas atau GM.
5. Transfer energi partikel alfa ke udara.
Partikel alfa 6 MeV memproduksi 40.000 pasangan ion per cm.
Partikel alfa 4 MeV memproduksi 55.000 pasangan ion per cm.
Karena ω udara 34 eV per pasangan ion. Maka:
a. Partikel alfa berenergi 6 MeV turun 1,18 MeV per cm udara
b. Partikel alfa berenergi 4 MeV turun 1,87 MeV per cm udara
Sifat Radiasi Alfa
a. Daya ionisasi partikel alfa sangat besar, kurang lebih 100 kali daya ionisasi partikel beta dan 10.000 kali daya ionisasi sinar gamma.
b. Jarak tembusnya sangat pendek, hanya beberapa mm udara, tergantung energinya.
c. Partikel alfa akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.
d. Kecepatan partikel alfa bervariasi antara 1/100 sampai 1/10 kecepatan cahaya.
2. Kaidah Partikel Beta
Partikel Beta adalah elektron atau positron yang berenergi tinggi yang dipancarkan oleh beberapa jenis inti radioaktif seperti K40. Partikel beta yang dipancarkan merupakan bentuk radiasi yang menyebabkan ionisasi sinar beta. Produksi partikel beta disebut juga peluruhan beta. Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan. Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel beta yang mungkin bermuatan negatif (ß- atau elektron) atau bermuatan positif (ß+ atau positron). Pada diagram N-Z peluruhan ß- terjadi bila inti tidak stabil berada di atas kurva kestabilan, sedangkan peluruhan ß+ terjadi bila intinya berada di bawah kurva kestabilan.
Kurva pita kestabilan
Proses peluruhan partikel beta adalah sebagai berikut:
zXA --> z+1XA + β- + υ+ zXA --> z-1XA + β++ υ-
Contoh: 15P32--> 16S32 + β- + υ+ 8O15 --> 7N15 + β+ + υ-
Neutrino (υ+) dan antineutrino (υ-) adalah partikel yang tidak bermassa, tetapi mempunyai energi yang disertai peluruhan β.
1. Energi partikel beta paling rendah 70 keV diperlukan untuk penetrasi lapisan pelindung nominal pada kulit
(7 mg/cm2 atau 0,07 mm)
2. Rata–rata energi spektrum sinar beta ±1/3 dari energi maksimum.
3. Jangkauan partikel beta di udara sekitar 12 ft (3,6 m)/MeV.
4. Jangkauan partikel beta atau elektron dalam gram/cm2 (tebal dalam cm dikalikan densitas dalam g/cm3) adalah kira–kira setengah dari energi maksimum dalam MeV. Kaidah ini menaksir terlalu tinggi jangkauan energi rendah (0,5 MeV) dan nomor atom rendah, dan taksiran rendah untuk energi tinggi dan nomor atom tinggi.
5. Laju paparan (rad/jam) dalam medium infinit yang terkontaminasi oleh pengemisi beta adalah 2,12 EC / ρ
Dengan - E(MeV) adalah rata-rata energi beta per peluruhan,
- C (μCi/cm3) adalah konsentrasi, dan
- ρ (g/cm3) adalah densitas.
Sifat Radiasi Beta
a. Daya ionisasinya di udara 1/100 kali dari partikel alfa.
b. Jarak tembusnya lebih jauh dari partikel alfa, di udara dapat beberapa cm.
c. Kecepatan partikel beta antara 1/100 sampai 99/100 kecepatan cahaya.
d. Karena sangat ringan maka partikel beta mudah sekali dihamburkan jika melewati medium.
e. Partikel beta akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.
3. Kaidah Sinar Gamma
Peluruhan gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun nomor massa, karena radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan ini berupa gelombang elektromagnetik (foton). Peluruhan ini dapat terjadi jika energi inti atom tidak dalam keadaan dasar (ground state). Peluruhan ini dapat terjadi pada inti berat maupun ringan, di atas maupun di bawah kurva kestabilan.Biasanya peluruhan gamma ini mengikuti peluruhan alfa atau beta. Peluruhan gamma dapat dituliskan sebagai berikut:
zXA* --> zXA + γ
Contoh peluruhan gamma yang mengikuti peluruhan beta
27Co60 --> 28Ni60* + β-
28Ni60* --> 28Ni60 + γ
Sinar Gamma buatan
Xm + n --> Xm+1* + γ
Sifat Radiasi Gamma
a. Sinar gamma dipancarkan oleh nuklida tereksitasi (isomer) dengan panjang gelombang antara 0,005 – 0,5 amstrong.
b. Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya tembusnya sangat besar bila dibandingkan dengan daya tembus partikel alfa atau beta.
c. Karena tidak bermuatan maka sinar gamma tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
4. Kaidah Netron
Jumlah netron per cm2 per detik pada jarak R dari sumber kecil mengemisikan Q netron per detik tanpa perisai dapat dirumuskan:
Untuk sumber netron α,n
Q (netron per sejuta partikel alfa) = 0,152E3,65
Dengan E adalah energi partikel alfa dalam MeV.
Nilai di atas untuk target Be. Sedangkan untuk target B dikalikan 0,16 dan target F dikalikan 0,05
