About my Blog

But I must explain to you how all this mistaken idea of denouncing pleasure and praising pain was born and I will give you a complete account of the system, and expound the actual teachings of the great explorer of the truth, the master-builder of human happiness. No one rejects, dislikes, or avoids pleasure itself, because it is pleasure, but because those who do not know how to pursue pleasure rationally encounter consequences that are extremely painful.

Senin, 31 Desember 2012

RADIOAKTIF

(AKA) BOGOR, 2012



UNSUR – UNSUR
RADIOAKTIF
A.       Partikel – Partikel yang Dipancarkan Zat Radioaktif
Penemuan sinar X pada tahun 1985 oleh G.W. Roentgen menarik perhatian para ilmuwan termasuk Henry Becquerel (1985-1908), seorang profesor fisika dari universitas Paris. Becquerel berpendapat bahwa radiasi sinar X merupakan bagian emisi flouresensi dari kaca tabung katode dan sinar X dapat diemisi oleh flouresen yang lain. Ia mendapatkan beberapa senyawa flouresen pada pelat fotografi yang dilapisi dengan kertas hitam untuk melindunginya dari sinar dan kemudian dikenai sinar matahari. Dari beberapa mineral yang diperiksa hanya kalium uranil sulfat {K2(UO2)(SO4)2.2H2O} yang menghasilkan suatu gambaran pada pelat fotografi. Becquerel telah membuktikan hipotesisnya bahwa sinar X dapat dibentuk oleh flouresensi hasil dari rangsangan matahari. Untuk mengumpulkan fakta yang lebih banyak, ia menyiapkan pelat fotografi baru dan mineral uranium. Karena matahari tidak bersinar selama beberapa hari, pelat dan mineral tersebut disimpan dalam lemari. Setelah beberapa hari disimpan lemari, ternyata juga terjadi gambaran dari mineral tersebut pada pelat fotografi. Dengan kejadian ini, Becquerel yakin bahwa tanpa eksitasi dari sinar matahari, mineral tersebut mengemisi radiasi sehingga menembus kertas pelindung dan menimbulkan gambaran pada pelat fotografi.
Selanjutnya, Becquerel menemukan bahawa radiasi radioaktif tidak ada hubungannya dengan peristiwa flouresensi, tetapi merupakan sifat dari uranium. Hal ini ditunjang oleh marie Sklodowska Curie (1867-1934) yang menemukan bahwa unsurtorium (Th) juga bersifat radioaktif. Kemudian, ia juga menemukan unsur baru, yaitu polonium (Po) dan radium (Ra). Para ahli banyak yang tertarik untuk menyelidiki lebih lanjut mengenai penemuan Bacquerel. Ernest Rutherford di Inggris mendapatkan dua jenis sinar yang mempunyai perbedaan daya tembus, yaitu :
1.      Hanya dapat menembus lempeng tipis aluminium,
2.      Mempunyai kemampuan daya tembus yang besar
Ia menandai kedua sinar itu sebagai radiasi alfa (α) dan radiasi beta (β). Untuk mengetahui apakah radiasi membawa muatan listrik, Rutherford melewatkannya melalui suatu medan magnet diantara dua pelat yang bermuatan.
Sumber Uranium
          
                                           α


                                              γ

          β


Telah dibuktikan bahwa sinar α bermuatan positif (tertarik ke pelat yang bermuatan negative), sedangkan sinar β bermuatan negative (tertarik ke pelat yang bermuatan positif).
Pelat Fotografi
Gambar  1 Radiasi α, β, dan γ dari sumber uranium dipisahkan dalam medan elektrostatis, sinar α bermuatan positif, sinar β bermuatan negative, dan sinar  γ tidak bermuatan.
Pada tahun 1900, P. Villard menemukan radiasi tipe ketiga, yaitu sinar gamma (γ). Sinar Gamma mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar α dan β (kemampuan menembus aluminium mendekati perbandingan α : β : γ = 1: 100 : 10.000). Radiasi γ tidak dibelokkan baik oleh medan magnet maupun medan listrik. Berarti, γ tidak bermuatan seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Sifat – sifat radiasi gamma (γ) banyak kesamaannya dengan sinar X, yaitu termasuk radiasi elektromagnetik gelombang pendek. Penentuan perbandingan muatan dengan massa (e/m) memungkinkan Becquerel mengidentifikasi muatan negative radiasi beta (β) sesuai dengan electron berkecepatan tinggi. Dengan beberapa pendekatan, Rutherford menemukan bahwa sinar α sesuai dengan ion helium yang bermuatan +2 (He2+) atau inti helium. Jenis – jenis emisi radiasi oleh inti radioaktif ditunjukkan dalam Tabel 1.
Radiasi
Masa Pendekatan (μ)
Muatan
Tipe
Alfa
Beta
Gamma
Neutron
Proton
Positron
4
0
0
1
1
0
+2
-1
0
0
+1
+1
Partikel
Partikel
Radiasi elektromagnetik
Partikel
Partikel
Partikel
Tabel 1 Jenis Emisi Radiasi oleh Inti Radioaktif
Gambar  2 Daya tembus radiasi isotope radioaktif. Sinar γ dapat menembus kertas dan kayu, tetapi tidak dapat menembus beton. Sinar β dapat menembus kertas tetapi tidak dapat menembus kayu. Sinar α tidak dapat menembus kertas.
Suatu isotope radioaktif (radioisotop) dapat memancarkan radiasi α, β, atau γ bergantung pada isotopnya. Masing-masing pancaran tersebut mempunyai sifat yang berbeda, misalnya daya tembusnya seperti diilustrasikan pada Gambar 2.
                   Kertas   Kayu            Beton
Alfa
Beta
Gamma


                                                                                                                  
Adanya radiasi, intensitas radiasi, dan energi radiasi, dan energi dapat ditentukan dengan detector, misalnya detector Geiger – Muller. Partikel α atau β yang masuk ke dalam tabung Greiger akan mengionkan gas yang ada di dalam tabung. Ion tersebut memungkinkan munculnya pulsa arus listrik di antara dua elektrode. Untuk memperkuat pulsa listrik tersebut, digunakan amplifer sehingga terbaca pada pengukur.







B.       Sifat dan Keberadaan Unsur Radioaktif di Alam
   Unsur yang bersifat radioaktif adalah unsur yang mempunyai isotope tidak stabil. Unsur dengan nomor atom lebih besar dari 83 merupakan unsur radioaktif karena mempunyai isotope yang tidak stabil. Unsur bernomor atom 84 – 94 (polonium sampai uranium) adalah unsur yang terdapat di alam dan yang bernomor atom lebih besar dari 92 merupakan unsur radioaktif buatan. Ada beberapa unsur dengan nomor atom dibawah 84 yang bersifat radioaktif, yaitu tekseniun dengan nomor atom 43 dan promerium dengan nomor atom 63.
Pada Tabel 2 diberikan sifat fisika beberapa unsur radioaktif yang terdapat di alam.
Sifat Fisika
Unsur
Polonium (Po)
Radon (Rn)
Radium (Ra)
Aktinium (Ac)
Uranium (U)
Nomor atom
84
86
88
89
92
Mr
209
222
226
227
238,03
Titik leleh (oC)
254,00
-71,00
700,00
1.050
1.132,3
Titik Didih (oC)
962,00
61,80
-
3200
3.818
Rapatan (gcm-3)
9,32
4,40
5,00
10,07
20,25
Warna
Perak-Abu
T.B
Keperakan
Perak
Perak
E.I (kJ/mol)
812,00
1.037
509,00
499,00
587,00
A.E (kJ/mol)
180,00
0
>0
-
-
Keelektronegativan
2,00
-
0,90
1,10
1,38
Jari-Jari ion (Å)
0,67
-
1,43
1,11
0,80
Jari-Jari Atom (Å)
1,67
1,45
2,23
1,8
1,38
Tabel 2 Sifat Fisika Beberapa Unsur Radioaktif
Unsur Polonium terletak pada golongan VIA dalam tabel periodik. Polonium hamper tidak ada di di alam. Keberadaan unsur tersebut terdapat dalam batuan bersamaan dengan radium. Di alam, polonium 210 (dinamakan juga radium-F) adalah bentuk isotopnya dan beberapa isotop unsurnya  telah disintesis.
Radon dalam tabel periodeik terletak pada golongan gas mulia. Jadi, radon adalah unsur radioaktif yang bersifat gas, tidak berwarna, dan lebih berat dari udara. Radon ditemukan pada tahun 1900 oleh ahli kimia Jerman Friedrich Ernst Dorn. Radon dihasilkan dari peluruhan uranium dan radium yang dilepaskan ke udara. Untuk memperoleh radon dari udara dilakukan dengan cara melarutkan gas radon ke dalam laruan garam radium.
Radium terletak pada golongan IIA dalam tabel periodik. Radium ditemukan dalam bijih uranium. Unsur radium mudah teroksidasi bila terkena udara, sehingga tidak ditemukan dalam bentuk logamnya. Radium dibentuk dari pemecahan radioaktif uranium dan akbiatnya ditemukan dalam seluruh batuan uranium. Radium dieksrasi dengan penambahan senyawa barium. Sifat kimia radium mirip dengan barium dan dipisahkan dari komponen batuan lainnya melalui pengendapan barium dan radium sulfat. Sulfat diubah menjadi karbonat atau sulfide dengan melarutkannya dalam HCl. Radium dipisahkan dari barium sebagai hasil akhir kristalisasi dengan larutan klorida.
Uranium dalam tabel periodik terletak pada golongan aktinida, yaitu unsur-unsur transisi dalam. Pertama kali ditemukan oleh ahli kimia Jerman Martin heinrich Klaproth pada tahun 1789 dan diberi nama sesuai dengan nama planet Uranus. Diisolasi pertama kali pada tahun 1986.
Uranium mempunya tiga bentuk Kristal, dimana salah satunya terbentuk pada temperature 770 oC adalah lunak dan mudah dibentuk. Uranium dapat larut dalam asam klorida dan asam nitrit. Pada temperature 1000 oC uranium bergabung dengan nitrogen membentuk nitrit berwarna kuning. Uranium mempunyai tiga bilangan oksidasi, yaitu +4, +5, dan +6. Contoh senyawa uranium adalah uranil trioksida, UO3; uranil klorida UO2Cl2; uranium tetraklorida, UCl4; dan uranium dioksida UO2.  Uranium dengan bilangan oksidasi +4 biasanya tidak stabil, dapat berubah menjadi uranium dengan bilangan oksidasi +6 ketika bereaksi dengan udara dan menimbulkan ledakan. Garam uranium, seperti uranium klorida akan terurai dengan adanya cahaya yang kuat dan bahan – bahan organik.

C.       Struktur Inti
Selama menyelidiki sifat-sifat partikel α pada tahun 1909, Rutherford menemukan bahwa atom memiliki inti atom yang sangat kecil, bermuatan positif (jari-jari atom 10-13cm, sedangkan jari-jari atom 10-8 cm), dan hamper seluruh massa atom terpusat padanya. Inti atom terdiri atas proton dan neutron. Partikel penyusun inti ini disebut neuklon. Suatu inti atom yang ditandai dengan jumlah proton dan neutron disebut nuklida.
A
                                                         Jumlah (proton + neutron)          y
       Jumlah proton          x
Nuklida yang mempunyai julah proton sama, tetapi mempunyai jumlah neutron berbeda disebut isotope.
Contoh :

Proton
6
6
Neutron
12 – 6 = 6
14 – 6 = 8

Nuklida yang mempunyai jumlah (proton+neutron) sama, tetapi jumlah protonnya berbeda disebut isobar.
Contoh :

Proton
7
6
Neutron + proton
14
14

Nuklida yang mempunyai jumlah neutron yang sama disebut isoton.
Contoh :

Proton
8
6
Neutron
16 – 8 = 8
14 – 6 = 8

1.      Stabilitas
Suatu informasi yang menarik tentang struktur inti adalah hubungan antara perbandingan neutron dan proton (n/p) dengan kestabilan nuklidanya. Jika jumlah neutron dan jumlah proton untuk nuklida-nuklida yang stabil dibuat grafik, maka akan diperoleh pita kestabilan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar  3 Grafik jumlah neutron lawan jumlah proton untuk nuklida stabil menghasilkan pita kestabilan

2.      Nuklida di atas Pita Kestabilan
Nuklida di atas pita kestabilan mempunyai kelebihan neutron dan kekurangan proton. Agar stabil, ia akan berusaha mengurangi neutron dan menambah proton. Untuk itu, dapat dilakukan dengan cara berikut :
a.       Mengubah neutron menjadi proton dengan emisi β
 Contoh :
   +  (β)
b.      Emisi neutron (0n1)
Contoh :
   + (β)
c.       Emisi alfa (α)
Unsur-unsur yang nomor atomnya lebih dari 83 dengan jumlah (proton+neutron) lebih dari 208 umumnya mengemisi alfa (α).
Contoh :
   +  (α)
3.      Nuklida di Bawah Pita Kestabilan
Nuklida di bawah pita kestabilan kelebihan proton dan kekurangan neutron. Agar stabil, ia akan berusaha mengurangi proton dan menambah neutron dengan cara berikut :
a.       Emisi positron ( )
   +
Contoh :
   +
b.      Menangkap electron (electron capture)
 +  
       Contoh :
      +  

4.      Peluruhan Radioaktif
Proses perubahan dari nuklida radioaktif menjadi nuklida lain disebut peluruhan. Unsur – unsur yang mempunyai nomor atom lebih besar dari 83 berada diatas pita kestabilan. Dalam usaha mencapai kestabilannya, unsur-unsur tersebut akan mengemisi radiasi.
a.       Peluruhan Alfa (α)
Peluruhan alfa pada umumnya terjadi pada inti-inti tidak stabil yang relative berat. Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel alfa (α), yaitu suatu partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron, sehingga nuklida baru yang terbentuk akan kehilangan dua proton dan dua neutron. Secara umum peluruhan alfa dapat ditulis sebagai berikut.
   +
Contoh :
   +
b.      Peluruhan Beta (β)
Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relative ringan. Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel beta yang bermuatan negative (β-) atau bermuatan positif (β+) identic dengan electron yang bermuatan positif yang disebut positron.
Dalam proses peluruhan β- terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam inti atom, seangkan dalam proses peluruhan β+ terjadi perubahan proton menjadi neutron di dalam inti atom.
Secara umum, peluruhan β- dan β+ dapat ditulis sebagai berikut.
Peluruhan β- :    +
Peluruhan β+ :    +
Contoh :
     + β- + v
   + β+  + v-
Neutrino (v) dan (v-) adalah partikel yang tidak bermassa tetapi berenergi yang selalu mengiringi perubahan β.
c.       Peluruhan Gamma (γ)
Pada peluruhan gamma tidak terjadi perubahan nomor atom dan nomor massa. Peluruhan gamma memancarkan sinar gamma yang merupakan gelombang elektromagnetik yang disebut foton. Peluruhan terjadi nuklida yang berada dalam keadaan tereksitasi, yaitu nuklida yang memiliki tingkat energi diatas tingkat energi terendahnya (tingkat dasar atau ground state). Tingkat energi dasar nuklida adalah energi ikat total dari nuklida. Secara umum peluruhan gamma dapat ditulis sebagai berikut.
* →  +        
Tanda (*) digunakan untuk menunjukkan nuklida yang berada dalam keadaan tereksitasi.
Contoh :
  * + β
*  + γ
Dalam penulisan persamaan reaksi peluruhan, selain harus memenuhi hukum kekekalan massa juga harus memenuhi hukum kekekalan muatan, yang menyatakan bahwa massa dan muatan sebelum reaksi dan sesudah reaksi harus sama.

Contoh :
   +                            +
   +                         *  +

5.      Kecepatan Peluruhan
Kecepatan peluruhan nuklida radioaktif mengikuti kinetika orde satu dan tidak dipengaruhi, baik perubahan temperature maupun tekanan, tetapi hanya bergantung pada banyaknya nuklida yang tidak stabil.
Jika A = aktivitas (atau jumlah atom) nuklida radioaktif X pada saat t (t= waktu peluruhan)
       A0 = aktivitas (atau jumlah atom) nuklida radioaktif X mula – mula
       X → Y + … (sinar radioaktif), maka berlaku rumus
       2,303 log  = -kt
Atau
       2,303 log  = kt ………….. (1.1)        k adalah konstanta peluruhan
Waktu yang diperlukan oleh zat radioaktif untuk meluruh sehingga zat radioaktif yang ada tinggal separuh bagian disebut waktu paruh ( ). Untuk t = , maka A = o. substitusi pada persamaan (1.1) didapatkan.
2,303 log  = kt sehingga 2,303 log  = k
                                                  2,303 log 2 = k
                                                           0,693      = k  k =  ……. (1.2)
Grafik peluruhan radioaktif (orde 1) yang mula-mula banyaknya zat radioaktif a, setelah waktu paruh pertma menjadi a, setelah waktu paruh kedua menjadi a, dan seterusnya. Jika suatu zat radioaktif X mula-mula banyaknya = A0 dan waktu paruh t=  setelah zat X tersebut meluruh selama t maka zat X yang tinggal = A.
A=( ) A0 ………………………. (1.3)

Isotop
Simbol
Partikel yang dipancarkan
Waktu Paruh
Konstanta Peluruhan
Energi Ikat (MeV)
Uranium I
Α
4,51x109 y
4,88x10-18
4,19
Uranium X1
Β
24,1 d
3,3x10-7
0,19
Uranium X2
Β
1,18 m
9,77x10-3
2,31
Uranium Z
Β
6,66 h
2,88x10-5
0,5
Uranium II
Α
2,48x105 y
8,80x10-14
4,768
Torium
Α
8,0 x 104 y
2,175x10-13
4,68
Radium
Α
1.620 y
1,36x10-11
4,777
Radon
Α
3,82 d
2,10x106
5,486
Radium A
α, β
3,05 m
3,78x10-3
5,998
Radium B
Β
26,8 m
4,31x10-4
0,7
Astatin-218
Α
1,3 s
0,4
6,70
Radium C
α, β
19,7 m
5,86x10-4
5,51
Radium C’
Α
1,64x10-4 s
4,23x103
7,683
Radium C”
Β
1,32 m
8,75x10-4
1,96
Radium D
Β
21 y
1,13x10-9
0,0185
Radium E
Β
2,0 d
1,60x10-6
1,155
Radium F
Α
138,4 d
5,80x10-8
5,300
Talium-206
Β
4,2 m
2,75x10-3
1,51
Tabel 3 Waktu Paruh, Konstanta Peluruhan, dan Energi Ikat Isotop Radioaktif
Keterangan :
y   = year      = tahun;
m = month   = bulan;
d   = day        = hari;
h   = hour      = jam;
s   = second  = detik;
Contoh :
1.      Suatu zat radioaktif X mempunyai waktu paruh 2 tahun. Jika zat radioaktif X tersebut mula-mula 20gram, berapa gram zat radioaktif X yang tertinggal setelah 6 tahun?
Penyelesaian:
Cara I :
Gunakan rumus pada persamaan (1.1) dan persamaan (1.2)
Dengan persamaan (1.2), diperoleh k   =  =
                                                              = 0,3465 th-1
Dengan persamaan (1.1), diperoleh log  =
                                                       =
                                                       = 0,9027
                                                                 = antilog 0,9027 ≈ 8
                                                                A  =  =  = 2,5
Zat radioaktif yang tertinggal setelah 6 tahun = 2,5 gram.
Cara II :
Gunakan rumus pada persamaan (1.3).
Dengan persamaan (1.3), diperoleh A=( ) A0 → A = (  x 20 g
                                                                                    A = ( 3 x 20 g
                                                                                    A =  x 20 g
                                                                                    A = 2,5 g







D.       Memperkirakan Umur Batuan
Batuan yang mengandung unsur radioaktif seperti 238U, 40K, dan 87Rb dapat diperkirakan umurnya berdasarkan peluruhan 238U → 206Pb, 40K → 40Ar, dan 87Rb → 87Sr. dengan diketahuinya perbandingan 238U/206Pb atau 40K/40Ar atau 87Rb/87Sr dan waktu paruh zat radioaktif tersebut maka dapatlah ditentukan harga perbandingan  atau  sehingga waktu selama meluruh dapat diketahui. Misalnya, dari analisis batuan yang tertua diperkirakan umur bumi ± 4,5 miliar tahun (4,5 x 109 tahun). Untuk mengetahui umur benda yang berasal dari organisme hidup, misalnya fosil, digunakan metode radiocarbon.
  Dasar Metode Radiokarbon
Nitrogen di atmosfer secara terus – menerus ditembak dengan neutron yang berasal dari radasi sinar kosmis (sinar dari luar angkasa).
 +     +
Unsur 14C tidak stabil sehingga mengemisi β dengan waktu paruh 5.770 tahun.
   + ,  = 5.770 tahun.
Selain mengandung 14C, atmosfer juga mengandung 12C dengan perbandingan 14C-12C selalu tetap, yaitu sebesar 1 x 10-12.
Dalam organisme yang masih hidup, 1 gram 14C mempunyai keaktifan 15,3 ± 1 disintegrasi per menit. Atom 14C dan 12C yang ada di atmosfer diubah menjadi 14CO2 dan 12CO2. Selanjutnya, kedua bentuk CO2 diubah menjadi karbohidrat melalui fotosintesis. Karbohidrat yang dibuat oleh tumbuh-tumbuhan tersebut dimakan hewan dan manusia. Dengan demikian perbandingan 14C/12C dalam organisme hidup tetap sama dengan perbandingan dalam atmosfer. Jika organisme tersebut mati, ia tidak dapat lagi menerima 14C sehingga perbandingannya makin lama makin berkurang. Dengan menggunakan perbandingan 14C/12C yang terdapat pada suatu fosil atau kayu, dapat diperkirakan umur fosil atau kayu tersebut. Metode radiokarbon ini cukup teliti untuk pengukuran 900-15.000 tahun


Contoh :
1.      Suatu sampel batuan mengandung 0,714 gram 238U dan 0,103 gram 206Pb. Jika waktu paruh 238U = 3 x 109 tahun dan Pb berasal dari hasil peluruhan 238U saja, berapa tahun umur batuan tersebut?
Penyelesaian:
238U meluruh menjadi 206Pb
Mol 238U yang menyeluruh = mol Pb hasil peluruhan = mol
                                                                                         = 5 x 10-4 mol
238U yang masih ada = 0,714 g =  mol = 3 x 10-3 mol
238U mula-mula  = 238U yang masih ada + 238U yang menyeluruh
                              = 3 x 10-3 mol + 5 x 10-4 mol
                              = 3,5 x 10-3 mol
k =  =  = 2,31 x 10-10 tahun-1, th = tahun
2,303 log  = kt
2,303 log  = (2,31 x 10-10 th-1)t
(2,303)(0,0669)  = (2,31 x 10-10 th-1)t
                       t   =
                       t   =  6,67 x 108 tahun
. Umur batuan tersebut diperkirakan 6,67 x 108 tahun

E.       Deret keradioaktifan
Kelompok unsur yang terbentuk dari satu nuklida radioaktif yang berturut-turut memancarkan partikel alfa atau partikel beta. Pada setiap pancaran radiasi terbentuk atom dari unsur yang berlainan. Deret ini dimulai dari unsur induk yang meluruh terus menerus membentuk atom baru sehingga akhirnya membentuk atom yang tidak radioaktif. Ada tiga deret keradioaktifan alam yaitu deret thorium, deret uranium, dan deret aktinium. Deret thorium dan deret uranium diberi nama sesuai dengan nama anggota yang mempunyai waktu paruh terpanjang yaitu berturut-turut 1,39 x 1010 dan 4,5 x 109  tahun. Induk deret uranium bukan seperti yang diduga semula yaitu unsur aktinium, tetapi unsur yang mempunyai waktu paruh 7,13 x 108 tahun yang kadang-kadang disebut aktinouranium.
Bilangan massa thorium adalah 232 merupakan kelipatan 4 x 58. Oleh karena pada pancaran alfa bilangan massa berkurang dengan 4 dan pada pancaran beta tidak terjadi perubahan massa yang berarti, maka bilangan massa setiap anggota deret  thorium dapat dinyatakan dengan 4n dan n adalah angka 58 (thorium) sampai 52 (thorium D). Dengan cara yang sama dapat ditunjukan bahwa deret uranium dinyatakan dengan 4n + 2 dan deret aktinium dinyatakan dengan 4n + 3. Tidak ada anggota keradioaktifan alam yang bilangan massanya dinyatakan dengan 4n+1.
Deret keradioaktifan keempat adalah deret keradioaktifan buatan yang disebut deret neptunium karena neptunium adalah anggota dengan waktu paro terpanjang yaitu 2,20 x 106 tahun, dan bilangan massa dinyatakan dengan 4n + 1. Hasil terakhir dari deret keradioktifan alam adalah unsur Pb, sedangkan hasil terakhir dari deret keradioaktifan buatan adalah unsur bismut.
Deret Keradioaktifan
Nama deret
Jenis
Inti terakhir (mantap)
Anggota dengan umur paling panjang
Thorium
4n
2008 Pb
232 Th
Neptunium
4n+1
209 Bi
237 Np
Uranium
4n+2
206 Pb
238 U
Aktinium
4n+3
207 Pb
235 U

Dengan demikian, reaksi ini menggabung nuklida ringan menjadi nuklida yang dekat pada . Sebaliknya nuklida diatas  dapat mencapai kestabilan dengan cara transformasi radioaktif menghasilkan produk yang lebih ringan mendekati .
Tabel Massa beberapa inti dan partikel
Lambang
Z
A
Massa (sma)
Lambang
Z
A
Massa (sma)
e-
-1
0
0,000549
Co
27
59
58,9184
N
0
1
1,00867
Ni
28
58
57,9199
H atau P
1
1
1
1
2
3
1,00728
Pb
82
206
205,9295

2,01345
82
207
206,9309

3,01550
82
208
207,9316
Hc
2
2
3
4
3,01493
Po
84
210
209,9368

4,00150
84
218
217,9628
Li
3
3
6
7
6,01347
Rn
86
222
221,9703

7,01435
Ra
88
226
225,9771
Be
4
9
9,00999
Th
90
230
229,9837
B
5
5
10
11
10,0102
90
234
233,9942

11,0006
Pa
91
234
233,9931
C
6
6
12
13
11,9967
U
92
233
232,9890

13,0001
92
234
233,9904
O
8
16
15,9905
92
235
234,9934
Cr
24
52
51,9273
92
238
238,0003
Fe
26
56
55,9206
Pu
94
239
239,0006

Energi pengikat inti suatu inti adalah energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton dan neutron. Jadi energi pengikat inti helium -4, adalah perubahan energi untuk reaksi
4He → 2  + 2
Defek massa inti adalah jumlah massa nukleon dikurangi dengan massa inti.
Dalam helium -4,
Defek massa = 4,03190 sma – 4,00150 sma
                          = 0,03040






F.        Reaksi Inti
Pada tahun 1919, Rutherford dan P.M.S. Blacket mengumumkan jika gas atom nitrogen ditembak dengan partikel α kecepatan tinggi, akan diubah menjadi oksigen.
 +  +
atau ditulis
Partikel penembak dan partikel hasil reaksi ditulis diantara tanda kurung dan dotempatkan di antara ini sasaran dan inti hasil reaksi. Kejadian ini merupakan contoh pertama pembuatan unsur dengan cara mengubah suatu unsur menjadi unsur yang lain. Kemudian, disusul oleh Juliot dan Curie yang juga mendapatkan nuklida buatan bersifat radioaktif.
 +    +
   +
 +  +
   +
Dengan demikian, reaksi inti adalah reaksi yang terjadi jika suatu inti atom ditembak dengan partikel yang berenergi dan menghasilkan inti baru disertai pelepasan sejumlah energi. Suatu nuklida dapat diubah menjadi nuklida lain melalui reaksi inti. Reaksi inti dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu :
a.       Transmutasi,
b.      Reaksi fisi, dan
c.       Reaksi fusi.
1.         Transmutasi
Perubahan suatu isotop menjadi isotop lain disebut transmutasi. Peluruhan radioaktif adalah salah satu jenis transmutasi. Transmutasi juga dapat terjadi dengan reaksi penembakan suatu unsur dengan partikel ringan (misalnya, partikel alfa, proton, neutron, dan deuterium) atau dengan partikel berat (misalnya, 12C, 14N, dan 16O),
Contoh :
 +  +
 +    +
 
2.         Reaksi Fisi
Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti menjadi dua spesies yang hamper sama. Sebagai contoh, jika  ditembak dengan neutron, akan dihasilkan nuklida-nuklida yang jenisnya bergantung pada tingkat energi zat antaranya .
Nuklida-nuklida hasil fisi  tersebut berukuran lebih kecil dan lebih stabil daripada . Reaksi fisi  tersebut menghasilkan neutron baru yang dapat menembak nuklida  yang lain. Jika tidak dikendalikan, reaksi berantai tersebut akan menghasilkan energi yang sangat besar. Misalnya, bom atom yang dijatuhkan di Hirosima dan Nagasaki pada tahun 1945 oleh Amerika Serikat dalam Perang Dunia II. Namun, reaksi berantai tersebut dapat dikendalikan dengan cara mengatur jumlah neutron yang dihasilkan agar hanya sebagian saja yang menumbuk  yang lain. Pengaturan itu dapat memperlambat reaksi fisi seperti diilustrikan pada Gambar 4. Energi yang terjadi dapat digunakan untuk sumber tenaga yang besar, misalnya untuk pembangkit tenaga listrik (PLTN=pembangkit listrik tenaga nuklir)
Gambar  4 Prinsip reaktor atom adalah mengurangi kecepatan neutron hasil fisi dengan pengatur yang terbuat dari karbon murni
Neutron (lambat)
Pecahan Fisi





Neutron
Neutron (cepat)

Moderator
Pecahan Fisi






Reaksi fisi merupakan reaksi eksoterm. Dalam hal ini, ada sebagian massa unsur yang mengalami fisi berubah menjadi energi. Jika dihitung, energi yang dibebaskan tersebut mendekati 200 mega electron voltan (MeV) per atom 235U (1sma=931MeV) atau 2 x 1010 kJ/mol.
1 eV per atom = 23 kkal per mol
200 MeV per atom terfisi
= 200 x 106 x 23 kkal/mol
= 4,6 x 109 kkal/mol
= 4,6 x 109 x 4,2 kJ/mol à 2 x 1010 kJ/mol
3.         Reaksi Fusi
Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti – inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Sumber energi bintang (termasuk matahari) merupakan contoh reaksi fusi yang kompleks. Reaksi – reaksi fusi di matahari diperkirakan sebagai berikut :
 +    + γ
   +  + γ
+    + γ
 +    + γ
   +  + γ
 +    +  + γ
   +  + energi
Hasil akhir siklus reaksi adalah pengubahan 4 inti hydrogen membentuk 1 inti helium seperti diilustrasikan pada Gambar 5. Dalam reaksi itu, dibebaskan energi sebesar 26,8 MeV/siklus, sedangkan temperaturnya mendekati 1 x 107 oC.
Adanya 12C sebagai katalis dapat dibayangkan fusi inti hydrogen membentuk inti helium tidak berlangsung satu tahap. Pembentukan helium di matahari juga melalui deuterium ( ).
   +                       (x2)
 +                              (x2)
  +
γ
γ
   +  + energi
 
              
 
Gambar  5 Fusi Hidrogen membentuk helium di matahari
γ
γ







4.         Bom Hidrogen
Pada dasarnya, bom hydrogen merupakan reaksi fusi dari isotop hydrogen dengan bantuan reaksi fisi 235U atau Pu.
Reaksi fisi ini menghasilkan panas yang diperlukan untuk dapat berlangsungnya reaksi fusi antar insotop hydrogen. Deuterium diperoleh dari air berat atau litium deutrida, sedangkan tritium diperoleh dari penembakan inti litium dengan neutron.
 +    +
Reaksi fusi isotop hydrogen dapat dituliskan sebagai berikut.
 +    + 5MeV
 +    +  + 3,2 MeV
 +    +  + 17,6 MeV
 +    + 20 MeV
 +    +  MeV
Dengan ditemukannya reaksi inti, orang dapat membuat unsur-unsur yang lebih berat daripada uranium (U).
Contoh :
a.       Pembuatan Neptunium (Np)
Neptunium diperoleh dengan penembakan 238U dengan neutron. Mula-mula dihasilkan 239U yang bersifat radioaktif.
 +
Selanjutnya, membebaskan sebuah partikel β sehingga menghasilkan unsur radioaktif yang lain, yaitu neptunium (nomor atom 93).
   +
b.      Pembuatan Plutonium (Pu)
Jika deuteron ditembakkan pada , akan dihasilkan  dengan emisi neutron. Selanjutnya,  membebaskan partikel β dan menghasilkan plutonium
 +    + 2
   +  + energi
c.       Nobelium (No)
Nobelium diperoleh dengan menembakkan  pada.  
 +    +
Setelah ditemukkan reaksi inti, dimungkinkan untuk membuat unsur-unsur baru berikutnya.

G.      Penggunaan Isotop Radioaktif
Ledakan nuklir yang diakibatkan oleh bom atom di Hiroshima dan Nagasaki pada bulan Agustus 1945 menghasilkan panas dan radiasi yang luar biasa besarnya sehingga mengakibatkan banyak penderitaan, kehancuran, dan korban jiwa. Namun, sesungguhnya berbagai aplikasi tenaga nuklir telah membeirkan banyak manfaat bagi kehidupan manusia saat ini dan di masa mendatang termasuk di Indonesia.
Berbagai macam penggunaan energi nuklir telahdikembangkan untuk memenuhi kebutuhan dasar manusia dan untuk meningkatkan kesejahteraan manusia. Peran energi nuklir tampak dalam bidang kesehatan masyarakat, bidang pertanian untuk menghasilkan varietas padi unggul dan murah, bidang industry terutama untuk memeriksa ketebalan kertas, kualitas pipa, dan lain sebagainya. Sinar radiasi juga digunakan sebagai perunut dan diagnosis proses industry, radiasi sinar gamma juga banyak digunakan untuk membasmi bakteri dalam proses sterilisasi makanan. Di berbagai Negara maju, tenaga nuklir juga digunakan sebagai energi alternative dalam penyediaan tenaga listrik tanpa menghasilkan gas rumah kaca sehingga dapat mengurangi pemanasan bumi. Indonesia berencana membangun PLTN pertamanya pada tahun 2016.
1.      Radioisotop untuk Analisis
Sifat kimia radioisotope sama dengan sifat kimia isotop stabilnya, tetapi radioisotope mempunyai massa  yang berbeda dan memancarkan radiasi. Sifat inilah yang digunakan sebagai dasar analisis dan untuk mempelajari mekanisme reaksi.
a.      Analisis Pengaktifan
Bermacam-macam zat dalam jumlah sedikit dapat dianalisis dengna pengaktifan neutron. Penyinaran neutron pada sampel dapat mengubah beberapa atom menjadi isotop radioaktif. Dengan alat analisator, dapat diketahui konsentrasi masing-masing zat penyusunnya.
Salah satu penggunaan teknik ini adalah analisis rambut kepala Napoleon. Lebih dari 100 tahun Napoleon meninggal, ditunjukkan bahwa Kaisar Prancis tersebut telah diberi arsenic dalm jumlah yang cukup banyak dan mungkin menyebabkan kematiannya.
b.      Analisis dengan Metode Pelarutan Isotop
Kelarutan air dalam benzene atau hidrokarbon yang lain adalah sangat kecil jika diiukur dengan metode fisika atau kimia biasa. Dengan jumlah tertentu dari isotop radioaktif tritium (3H) sebagai tritium oksida, dapat diketahui kelarutan air dalam benzene atau hidrokarbon yang lain dengan cara mengukur aktivitasnya.
2.      Radioisotop sebagai Penurut (Pelacak)
Jenis isotop yang digunakan untuk perunut bergantungpada proses yang akan dipelajari (diteliti). Radioisotope yang biasa digunakan sebagai perunut antara lain 3H, 11C, 13N, 15O, 22Na, 24Na, 32P, 45Ca, 59Fe, 60Co, 64Cu. 82Br, 131I, dan 203Hg. Teknik perunut dapat digunakan baik untuk analisis maupun untuk mempelajari mekanisme reaksi. Prinsip teknik ini adalah mengikuti perpindahan radioisotope dengan detector.
a.      Reaksi Esterifikasi
Reaksi esterifikasi adalah reaksi pembentukan ester, misalnya reaksi antara asam karboksilat dan alcohol.
Pembentukan 1 molekul ester diikuti dengan pembentukan 1 molekul air. Tiap molekul air terbentuk dari 1 atom O dan 2 atom H yang berasal dari asam karboksilat dan alcohol.
b.      Fotosintesis
Dengan metode yang sama dengan reaksi esterifikasi, dapat diketahui bahwa oksigen yang diperlukan untuk pembentukan karbohidrat dari CO2 dan H2O pada reaksi fotosintesis berasal dari H2O, bukan dari CO2. Reaksi sederhanya :
6CO2 + 6H2O* → C6H12O6 + 6O2
c.       Teknik Perunut untuk Kedokteran
Dalam bidang kedokteran, teknik perunut juga sering digunakan untuk mengetahui kelainan-kelainan organ dalam tubuh. Radioisotop 131I digunakan untuk menentukan volume darah, volume plasma, aktivitas hati, dan metabolism lemak.
Radioisotope 24Na digunakan untuk mengetahui penyempitan atau gangguan system peredaran darah. Larutan 24NaCl diinjeksikan ke dalam urat darah pada lengan atau kaki. Adanya penyempitan pembuluh darah atau gangguan lain akan ditunjukkan oleh detector tersebut.
3.      Radioisotop sebagai Sumber Energi
Radiasi energi tinggi yang dipancarkan oleh radioisotope data membunuh bakteri dan insekta sehingga dapat digunakan untuk sterilisasi dan pengawetan bahan makanan.
Bidang Kedokteran
Radiasi radioisotope dapat digunakan untuk menghancurkan pertumbuhan kanker, misalnya 60Co (pemancar gamma).
4.      Radioisotop dalam Bidang Industri dan Bidang Lainnya
Radioisotop digunakan dalam berbagai bidang industry dan bidang – bidang lain, misalnya untuk menguji kualitas produk dan pendeteksian barang.
a.      Mengukur Tebal dan Rapat Jenis dengan Metode Absorpsi (Serap)
Alat untuk keperluan ini biasanya digunakan radioisotope pemancar beta dan gama. Radiasi yang diserap oleh suatu benda bergantung pada tebal dan rapat jenis benda tersebut. Misalnya, dinding kapal laut tersebut telah dipaka cukup lama (misalnya 5 tahun), tebal dinding kapal tersebut menipis dan perlu dilakukan pengukuran kembali. Karena rapat jenisnya diketahui maka tepal pelat dapat diukur. Sebaliknya, jika tebal suatu benda diketahui maka dengan teknik radiasi dat diukur rapat jenisnya (pada masa lalu pengukuran dilakukan dengan cara mengebor dinding kapal).
Di Indonesia, metode ini telah digunakan dalam berbagai bbidang, misalnya sebagai berikut.
-          Di pabrik karet, radioisotope digunakan untuk mengukur tebal lembaran karet
-          Di pabrik aluminium, radioisotope digunakan unutk mengukur tebal pelat aluminium sebelum digunakan dan dijual ke pasaran.
-          Radioisotop digunakan untuk mengukur kepadatan aspal dan beton ladasan kapal udara dan jalan raya
b.      Metode Radiografi
Detektor yang digunakan dalan radiografi umumnya berupa film. Khusus untuk pemeriksaan bagasi/kopor penumpang pesawat udara, digunakan tabir flouresen/layar TV.
Prinsip Dasar Metode Radiografi
Setelah menembus benda yang diperiksa, radiasi jatuh di atas  film. Kemudian, film tersebut dicuci dengan cairan khusus maka pada film akan terjadi bayangan hitam. Jika dalam kopor/benda yang diperiksa terdapat benda asing maka dari bayangan hitam yang terjadi dapat dianalisis pada film/bayangan yang terpendar pada tabir flouresen. Metode ini digunakan untuk :
1)      Mengukur tebal karat dalam pelat baja
2)      Mengevaluasi sambungan las
3)      Mengevaluasi mutu beton dan besi cor
4)      Mengevaluasi isi kopor penumpang pesawat udara.
c.       Mengukur Tinggi Permukaan
Untuk keperluan mengukur tinggi permukaan, digunakan radioisotope pemancar gama berenergi tinggi, misalnya 60Co. Sumber radiasi dan detector dapat diletakkan pada bagian tertentu yang tidak dapat bergerak. Jika permukaan tangki/isi cetakan telah sampai pada ketinggian tertentu sesuai sumber radiasi dan detector, system akan berhenti secara otomatis. Alat ini digunakan di pabrik pengecoran baja.
d.      Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Energi yang dihasilkan dalam reactor nuklir ditransfer untuk mendidihkan ari dalam ketel. Uap yang dihasilkan ketel dialirkan ke turbin untuk menggerakkan generator listrik.
e.       Penyediaan Benih Unggul dan Pengawetan Bahan Makanan
Radiasi sinar gama banyak digunakan untuk membasmi bakteri sehingga biji-bijian dan bahan makanan dapat disimpan lebih lama. Bahan makanan yang diradiasi juga memperpanjang waktu untuk tidak tumbuh akar.

H.      Energi Nuklir dapat Diperoleh:
a. Energy dari Proses Pembelahan
Reaksi rantai dapat dikontrol dalam reaktor nuklir dengan menggunakan boron atau kadmium yang menangkap neutron thermal secara efisisen .pembelahan dari 0,0072 gram 235U dalam 1 gram uranium alamiah menghasilkan 576 MJ (160 kWh)ekivalen dengan kalor yang dihasilkan oleh 25 ton batubara.
b. Energy dari reaksi fusi
Penggunaan dari reaksi telah menghasilkan sekurang-kurangnya dua macam bom hidrogen
a)      3H +3H                        4He + 1n + 17.6 MeV
b)      6H + 2H                       2 4He + 22.3 MeV
7Li + 2H                      2 4He + 1n +14.1 MeV
Reaksi berlangsung pada suhu 106 0C ,oleh karena itu perlu disulut dengan reaksi bom Fisi.
Daya rusak bom ini ekivalen dengan 50 megaton TNT.
Sebagai perbandingan data dibawah menunjukkan berapa lama waktu yang diprlukan untuk menjalankan stsion tenaga listrik 250 MW dengan bahan bakar 50 kg.
Bahan Bakar

waktu
Batu bara
Uranium (fisi)
Hydrogen (fusi)

1/3 detik
13 hari
3 bulan

I.         Dosis Radiasi
Keaktifan suatu zat radioaktif adalah jumlah disintegrasinuklir per detik yang terjadi dalam cuplikan tersebut .



Curie dan Becqurel
Satuan keaktifan yang dahulu digunakan adalah curie dengan lambang Ci. Satu curie sama dengan laju disintegrasi yang terjadi dalam 1.0 g cuplikan radium yaitu sama dengan 37 milliard disintegrasi per detik.
                               1 Ci = 3,7 x 1010  disintegrasi/s
Satuan SI untuk keaktifan adalah Becquerel dengan lambang Bq.
                               1Ci = 3,7 x 1010 Bq
Rad dan Gray
Untuk menyatakan jumlah atau dosis. Di amerika satuan dosis yang umum digunakan adalah rad dengan lambang rd ( rad = radiation absorted dose ).
Satu rad setara dengan penyerapan 10-5 j per gram jaringan.
Satuan SI untuk dosis adalah gray dengan lambang Gy.satu Gray setara dengan energy sebanyak 1 joule yang diserap oleh setiap oleh setiap kg zat.
                               1 rd = 10-5 j/g
                               1 Gy = 1 j/kg
                               1Gy = 100 rd
Rem dan RBE
Radiasi neutron lebih berbahaya dari beta dengan energy dan intensitas yang sama. Untuk membedakan pengaruh macam radiasi digunakan satuan rem, (Rem = radiation equivalen of man)
Satu rad sinar alfa lebuh merusak daripada satu rad sinar beta. Oleh karena itu rad biasanya dikalikan dengan factor yang mengukur kerusakan biologi relative yang disebabkan oleh radiasi . Faktor ini disebut RBE (Relative Biologycal Effectieness Radiation). Hasil kali rad dan RBE menghasilkan dosis efektif yang disebut rem. (Rontgen Equivalen for Man).
                               Rem = rad x RBE
                               Rem = gray/100 x RBE
Satu rem suatu macam radiasi akan menghasilkan pengaruh biologi yang sama.

J.        Pengaruh Radiasi
Dosis (rem)            pengaruh
0 – 20                     tidak terdeteksi pengaruh klinik
20 - 50                    sedikit, pengurangan sementara butir darah putih
100 - 200                pengurangan yang banyak dari butir darah putih
500                         mati (setengah dari bagian yang kena radiasi) setelah 30 hari.
K.      Limbah radioaktif
Limbah radioaktif didefinisikan sebagai bahan radioaktif sisa atau yang sudah tidak terpakai atau bahan yang terkontaminasi dengan sejumlah zat radioaktif pada kadar atau tingkat radioaktivitas yang melampaui nilai batas keselamatan yang ditetapkan.
Limbah radioaktif secara volumetric jauh lebih sedikit jika dibandingkan dengan limbah industry dan limbah perkotaan. Limbah radioaktif yang telah diolah disimpan sementara digudang penyimpanan limbah yang kedap air (10-50tahun) sebelum disimpan secara lestari.  Tempat penyimpanan limbah lestari dipilih ditempat atau lokasi khusus, dengan kondisi geologi yang stabil.
Di bidang penelitian dan pengembangan nuklir, fasilitas daur bahan bakar (fabrikasi bahan bakar dan olah ulang) dan PLTN juga menimbulkan sejumlah limbah. Sebagian dari limbah ini adalah limbah terkontaminasi dengan sejumlah zat radioaktif pada kadar atau tingkat radiasi yang melampaui batas keselamatan seperti misalnya pakaian kerja bekas, limbah kertas, potongan kain, bahan bekas, perkakas, cairan dan sebagianya. Sehingga limbah radioaktif dapat didefinisikan sebagai bahan bekas serta peralatan yang telah terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif karena operasi nuklir dan tidak dapat dipergunakan lagi.
Disisi lain, pemakaian zat radioaktif untuk kegiatan kedokteran (diagnosis dan terapi) dirumah sakit dan klinik, serta pembuatan obat-obatan radioaktif (radiofarmasi) menghasilkan limbah radioaktif. Pengelompokkan limbah radioaktif bergantung pada kandungan bahan radioaktif yang terkandung dalam limbah radioaktif.
Bahan radioaktif yang terkandung dalam limbah radioaktif mempunyai waktu paruh tertentu dan akan memancarkan radiasi secara terus – menerus. Untuk itu informasi tentang waktu paruh menjadi suatu pertimbangan pada pengukuran radioaktivitasnya.
Penyimpanan limbah radioaktif bertujuan untuk mengisolasi tingkat radioaktivitas dari lingkungan sekitar kita pada jangka waktu tertentu.
Umlah limbah radioaktif yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan dengan limbah rumah tangga dan limbah industry sehingga metode penyimpanan yang dipilih disesuaikan dengan jenis limbah radioaktif yang akan diolah.







DAFTAR PUSTAKA

·         Hiskia Ahmad, 1992. Kimia Unsur dan Radiokimia, PT. Citra Adytia Bakti
·         Wilkinson dan Cotton. 2007. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: Universitas Indonesia.