Di atas telah
dibahas bahwa inti atom terdiri atas proton dan netron. Secara
elektrostatis proton-ptoton dalam inti atom akan saling tolak dengan
gaya tolak menolak Coulomb (gaya elektrostatis) yang akan makin besar
jika jarak dua buah proton makin dekat. Fakta menunjukkan bahwa
proton-proton bersatu di dalam inti atom pada jarak yang sangat dekat (
sekitar 2x 10-15 m ), di mana secara elektrostatis proton-proton tidak mungkin bersatu.
Hal ini menimbulkan dua pertanyaan penting yaitu: Bagaimana
proton-proton dapat saling berikatan di dalam inti atom? Bagaimana pula
netron terikat dalam kumpulan tersebut? Berapakah besarnya energi yang
mengikat partikel-partikel tersebut?
Selain gaya
elektrostatis antara partikel penyusun inti bekerja pula gaya Gravitasi,
namun besarnya sangat kecil karena massa partikelnya juga sangat kecil.
Sehingga dapat dipastikan bahwa gaya Gravitasi bukan faktor dominan
dalam mengikat partikel-partikel inti. Untuk itu para ahli Fisika
mengusulkan teori tentang Gaya Inti yaitu gaya tarik menarik antara partikel penyusun inti dengan sifat-sifat:
Gaya inti tidak disebabkan oleh muatan partikel atau bukan merupakan gaya listrik.
Gaya harus sangat kuat atau harus jauh lebih besar daripada gaya elektrostatis
Gaya inti merupakan
gaya dekat artinya gaya ini hanya bekerja jika kedua partikel dalam
inti cukup dekat (berada pada jarak tertentu sekitar 10-15 m). Jika gaya
inti bekerja juga sampai jarak yang jauh, maka seluruh partikel di
jagad raya akan berkumpul menjadi satu, sesuatu yang belum pernah
terjadi.
Gaya inti tidak
bekerja pada jarak yang sangat dekat sekali, karena pada keadaan ini
akan berubah menjadi gaya tolak. Jika gaya inti bekerja juga pada jarak
yang sangat dekat, maka semua netron akan menjadi satu.
Gaya inti antara
dua partikel tidak tergantung pada jenis partikelnya. Artinya gaya inti
terjadi pada proton-proton, proton-netron, dan netron-netron. Ilustrasi
yang paling mendekati untuk menggambarkan gaya inti adalah menggunakan
dua buah bola yang dihubungkan permanen sebuah pegas, seambar 3.
Berdasarkan pemikiran jangkauan gaya inti sekitar 10-15 m maka dapat diperkirakan energi diam partikel yang dipertukarkan adalah . Energi inilah yang dinamakan Energi ikat inti.
Bagaimana zat radioktif terjadi?
Di
atas telah dijelaskan tentang gaya inti yang terjadi pada inti atom.
Dengan demikian di dalam inti atom sekurang-kurangnya terdapat tiga gaya
yang penting yaitu Gaya elektroststis, Gaya Gravitasi dan Gaya Inti.
Karena nilai gaya gravitasi sangat kecil maka pengaruhnya relatif kecil
sehingga dapat dikesampingkan.
Secara garis besar inti atom akan
berada dalam dua keadaa dasar yaitu Keadaan Stabil dan Keadaan Tidak
Stabil yang ditentukan oleh komposisi partikel penyusun inti. Keadaan
stabil di capai apabila jumlah proton (Z) lebih sedikit atau sama banyak
dengan jkumlah netron. Keadaan ini memungkinkan gaya inti lebih besar
dibandingkan dengan gaya elektrostatis. Keadaan tidak stabil dicapai
apabila jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N). Hal ini
akan menyebabkan gaya elektrostatis jauh lebih besar di bandingkan
dengan gaya inti. Mengapa gaya elektrostatis pada keadaan Z > N lebih
besar? Karena gaya elektrostatis memiliki jangkauan yang lebih luas
dibandingkan dengan gaya inti, sehingga dapat pada partikel proton yang
berdekatan dan berseberangan sekalipun. Inti atom seperti inilah yang
akan melakukan aktivitas radiasi secara spontan sampai tercapai keadaan
stabil. Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah
netron (N) akan menghasilkan zat radioaktif. Gambar 4 berikut
menunjukkan karakteristik gaya inti dan gaya elektroststis di dalam inti
atom.
Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel yang saling berdekatan saja
Gambar :Gaya elektroststis terjadi pada partikel yang berdekatan dan berjauhan
Suatu
zat (unsur) akan menjadi radioaktif jika memimilik inti atom yang tidak
stabil. Suatu inti atom berada dalam keadaan tidak stabil jika jumlah
proton jauh lebih besar dari jumlah netron. Pada keadaan inilah gaya
elektrostatis jauh lebih besar dari gaya inti sehingga ikatan atom-atom
menjadi lemah dan inti berada dalam keadaan tidak stabil.
Garis Kestabilan Inti Atom
Hingga
saat ini telah diketahui 1500 inti atom (nuklida), 1100 nuklida
diantaranya merupakan inti tidak stabil. Grafik berikut ini menunjukkan
distribusi kestabilan inti
atom berdasarkan jumlah neutron dan protonnya. Grafik kestabilan inti
memetakan jumlah netron dan proton dari inti atom. Inti stabil terletak
pada garis N = Z atau N/Z = 1. Atom-atom yang terletak pada garis ini
memiliki jumlah proton = jumlah netron. Atom-atom yang berada pada garis
ini merupakan inti stabil. Namun demikian kebanyakan inti atom tidak
memiliki jumlah netron (N) = jumlah proton (Z) tetapi tetap dalam
keadaan stabil sehingga titik-titik yang menunjukkan inti stabil
terlihat berada di atas garis kestabilan.
Grafik kestabilan inti menunjukkan bahwa jumlah netron menjadi lebih besar dari jumlah proton begitu nomor atom Z meningkat.
Bila jumlah proton dalam
sebuah inti terus meningkat, maka pada suatu titik keseimbangan gaya
elektrostatis dan gaya inti tidak dapat dipertahankan lagi sekalipun
jumlah netron terus meningkat. Inti stabil dengan jumlah proton paling
banyak adalah (Z
= 83, dan N = 126). Semua inti atom dengan Z > 83 akan akan berada
dalam keadaan tidak stabil atau akan bersifat radioaktif.