Mengapa Inti Atom Meluruh?

Jika jumlah proton lebih besar dari jumlah netron (N < P), maka gaya elektrostatis akan lebih besar dari gaya inti, hal ini akan menyebabkan inti atom berada dalam keadan tidak stabil. Jika jumlah netron yang lebih besar dari jumlah protonnya (N = P) akan membuat inti berada dalam keadaan stabil. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa inti ataom paling berat yang stabil adalah Bismuth yaitu yang mempunyai 83 proton dan 126 netron. Inti atom yang mempunyai jumlah proton lebih besar dari 83 akan berada dalam keadaan tidak stabil. Inti yang tidak stabil ini akan berusaha menjadi inti stabil dengan cara melepaskan partikel bisa berupa proton murni , partikel helium yang memiliki 2 proton atau partikel lainnya seperti ditunjukkan oleh Gambar 2. Inti atom yang tidak stabil ini memiliki sifat dapat melakukan radiasi spontan atau mampu melakukan aktivitas radiasi sehingga dinamakan inti radioaktif. Unsur yang inti atomnya mampu melakukan aktivitas radiasi spontan berupa pemancaran sinar-sinar radioaktif dinamakan unsur (zat) radioaktif. Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang elektromagnetik) secara spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil menjadi inti-inti yang stabil disebut Radioaktivitas. Inti yang memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang terjadi disebut inti anak.

Peluruhan alpha adalah bentuk radiasi partikel dengan kemampuan mengionisasi atom sangat tinggi dan daya tembusnya rendah. Pertikel alpha terdiri atas dua buah proton dan dua buah netron yang terikat menjadi suatu atom dengan inti yang sangat stabil, dengan notasi atom atau

Partikel a diradiasikan oleh inti atom radioaktif seperti uranium atau radium dalam suatu proses yang disebut dengan peluruhan alpha. Sering terjadi inti atom yang selesai meradiasikan partikel alpha akan berada dalam eksitasi dan akan memancarkan sinar gamma untuk membuang energi yang lebih.



Setelah partikel alpha diradiasikan , massa inti atom akan turun kira-kira sebesar 4 sma, karena kehilangan 4 partikel. Nomor atom akan berkurang 2, karena hilangnya 2 proton sehingga akan terbentuk inti atom baru yang dinamakan inti anak. Pada peluruhan-a berlaku

1. hukum kekekalan nomor massa : nomor massa (A) berukuran 4 dan
2. hukum kekekalan nomor atom : nomor atom (Z) berkurang 2

Dalam peluruhan -a berlaku persamaan peluruhan

contoh :



Reaksi peluruhan alpha dapat ditulis sebagai

2. Peluruhan Beta Plus dan Beta Min ( ß⁺ dan ß^- )

Peluruhan Beta adalah merupakan radiasi partikel beta (elektron atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari partikel a. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron disebut peluruhan beta minus (ß^- ), dan pemancaran positron disebut sebagai peluruhan beta plus (ß⁺ ).

Peluruhan beta minus (ß^- ) disertai dengan pembebasan sebuah neutrino (v) dan dinyatakan dengan persamaan peluruhan.



Elektron yang dipancarkan dalam peluruhan ini bukanlah elektron orbital (elektron yang bergerak mengelilingi inti) melainkan elektron yang ditimbulkan oleh inti atom itu sendiri dari energi yang tersedia di dalam inti. Hadirnya elektron (ß^- ) dan (ß⁺ ) di dalam inti melalui proses








1. sebuah netron memancarkan positron dan sebuah neutrino (v)

    

2. sebuah proton memancarkan sebuah netron dan sebuah neutrino :

    

Spesifikasi peluruhan beta plus adalah adanya pemberian energi dalam proses "penciptaan” massa, karena massa netron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih besar daripada massa proton (sebagai inti induk).

Sebagai contoh :

(beta minus)


(beta plus)

3. Peluruhan Gamma ( γ)

Peluruhan Gamma ( γ ) merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi sangat tinggi sehingga memiliki daya tembus yang sangat kuat. Sinar gamma dihasilkan oleh transisi energi inti atomdari suatu keadaan eksitasi ke keadaan dasar. Saat transisi berlangsung terjadi radiasi energi tinggi (sekitar 4,4 MeV) dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru.

Aktivitas Radiasi

Aktivitas Radiasi zat radioaktif menyatakan banyaknya initi atom yang meluruh per satuan waktu. Atau disebut juga laju peluruhan inti atom tidak stabil menuju inti stabil dengan radiasi sinar-sinar radioaktif. Jika N adalah banyaknya inti atom mula-mula, dan A adalah aktivitas radiasi maka diperoleh hubungan



Tanda negatif (-) diberikan karena setiap 1 peluruhan inti atom berkurang jumlahnya. Satuan aktivitas radiasi (A) dalam SI adalah . Untuk menghormati dan mengenang jasa Henri Becquerel sekon sebagai penemu radioaktivitas didefinisikan

Di singkat Bq. Kadang-kadang satuan aktivitas radiasi dinyatakan dengan Curie (Ci) untuk mengenang jasa Marie Currie sebagai penemu Polonium (Po) dan Radium (Ra). Di definisikan bahwa 1 Ci = 3,7 x 10¹⁰ Bq.



Bagaimana Menentukan Jumlah Zat Sisa Setelah Peluruhan?

Misalkan terdapat N_o zat radioaktif yang belum meluruh. Setelah satu periode peluruhan zat radioaktif sisa adalah N_(t). Bagaimana menghitung N_(t)?

kita gunakan dua pengertian aktivitas radiasi yang dibahas sebelumnya yaitu

Persamaan (2) kita ubah ke bentuk differensial,


Dengan mensubtitusi A = λ N bentuk differensial laju peluruhan diperoleh,

atau

N_o ; A_o adalah banyaknya inti yang belum meluruh ; besar aktivitas radiasi mula-mula yaitu pada t = 0 s

N_t ; A_t adalah sisa inti setelah meluruh ; besar aktivitas radiasi setelah peluruhan selama t = t s

λ adalah tetapan peluruhan (s-1)

t adalah lamanya peluruhan

Dari persamaan 4 dan 5 diketahui bahwa peluruhan suatu zat radioaktif bergantung pada lamanya peluruhan (t) dan fungsi peluruhannya mengikuti fungsi eksponensial. Ini menunjukkan bahwa banyaknya zat yang meluruh tiap periode peluruhan tidak sama. Fenomena ini dinamakan Hukum Peluruhan Radioaktif yang menyatakan bahwa aktivitas radiasi suatu zat radioaktif tidaklah sama pada setiap periode peluruhan.

Contoh:
Berapakah aktivitas dari 10,0 mg sampel Au-198 yang memiliki tetapan peluruhan 2,97 x 10^-6 s^-1? Penyelesaian :
A = λ . N
N = 1,00 mg = 1,00 x 10^-6 g x (1 mol/298 g) x (6,02 x 10²³/1 mol) = 3,04 x 10¹⁵ atom
A = ( 2,97 x 10^-6 s^-1) x (3,04 x 10¹⁵ atom) = 9,03 x 10⁶ Becquerel



Deret Radioaktif

Sebagai contoh inti induk uranium ( mengalami peluruhan berantai hingga mencapai inti stabil . Selisih nomor massa inti induk A = 238 dan nomor massa inti stabil A’ = 206 adalah 32, dan selisih nomor atomnya 10. Ini menunjukkan pola radiasi sinar radioaktif yang dihasilkan adalah 4n + 2, dengan adalah bilangan bulat. Dengan demikian akan diperoleh empat deret peluruhan yang paling mungkin mengikuti aturan 4n, 4n+1, 4n+2, 4n+3. Dari Pola radiasi ini diketahui 4 buah deret radioaktif yang terkenal, yaitu

Adanya deret radioaktif di alam memungkinkan lingkungan hidup kita secara konstan dilengkapi unsur-unsur radioaktif yang seharusnya sudah musnah, seperti yang memiliki waktu paruh 1600 tahun. Jika dibandinghkan dengan umur bumi 5,0 x 10⁹ tahun seharusnya sudah musnah. Tetapi karena adanya deret Uranium dengan waktu paruh 4,47 x 10⁹ tahun yang hampir sama dengan umur bumi, dalam beberapa langkah peluruhan menghasilkan unsur maka sampai saat ini masih ditemui di alam.