UNSUR-UNSUR RADIOAKTIF

PENGERTIAN

Radioaktif adalah zat yang mengandung inti yang tidak stabil. Sedangkan unsur radioaktif adalah unsur yang memiliki inti yang tidak stabil dan berusaha mencapai stabil.

PENEMU

·        Tahun 1895, Wilhelm Roentgen menemukan radiasi sinar katode yang memiliki daya tembus besar yang dapat menghitamkan kertas film dan diberi nama sinar-X yang merupakan radiasi elektromagnetik.

·        Tahun 1896, Henry Becquerel melakukan penyelidikan lebih lanjut

·        Ilmuwan Inggris, Ernest Rutherford pada tahun 1903,  menjelaskan bahwa inti atom yang tidak stabil (radionuklida) mengalami peluruhan radioaktif. Partikel-partikel kecil dengan kecepatan tinggi dan sinar-sinar menyebar dari inti atom ke segala arah. Radiasi yang dipancarkan zat radioaktif dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan muatannya, yaitu sinar alfa dan sinar beta. Sinar alfa merupakan radiasi yang bermuatan positif, sedangkan sinar beta merupakan radiasi yang bermuatan negatif.

·        Paul Uirich Vilard menemukan sinar ketiga yang tidak bermuatan yang disebut sinar gamma.

SIFAT SINAR RADIOAKTIF

·        Dapat menembus kertas/lempengan logam tipis.

·        Dapat mengionkan gas yang disinari.

·        Dapat menghitamkan pelat film.

·        Menyebabkan benda-benda berlapis ZnS dapat berpendar (fluoresensi).

·        Dapat diuraikan oleh medan magnet menjadi tiga berkas sinar, yaitu sinar a, b dan g.

SINAR ALFA

ü  Partikel bermuatan positif  (+) dengan muatan +2 dan massa atom 4.

ü  Dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik, arah ke kutub negatif.

ü  Dianggap sebagai inti helium karena mirip dengan inti atom helium ().

ü  Partikel-partikel alfa bergerak dengan kecepatan antara 2.000 – 20.000 mil per detik, atau 1–10 persen kecepatan cahaya

ü  Memiliki daya ionisasi besar sedangkan daya tembusnya rendah, sehingga tidak dapat menembus kertas.

SINAR BETA

ü  Partikel bermuatan negatif  (-) dengan muatan -1 dan massa atom 0.

ü  Dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik, arah ke kutub positif.

ü  Partikel b identik dengan elektron.

ü  Mempunyai daya tembus yang lebih besar dari sinar a, tetapi daya pengionnya lebih kecil dibandingkan sinar a.

ü  Dapat menembus pelat aluminium setebal 2 – 3 mm.

ü  Partikel b mengalami pembelokan lebih besar dibandingkan partikel a dalam medan listrik maupun dalam medan magnet, hal itu terjadi karena partikel b mempunyai massa yang jauh lebih ringan dibandingkan partikel a.

SINAR GAMMA

ü  Tidak bermuatan listrik (netral), dengan muatan dan massa atom 0.

ü  Tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

ü  Mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek.

ü  Bergerak sama dengan kecepatan cahaya.

ü  Merupakan gelombang elektromagnetik.

ü  Mempunyai daya tembus besar.

Karakteristik	Sinar a	Sinar b	Sinar g
Sifat material	Partikel helium	Partikel elektron	Gelombang elektromagnet
Simbol	a atau	b atau
Muatan listrik	+2	-1 (1,61 x 10-19 C)	0
Massa	4 sma	m (9,11 x 10-31 kg)	0
Sifat fluoresensi	Ya	Ya	Ya
Daya ionisasi	Kuat	Cukup kuat	Sangat lemah
Daya tembus	Lemah	Cukup luat	Sangat kuat
Pengaruh medan magnet	Kecil	Besar	Tidak ada
Pengaruh pada plat film	Ada	Ada	Ada
Kecepatan	0,05 c - 0,07 c	0,3 c - 0,9 c	2,99 x 108 m/s

Partikel lain yang dipancarkan oleh unsur radioaktif sebagai berikut.

No.	Partikel	Massa	Muatan	Lambang
1.	Positron	0	+1
2.	Neutron	1	0
3.	Proton	1	+1	()
4.	Detron	2	1	()
5.	Triton	3	1	()

PITA KESTABILAN

Unsur-unsur dengan nomor atom rendah dan sedang kebanyakan mempunyai nuklida stabil maupun tidak stabil (radioaktif). Contoh pada atom hidrogen, inti atom protium dan deuterium adalah stabil sedangkan inti atom tritium tidak stabil. Waktu paruh tritium sangat pendek sehingga tidak ditemukan di alam. Pada unsur-unsur dengan nomor atom tinggi tidak ditemukan inti atom yang stabil. Jadi faktor yang mempengaruhi kestabilan inti atom adalah angka banding dengan proton.

Inti-inti yang tidak stabil cenderung menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Bagi nuklida dengan Z = 20, perbandingan neutron terhadap proton ( ) sekitar 1,0 sampai 1,1. Jika Z bertambah maka perbandingan neutron terhadap proton bertambah hingga sekitar 1,5.

Inti atom yang tidak stabil akan mengalami peluruhan menjadi inti yang lebih stabil dengan cara:

a.      Inti yang terletak di atas pita kestabilan  > 1, stabil dengan cara:

1)      Pemancaran sinar beta (elektron).

              +

2)      Pemancaran neutron (jarang terjadi).

              +

b.      Inti yang terletak di bawah pita kestabilan  < 1, stabil dengan cara:

1)      Pemancaran positron.

               +

2)      Pemancaran proton (jarang terjadi).

              +

3)      Penangkapan elektron di kulit K.

             

c.       Inti di seberang pita kestabilan (Z > 83) membebaskan proton dan neutron bersama-sama dalm bentuk pancaran partikel alfa.

STRUKTUR INTI

Inti atom tersusun dari partikel-partikel yang disebut nukleon. Suatu inti atom yang diketahui jumlah proton dan neutronnya disebut nuklida. Nuklida dikelompokkan menjadi isotop, isobar, isoton serta berdasarkan kestabilannya.

Ø  Isotop

nuklida yang mempunyai jumlah proton sama  tetapi jumlah neutron berbeda. Contoh :

                                               

Ø  Isobar

nuklida yang mempunyai nomor massa sama tetapi jumlah proton berbeda. Contoh:

                            ,                 ,

Ø  Isoton

nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama. Contoh:

 ,                           ,                                   ,

Isotop yang bersifat radioaktif disebut isotop radioaktif atau radioisotop, sedangkan isotop yang tidak radioaktif disebut isotop stabil.

Tabel Isotop-Isotop yang Bersifat Stabil dan Tidak Stabil

Unsur	Isotop stabil	Isotop tidak stabil
Hidrogen	1H, 2H	3H
Kalium	39K, 41K	38K, 42K, 44K
Kobal	59Co	57Co, 58Co, 60Co
Timbal	206Pb, 208Pb	205Pb, 207Pb

REAKSI INTI

Reaksi inti adalah proses yang terjadi pada unsur stabil untuk menghasilkan unsur baruy ang bersifat radioaktif bila ditembak zat radioaktif. Contoh :

 +   +                                             +   +

Unsur-unsur hasil peluruhan suatu unsur radioaktif yang berakhir dengan terbentuknya unsur yang stabil dibuat suatu susunan atau deret yang dikenal dengan deret radioaktif.

Tabel Deret Radioaktif

Nama Deret	Inti Induk	Inti Stabil
Uranium
Aktinium
Torium
Neptunium

1)      Reaksi Penembakan (Transmutasi Inti)

ð  Perubahan suatu isotop suatu unsur menjadi isotop unsur lain.

Transmutasi buatan pertama kali dilakukan oleh Rutherford tahun 1919 dengan menembak gas nitrogen dengan partikel a, ia menemukan perubahan nitrogen menjadi oksigen disertai proton.

 

Reaksi transmutasi buatan dapat ditulis dengan notasi :

                                   

T = inti sasaran

x = partikel yang ditembakkan

y = partikel hasil

P = inti yang terbentuk

Sehingga, reaksi diatas dapat ditulis :

 ( )

2)      Reaksi Fisi

ð  Reaksi pembebasan suatu inti menjadi 2 inti baru.

Penemunya, Otto Hahn dan F. Strassman. Reaksi ini terjadi apabila inti atom tertentu ditembak dengan partikel neutron dan dihasilkan dua atau lebih  inti atom baru. Contoh :

   + 

    + 

3)      Reaksi Fusi

ð  Reaksi penggabungan beberapa inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat dengan pemancaran energi. Contoh :

      

        

       2

PELURUHAN RADIOAKTIF

Peluruhan radioakif adalah proses di mana sebuah inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).

a)      Peluruhan alfa

Nuklida radioaktif meluruh dengan memancarkan sinar a, sehingga massanya berkurang 4 dan nomor atom berkurang 2.

 

Contoh :

   +

b)      Peluruhan beta plus dan beta minus ( b⁺ dan b¯ )

Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron yang disebut peluruhan beta minus (b¯ ) dan pemancaran positron disebut peluruhan beta plus (b⁺). Peluruhan b¯ disertai dengan pembebasan sebuah neutrino (v) dan dinyatakan dengan persamaan:

1)      memancarkan positron (  dan sebuah neutrino (v)

  +  +  v

2)      Sebuah proton ( ) memancarkan sebuah neutron dan neutrino

Energi +  +   +  v

c)      Peluruhan gamma

Unsur radioaktif yang meluruh dengan memancarkan sinar g, nomor massa dan nomor atom tetap.

Mode peluruhan	Partikel yang terlibat	Inti anak
Peluruhan dengan emisi nukleon :
Peluruhan alfa	Sebuah partikel alfa (A=4, Z=2) dipancarkan dari inti	(A-4, Z-2)
Emisi proton	Sebuah proton dilepaskan dari inti	(A-1, Z-1)
Emisi neutron	Sebuah neutron dilepaskan dari inti	(A-1, Z)
Fisi spontan	Sebuah inti terpecah menjadi dua atau lebih atom dengan inti yang lebih kecil disertai dengan pemancaran partikel lainnya	-
Peluruhan cluster	Inti atom memancarkan inti lain yang lebih kecil tertentu (A1, Z1) yang lebih besar daripada partikel alfa	(A-A1, Z-Z1) + (A1,Z1)
Berbagai peluruhan beta:
Peluruhan beta	Sebuah inti memancarkan elektron dan sebuah antineutrino || (A, Z+1)
Emisi positron	Sebuah inti memancarkan positron dan sebuah neutrino	(A, Z-1)
Tangkapan elektron	Sebuah inti menangkap elektron yang mengorbit dan memancarkan sebuah neutrino	(A, Z-1)
Peluruhan beta ganda	Sebuah inti memancarkan dua elektron dan dua antineutrinos	(A, Z+2)
Tangkapan elektron ganda	Sebuah inti menyerap dua elektron yang mengorbit dan memancarkan dua neutrino	(A, Z-2)
Tangkapan elektron dengan emisi positron	Sebuah inti menangkap satu elektron yang mengorbit memancarkan satu positron dan dua neutrino	(A, Z-2)
Emisi positron ganda	Sebuah inti memancarkan dua positrons dan dua neutrino	(A, Z-2)
Transisi antar dua keadaan pada inti yang sama:
Peluruhan gamma	Sebuah inti yang tereksitasi melepaskan sebuah foton energi tinggi (sinar gamma)	(A, Z)
Konversi internal	Inti yang tereksitasi mengirim energinya pada sebuah elektron orbital dan melepaskannya	(A, Z)

WAKTU PARUH

Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan unsur radioaktif untuk meluruh menjadi 1/2 kali semula (masa atau aktivitas).

Aktivitas radioaktif menyatakan banyaknya inti atom yang meluruh per satuan waktu atau disebut juga laju peluruhan inti. Peluruhan ini terjadi pada atom tidak stabil menuju inti stabil dengan mengeluarkan radiasi sinar-sinar radioaktif. Jika N adalah banyaknya inti atom mula-mula dan A adalah akivitas radiasi maka:

                                                                        Dimana : N_T1/2 = ( N₀ )

  N₀ = N₀ ()

 = (^1/2)

ln  = -l.T_1/2

KEGUNAAN SINAR RADIOAKTIF

a.      Sebagai perunut

1)     Bidang kedokteran

Digunakan sebagai perunut untuk mendeteksi berbagai jenis penyakit, antara lain :

•      Na-24, mendeteksi penyumbatan darah pada urat.

•      Fe-59, mengukur laju pembentukan sel darah merah.

•      C-11, mengetahui metabolisme secara umum.

•      I-131, mendeteksi kerusakan pada kelenjar tiroid.

•      Ca-47, mengetahui penyakit tulang dan darah.

•      K-12, menentukan penyakit pada otot.

•      Tc-99 dan Ti-201, mendeteksi kerusakan jantung.

•      Xe-133, mendeteksi penyakit paru-paru.

2)      Bidang industri

Digunakan untuk meningkatkan kualitas produksi, seperti :

•      Cs-137, mengukur ketebalan kertas/lembaran karet.

•      Co-60, memperbaiki mutu plastik.

•      Mengetahui pengaruh oli & aditif pada mesin selama mesin bekerja.

•      Sinar gamma mengawetkan makanan, membunuh mikroorganisme yang menyebabkan pembusukan pada sayur dan buah-buahan.

•      Mendeteksi rongga udara pada besi cor, mendeteksi sambungan pipa saluran air, keretakan pada pesawat terbang.

3)      Bidang hidrologi

•      Na-24 dan I-131, mengetahui kecepatan aliran air sungai.

•      C-14 dan C-13, menentukan umur dan asal air tanah.

•      Menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah.

•      Menentukan pengendapan lumpur.

4)      Bidang kimia

Digunakan untuk analisis penelusuran mekanisme reaksi kimia, seperti:

•      O-18, dapat ditentukan asal molekul air yang terbentuk.

•      Analisis pengaktifan neutron.

•      Sebagai katalis pada suatu reaksi kimia.

5)      Bidang biologi

•      C-14 dan C-13, menentukan kecepatan pembentukan senyawa pada proses fotosintesis.

•      F-38, mengetahui ATP sebagai penyimpan energi dalam tubuh.

•      Meneliti gerakan air di dalam batang tanaman.

6)      Bidang pertanian

•      P-37 dan C-14, mengetahui efektivitas pemupukan.

•      P-32, mempelajari arah dan kemampuan tentang serangga hama.

•      C-14 dan O-18, mengetahui metabolisme dan proses

7)      Bidang peternakan

•      P-32 dan S-35, mengukur jumlah dan laju sintesis protein di dalam usus besar.

•      C-14 dan H-3, mengukur produksi serta proporsi asam lemak.

•      Mengkaji efisiensi pemanfaatan pakan untuk produksi ternak.

•      Mengungkapkan informasi dasar kimia dan biologi maupun antikualitas pada pakan ternak.

b.      Sebagai sumber radiasi

1)      Bidang kedokteran

•      Co-60, penyembuhan penyakit kanker.

•      P-32, penyembuhan penyakit leukimia.

•      Co-60 dan Cs-137, sterilisasi alat-alat kedokteran.

2)      Bidang industri

•      Perbaikan mutu serat tekstil.

•      Perbaikan mutu kayu dengan penambahan monomer yang sudah diradiasi.

•      Co-60, penyamakan kulit.

3)      Bidang pertanian

•      Pemberantasan hama.

•      Pembentukan bibit unggul.

•      Penyimpanan makanan.

DAMPAK NEGATIF RADIASI SINAR RADIOAKTIF

•      Kerusakan somatis berbentuk lokal dengan tanda kerusakan kulit, kerusakan sel pembentuk sel darah, dan kerusakan sistem saraf.

•      Terjadinya pembelahan sel darah putih, sehingga mengakibatkan penyakit leukimia.

•      Berpengaruh terhadap kelenjar-kelenjar kelamin yang dapat mengakibatkan kemandulan dan mutasi genetik pada keturunannya. 

•      Radiasi zat radioaktif dapat memperpendek umur manusia.