Unsur-Unsur Radioaktif

UNSUR-UNSUR RADIOAKTIF
 
Atom terdiri atas inti dan elektron-elektron yang beredar mengitarinya. Lintasan electron mengitari inti aton disebut “kulit atom”. Reaksi kimia biasa, misalnya pembentukan ikatan kimia, hanya melibatkan electron pada kulit atom sedangkan inti tidak mengalami perubahan. Reaksi yang menyangkut perubahan susunan init atom disebut reaksi inti atau reaksi nuklir (nucleus = inti).
Reaksi inti ada yang terjadi secara spontan, ada juga yang terjadi karena buatan. Reaksi inti spontan terjadi pada inti yang tidak stabil. Zat yang mengandung inti tidak stabil ini disebut zat radioaktif.
Reaksi inti berlangsung dengan disertai pembebasan energi berupa radiasi dan kalor. Energi yang menyertai reaksi inti jauh lebih besar daripada energi reaksi kimia biasa. Namun sayang, energi yang dihasilkan reaksi inti (energy nuklir) tersebut pertama kali diperkenalkan kepada penduduk bumi berupa bom atom, yang menghancurkan HIrosima dan Nagasaki, Jepang. Dewasa ini zat radioaktif telah banyak digunakan untuk maksud damai (bukan tujuan militer), baik sebagai sumber radiasi maupun sebagai sumber tenaga.
 
1.     Penemuan Keradioaktifan
Pada tahun 1985, Roentgen menemukan sinar  X, suatu radiasi electromagnet berenergi tinggi yang dapat menghitamkan pelat potret meski masih terbungkus kertas hitam. Seperti Anda ketahui, sina X kini digunakan untuk roentgen. Tertarik akan penemuan sinar X, Henry Becquerel meneliti radiasi yang dipancarkan oleh bantuan yang dapat berpendar. Secara kebetulan Becquerel meneliti batuan uranium sehingga menghantarkannya pada penemuan keradioaktifan, yaitu pada tahun 1896. Becquerel menemukan bahwa uranium senantiasa memancarkan radiasi secara spontan. Fenomena ini disebut radioaktivitas. Pada tahun 1898, pasangan suami istri Pierre dan Marie Curie menemukan dua unsur radioaktif lainnya, yaitu radium and polonium.
Ternyata, banyak unsur yang secara alami bersifat radioaktif. Semua isotop yang bernomor atom di atas 83 bersifat radioaktif. Unsur yang bernomor ato 83 atau kurang mempunyai isotop stabil, kecuali teknesium dan promesium. Isotop yang bersifat radioaktif disebut isotop radioaktif atau radioisotop, sedangkan isotop yang tidak radioaktif disebut isotop stabil. Dewasa ini radioisotop dapat juga dibuat dari isotop stabil. Jadi, selain radioisotop alami, juga ada radioisotop buatan.
 
2.     Sinar-Sinar Radioaktif
Pada tahun 1903, Ernest Rutherford menemukan bahwa radiasi yang dipancarkan zat radioaktif dapat dibedakan menjadi 2 jenis berdasarkan muatannya. Radiasi yang bermuatan positif dinamai sinar alfa, dan yang bermuatan negatif diberi nama sinar beta. Selanjutnya, Paul U. Vilard menemukan jenis sinar ketiga yang tidak bermuatan dan diberi nama sinar gamma.
 
a.      Sinar Alfa (α) “gambar”
Sinar alfa merupakan radiasi partikel bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4(42He), bermuatan +2ḗ dan bermasa 4 sma. Partikel sinar alfa itu merupakan gabungan dari 2 proton dan 2 neutron. Sinar alfa dipancarkan oleh inti dengan kecepatan sekitar  kecepatan cahaya. Oleh karena memiliki massa yang besar, daya tembus sinar alfa paling lemah di antara sinar radioaktif. Di udara hanya dapat menembus beberapa cm saja dan tidak dapat menembus kulit. Sinar alfa dapat dihentikan oleh selembar kertas biasa. Sianr alfa segera kehilangan energinya ketika bertabrakan dengan molekul media yang dilaluinya. Tabrakan itu mengakibatkan media yang dilaluimengalami ionisasi. Akhirnya, partikel alfa akan menangkap 2 elektron dan berubah menjadi atom helium -4 (42He).
 
b.      Sinar Beta (β)
Sinar beta adalah berkas elektron yang berasal dari inti atom. Partikel beta bermuatan -1ḗ dan bermassa  sma. Oleh karena sangat kecil, partikel beta dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi .
Energi sinar beta sangat bervariasi, mempunyai daya tembus lebih besar daripada sinar alfa, tetapi daya pengionnya lebih lemah. Sinar beta paling energetik dapat menempuh sampai 300 cm dalam udara kering dan dapat menembus kulit.
 
c.       Sinar Gamma (γ)
Sinar Gamma adalah radiasi elektromagnetik berenergi tinggi, tidak bermuatan, dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan dengan notasi .
Sinar gamma mempunyai daya tembus yang sangat besar, paling besar diantara sinar radioaktif, tetapi daya pengionnya paling lemah. Sinar gamma dapat menembus beberapa cm logam timbel (logam yang memiliki daya serap radiasi yang paling kuat).
“gambar”
 
Berbagai Jenis Partikel dan Radiasi yang Menyertai Peluruhan Radioaktif
Jenis Parrtikel
Notasi
Muatan
(e)
Massa
(sma)
Proton
 
 atau 
+1
1
Neutron
 
 
0
1
Elektron
 
 
-1
0
Positron
 
 
+1
0
Foton Sinar Gamma
 
 
0
0
Foton Sinar X
 
 
0
0
Partikel Sinar Alfa (α)
 
 
2
4

Selain sinar alfa, beta, dan gamma, zat radioaktif buatan juga ada yang memancarkan sinar X dan sinar positron. Sinar X adalah radiasi electromagnet menyerupai sinar gamma, tetapi energy sinar X lebih lemah. Sinar positron menyerupai sinar beta kecuali muatannya berbeda. Sinar positron terdiri atas electron bermuatan positif sehingga dinyatakan dengan notasi  atau β+.

4.Penggolongan Nuklida

  1. Isotop: nuklida dengan atom sama. Contoh  816O, 817O, 818O
  2. Isobar: nuklida dengan nomor massa sama. Contoh 614C,714N
  3. Isoton: nuklida dengan jumlah neutron sama. Contoh 1939K, 2048Ca

5. Kestabilan Inti

Suatu atom dikatakan stabil bila perbandingan proton dengan neutronnya (p:n) = 1:1 , atau dengan kata lain jumlah proton dan neutron dalam atom tersebut sama.

Kestabilan inti isotop-isotop dapat dilihat dari pita kestabilan isotop.

NNJ

Isotop-isotop dengan p≤ 20 akan bersifat stabil jika perbandingan p:n=1:1. Sedangkan isotop-isotop dengan p>20 akan stabil apabila perbandingan p:n=1:1,5

Isotop yang tidak stabil akan meluruh sehingga isotop hasil peluruhannya terletak pada daerah dekat pita kestabilan. Isotop-isotop yang tidak stabil dibedakan dalam 3 daerah

  1. Isotop dengan p>82 terletak disebelah pita kestabilan.
  2. Isotop dengan p=82 terletak diatas pota kestabila
  3. Isotop dengan inti ringan, 0-20, terletak dibawah pita kestabilan.

Untuk mencapai bentuk inti yang stabil, suatu nuklida radioaktif akan mengalami proses-proses sebagai berikut. 

  1. mengubah kelebihan proton menjadi neutron atau sebaliknya, dengan cara melepaskan atau memancarkan sinar radioaktif.
  2. Melepaskan kelebihan proton atau neutron.
  3. menangkap elektron dari kulit k.
  4. mengadakan pembelahan inti menjadi inti lain yang lebih ringan.

6. Reaksi pada Inti

Reaksi yang terjadi di inti atom dinamakan reaksi nuklir. Jadi Reaksi nuklir melibatkan perubahan yang tidak terjadi di kulit elektron terluar tetapi terjadi di inti atom. Reaksi nuklir memiliki persamaan dan perbedaan dengan reaksi kimia biasa. Persamaan reaksi nuklir dengan reaksi kimia biasa, antara lain seperti berikut.

a. Ada kekekalan muatan dan kekekalan massa energi.

b. Mempunyai energi pengaktifan.

c. Dapat menyerap energi (endoenergik) atau melepaskan energi (eksoenergik).

Perbedaan antara reaksi nuklir dan reaksi kimia biasa, antara lain seperti berikut.

a. Nomor atom berubah.

b. Pada reaksi endoenergik, jumlah materi hasil reaksi lebih besar dari pereaksi, sedangkan dalam reaksi eksoenergik terjadi sebaliknya.

c. Jumlah materi dinyatakan per partikel bukan per mol.

d. Reaksi-reaksi menyangkut nuklida tertentu bukan campuran isotop.

Reaksi nuklir dapat ditulis seperti contoh di atas atau dapat dinyatakan seperti berikut. Pada awal dituliskan nuklida sasaran, kemudian di dalam tanda kurung dituliskan proyektil dan partikel yang dipancarkan dipisahkan oleh tanda koma dan diakhir perumusan dituliskan nuklida hasil reaksi.

Contoh

Ada dua macam partikel proyektil yaitu:

a. Partikel bermuatan seperti ,   atau atom yang lebih berat seperti

b. Sinar gamma dan partikel tidak bermuatan seperti neutron.

Contoh

  1. Penembakan dengan partikel alfa

2.  Penembakan dengan proton

3. Penembakan dengan neutron

a. Reaksi Pembelahan Inti

Sesaat sebelum perang dunia kedua beberapa kelompok ilmuwan mempelajari hasil reaksi yang diperoleh jika uranium ditembak dengan neutron. Otto Hahn dan F. Strassman, berhasil mengisolasi suatu senyawa unsur golongan II A, yang diperoleh dari penembakan uranium dengan neutron. Mereka menemukan bahwa jika uranium ditembak dengan neutron akan menghasilkan beberapa unsur menengah yang bersifat radioaktif. Reaksi ini disebut reaksi pembelahan inti atau reaksi fisi.

Contoh reaksi fisi.

Dari reaksi fisi telah ditemukan lebih dari 200 isotop dari 35 cara sebagai hasil pembelahan uranium-235. Ditinjau dari sudut kestabilan inti, hasil pembelahan mengandung banyak proton. Dari reaksi pembelahan inti dapat dilihat bahwa setiap pembelahan inti oleh satu neutron menghasilkan dua sampai empat neutron. Setelah satu atom uranium-235 mengalami pembelahan, neutron hasil pembelahan dapat digunakan untuk pembelahan atom uranium-235 yang lain dan seterusnya sehingga dapat menghasilkan reaksi rantai. Bahan pembelahan ini harus cukup besar sehingga neutron yang dihasilkan dapat tertahan dalam cuplikan itu. Jika cuplikan terlampau kecil, neutron akan keluar sehingga tidak terjadi reaksi rantai.

b. Reaksi Fusi

Pada reaksi fusi, terjadi proses penggabungan dua atau beberapa inti ringan menjadi inti yang lebih berat. Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi lebih besar daripada energy yang dihasikan reaksi fisi dari unsur berat dengan massa yang sama. Perhatikan reaksi fusi dengan bahan dasar antara deuterium dan litium berikut.

Reaksi-reaksi fusi biasanya terjadi pada suhu sekitar 100 juta derajat celsius. Pada suhu ini terdapat plasma dari inti dan elektron. Reaksi fusi yang terjadi pada suhu tinggi ini disebut reaksi termonuklir. Energi yang dihasikan pada reaksi fusi

7. Waktu paro
Waktu pro adalah waktu yang dibutuhkan unsur radioaktif untuk mengalami peluruhan sampai menjadi 1/2 kali semula (masa atau aktivitas).
Rumus:

Nt = massa setelah peluruhan
N0 = massa mula-mula
T = waktu peluruhan
t( 1)/2 = waktu paro
Contoh:
Suatu unsur radioaktif mempunyai waktu paro 4 jam. Jika semula tersimpan 16 gram unsur radioaktif, maka berapa massa zat yang tersisa setelah meluruh 1 hari ?
Jawab :

8. Kegunaan radioaktif
A. Sebagai Perunut
1. Bidang Kedokteran
Digunakan sebagai perunut untuk mendeteksi berbagai jenis penyakit, antara lain:
a. 24Na, mendeteksi adanya gangguan peredaran darah.
b. 59Fe, mengukur laju pembentukan sel darah merah.
c. 11C, mengetahui metabolisme secara umum.
d. 131I, mendeteksi kerusakan pada kelenjar tiroid.
e. 32P, mendeteksi penyakit mata, liver, dan adanya tumor.

2. Bidang Industri
Digunakan untuk meningkatkan kualitas produksi, seperti pada:
a. Industri makanan, sinar gama untuk mengawetkan makanan, membunuh mikroorganisme yang menyebabkan pembusukan pada sayur dan buahbuahan.
b. Industri metalurgi, digunakan untuk mendeteksi rongga udara pada besi cor, mendeteksi sambungan pipa saluran air, keretakan pada pesawat terbang, dan lain-lain.
c. Industri kertas, mengukur ketebalan kertas.
d. Industri otomotif, mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja.

3. Bidang Hidrologi
a. 24Na dan 131I, digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran air sungai.
b. Menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah.
c. 14C dan 13C, menentukan umur dan asal air tanah.

4. Bidang Kimia
Digunakan untuk analisis penelusuran mekanisme reaksi kimia, seperti:
a. Dengan bantuan isotop oksigen–18 sebagai atom perunut, dapat ditentukan asal molekul air yang terbentuk.
b. Analisis pengaktifan neutron.
c. Sumber radiasi dan sebagai katalis pada suatu reaksi kimia.
d. Pembuatan unsur-unsur baru.

5. Bidang Biologi
a. Mengubah sifat gen dengan cara memberikan sinar radiasi pada gen-gen tertentu.
b. Menentukan kecepatan pembentukan senyawa pada proses fotosintesis menggunakan radioisotop C–14.
c. Meneliti gerakan air di dalam batang tanaman.
d. Mengetahui ATP sebagai penyimpan energi dalam tubuh dengan menggunakan radioisotop 38F.

6. Bidang Pertanian
a. 37P dan 14C, mengetahui tempat pemupukan yang tepat.
b. 32P, mempelajari arah dan kemampuan tentang serangga hama.
c. Mutasi gen atau pemuliaan tanaman.
d. 14C dan 18O, mengetahui metabolisme dan proses fotosintesis.

7. Bidang Peternakan
a. Mengkaji efisiensi pemanfaatan pakan untuk produksi ternak.
b. Mengungkapkan informasi dasar kimia dan biologi maupun antikualitas pada pakan ternak.
c. 32P dan 35S, untuk pengukuran jumlah dan laju sintesis protein di dalam usus besar.
d. 14C dan 3H, untuk pengukuran produksi serta proporsi asam lemak mudah
menguap di dalam usus besar.

B. Sebagai Sumber Radiasi
1. Bidang Kedokteran
Digunakan untuk sterilisasi radiasi, terapi tumor dan kanker.

2. Bidang Industri
Digunakan untuk:
a. Perbaikan mutu kayu dengan penambahan monomer yang sudah diradiasi, kayu menjadi lebih keras dan lebih awet.
b. Perbaikan mutu serat tekstil dengan meradiasi serat tekstil, sehingga titik leleh lebih tinggi dan mudah mengisap zat warna serta air.
c. Mengontrol ketebalan produk yang dihasilkan, seperti lembaran kertas, film, dan lempeng logam.
d. 60Co untuk penyamakan kulit, sehingga daya rentang kulit yang disamak dengan cara ini lebih baik daripada kulit yang disamak dengan cara biasa.

3. Bidang Peternakan
Digunakan untuk:
a. Mutasi gen dengan radiasi untuk pemuliaan tanaman.
b. Pemberantasan hama dengan meradiasi serangga jantan sehingga mandul.
c. Pengawetan bahan pangan dengan radiasi sinar-X atau gama untuk membunuh telur atau larva.
d. Menunda pertunasan pada bawang, kentang, dan umbi-umbian untuk memperpanjang masa penyimpanan.

Dampak negatif dari radiasi zat radioaktif, antara lain:
1. Radiasi zat radioaktif dapat memperpendek umur manusia. Hal ini karena zat radioaktif dapat menimbulkan kerusakan jaringan tubuh dan menurunkan
kekebalan tubuh.
2. Radiasi zat radioaktif terhadap kelenjar-kelenjar kelamin dapat mengakibatkan kemandulan dan mutasi genetik pada keturunannya.
3. Radiasi zat radioaktif dapat mengakibatkan terjadinya pembelahan sel darah putih, sehingga mengakibatkan penyakit leukimia.
4. Radiasi zat radioaktif dapat menyebabkan kerusakan somatis berbentuk lokal dengan tanda kerusakan kulit, kerusakan sel pembentuk sel darah, dan kerusakan sistem saraf.

9. Pengaruh Radiasi pada Makhluk Hidup

Akibat radiasi yang melebihi dosis yang diperkenankan dapat menimpa seluruh tubuh atau hanya lokal. Radiasi tinggi dalam waktu singkat dapat menimbulkan efek akut atau seketika sedangkan radiasi dalam dosis rendah dampaknya baru terlihat dalam jangka waktu yang lama atau menimbulkan efek yang tertunda. Radiasi zat radioaktif dapat memengaruhi kelenjarkelenjar kelamin, sehingga menyebabkan kemandulan. Berdasarkan dari segi cepat atau lambatnya penampakan efek biologis akibat radiasi radioaktif ini, efek radiasi dibagi menjadi seperti berikut.

1. Efek segera

Efek ini muncul kurang dari satu tahun sejak penyinaran. Gejala yang biasanya muncul adalah mual dan muntah muntah, rasa malas dan lelah serta terjadi perubahan jumlah butir darah.

2. Efek tertunda

Efek ini muncul setelah lebih dari satu tahun sejak penyinaran. Efek tertunda ini dapat juga diderita oleh turunan dari orang yang menerima penyinaran.

Tinggalkan komentar

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s