KESETABILAN INTI ATOM

KESTABILAN INTI ATOM

Ø Inti Atom

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep ini pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, hal ini membuktikan bahwa atom tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi.

Atom adalah satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik.

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (₁P¹) dan netron ( ₀n¹). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon. Sedangkan nuklida adalah suatu inti atom yang ditandai dengan jumlah proton (p) dan neutron (n) tertentu, dituliskan:

      

X = lambang unsur

Z = nomor atom = jumlah proton (= p)

A = bilangan massa = jumlah proton dan neutron ( p + n)

Ø Energi Ikat Inti

Kestebilan inti merupakan persoalan energi. Energi yang terkait dengan masalah tersebut adalah energi pengikat inti. Energi pengikat inti adalah energi yang dilepas saat nukleon bebas membentuk inti. Energi pengikat inti dibagi jumlah jumlah nukleon disebut energi pengikat rata-rata pernukleon. Energi pengikat dan energi pengikat inti rata-rata pernukleon dapat menjelaskan kstabilan relatif nuklida. Nuklida kurang stabil dapat meluruh menjadi nuklida lain, yang energi pengikat rata-rata pernukleonnya lebih kecil. Di samping itu energi pengikat inti dan energi pengikat rata-rata pernukleon dapat memperkirakan besarnya energi yang terlibat dalam reaksi spontan inti (peluruhan), reaksi fisi, reaksi fusi, dan reaksi penembakan inti.

Nuklida tidak stabil karena nuklida tersebut mempunyai kelebihan energi di dalam intinya dibanding nuklida stabilnya. Oleh karena energi sebanding dengan massa ( E = mc² ), maka kelebihan energi di dalam inti suatu nuklida dapat ditentukan dan ini merupakan energi pengikat inti nuklida tersebut.

Massa sebuah inti stabil selalu lebih kecil daripada massa gaungan nukleon-nukleon pembentuknya. Selisih massa antara gabungan massa nukleon-nukleon pembentuk inti dengan massa inti stabilnya disebut defek massa (mass defect).

Energi yang diperlukan untuk memutuskan inti menjadi proton-proton dan neutron-neutron pembentuknya disebut Enegi ikat inti (binding energy).

Energi ikat dan defek massa :

∆E = ∆mc²

Dengan 1 u=931MeV/c²

Sehingga jika E dan m dinyatakan dalam MeV dan u, maka menjadi ∆E=∆m x (931 MeV/u)

Rumus menghitung energi ikat :

Energi ikat inti :

∆E = [Zmp + (A-Z)mn + m ] x 931 MeV/u

Dengan:

∆E=energi ikat inti atom (dalam MeV)

Z, A= nomor atom dan nomor massa atom X

M_p= massa proton(dalam u),

M_n= massa neutron(dalam u),

Me= massa electron(dalam u),

 = massa atom netral X dari hasil pengukuran.

Ø Kestabilan Inti Atom

Di alam ini ada inti-inti atom yang stabil dan ada pula yang tidak stabil. Inti-inti atom yang tidak stabil adalah inti atom yang dapat meluruh dengan sendirinya, dan inti yang mempunyai sifat seperti ini disebut inti radioaktif. Kestabilan suatu inti pada dasarnya ditentukan oleh perbandingan antara banyaknya netron (N) dengan banyaknya proton (Z) yang terdapat dalam inti atom. Pada umumnya kalau N/Z = 1, maka unsur tersebut stabil. Berdasarkan banyaknya jumlah N dan Z dalam suatu inti atom, maka dapat digolongkan menjadi 4 kelompok, yaitu:

(1) Inti atom yang terdiri dari N genap & Z genap,

(2) Inti atom yang terdiri dari N genap & Z ganjil,

(3) inti atom yang terdiri dari N ganjil & Z genap,

(4) Inti atom yang terdiri dari N ganjil & Z ganjil.

Dari pengelompokan seperti tersebut di atas, maka urutan banyaknya tipe nuklida berdasarkan jumlahnya adalah:

(1) Senap/genap sebanyak 157,

(2) Genap/ganjil sebanyak 53,

(3) Ganjil/genap sebanyak 51,

(4) Ganjil/ganjil sebanyak 5.

Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat mempengaruhi kestabilan inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah ”seimbang” serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Jumlah proton dan neutron maupun tingkat energi dari inti-inti yang stabil tidak akan mengalami perubahan selama tidak ada gangguan dari luar. Sebaliknya, inti atom dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya “tidak seimbang” atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar. Perlu dicatat bahwa komposisi proton dan neutron yang “seimbang” atau “tidak seimbang” di atas tidak berarti mempunyai jumlah yang sama ataupun tidak sama. Setiap inti atom mempunyai “kesetimbangan” yang berbeda.

Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya. Sedangkan kestabilan inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron maksimum 1,5 kali jumlah protonnya.

Inti-inti atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang ataupun karena tingkat energinya yang tidak berada pada keadaan dasarnya, cenderung untuk berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha (α) atau radiasi beta (β). Kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang berada pada keadaan tereksitasi maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang lebih stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif.

Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa intermediate (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Jadi seringkali suatu radionuklida tidak berubah langsung menjadi nuklida yang stabil, melainkan mengalami beberapa perubahan lebih dulu menjadi radionuklida yang lain sebelum akhirnya menjadi nuklida yang stabil. Misalnya dari nuklida X yang tidak stabil berubah menjadi nuklida Y yang juga masih tidak stabil kemudian berubah lagi menjadi nuklida Z yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan berantai.

Berdasarkan hukum Coulomb inti atom akan pecah karena adanya daya tolak menolak antara dua proton, akan tetapi ternyata di dalam inti atom terdapat gaya lain yang dapat mengimbangi gaya Coulomb yaitu gaya nuklir. Kekuatan gaya nuklir ini sangat ditentukan oleh jumlah partikel nukleonik (proton dan neutron) di dalam inti atom. Oleh karena itu, keseimbangan antara kekuatan gaya Coulomb dan gaya nuklir di dalam inti atom tersebut sangat dipengaruhi oleh komposisi jumlah proton dan jumlah neutronnya.

Posisi inti atom yang stabil sudah dipetakan dengan sistem koordinat jumlah proton (sumbu-X) dan jumlah neutron (sumbu-Y) didalam kurva kestabilan inti.

Titik-titik hitam pada kurva tersebut menunjukkan koordinat (jumlah proton dan jumlah neutron) inti atom yang stabil. Terlihat bahwa pada jumlah proton tertentu terdapat beberapa titik hitam dengan jumlah neutron yang berbeda, berarti terdapat kemungkinan bahwa sebuah unsur memiliki beberapa isotop yang stabil.

Bentuk grafik gambar terutama ditentukan oleh 3 faktor:

1.      Lengkungan yang hampir lurus, terbentuk karena nukleon–nukleon berinteraksi hanya dengan tetangga–tetangga terdekatnya, artinya enegi ikat per nukleon tak tergantung pada jumlah nukleon dalam ikat (nomor massa A).

2.       Lengkungan yang berkurang tajam untuk inti ringan, terbentuk karena inti ringan secara relatif memiliki nukleon–nukleon yang lebih datar dan karena itu hanya memiliki tetangga–tetangga terdekat yang lebih sedikit dari pada inti berat.

3.       Lengkungan yang berkurang secara berangsur untuk inti berat adalah berhuungan dengan gaya tolak menolak coulomb antara proton– proton, yang makin besar untuk jumlah proton yang lebih banyak.

Jika kita memisah suatu inti yang berat menjadi dua inti yang lebih ringan, energi akan dibebaskan, kerena energi ikat pernukleon lebih besar untuk dua inti yang lebih ringan daripada untuk inti induk yang berat. Proses ini dikenal dengan reaksi fisi. Kita juga dapat meggabungkan dua inti yang ringan menjadi sebuah inti yang berat, proses ini disebut reaksi fusi.

Tabel periodik merupakan suatu tabel yang mencantumkan semua kemungkinan posisi nuklida baik yang stabil maupun yang tidak stabil. Nuklida-nuklida yang tidak stabil disebut sebagai radionuklida.

Kurva kestabilan di atas dijabarkan lebih rinci pada suatu tabel yang disebut sebagai tabel nuklida. Jenis-jenis inti atom (nuklida), baik yang stabil maupun yang tidak stabil, dapat dilihat pada tabel nuklida (nuclide chart). Inti atom yang stabil ditandai dengan warna hitam sedangkan warna lain menunjukkan inti atom (nuklida) yang tidak stabil.

Sebagai contoh, terlihat pada tabel nuklida disamping bahwa unsur besi (Fe) mempunyai tiga isotop yang stabil yaitu Fe⁵⁶, Fe⁵⁷, dan Fe⁵⁸ serta beberapa inti atom atau isotop yang tidak stabil, yang sering disebut sebagai radioisotop atau inti radioaktif. Demikian pula cara untuk mengidentifikasi kestabilan inti atom pada unsur-unsur yang lain.

Ø Radioktivitas

Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil. Materi yang mengandung inti tak-stabil memancarkan radiasi, disebut zat radioktif.

Berdasarkan sifat keradioktifannya, nuklida dapat diklasifikasikan sebagai berikut: