Inti Atom dan Radioaktivitas Serta Contoh Soal

Atom adalah penyusun terkecil dari segala benda atau objek baik diri kita mapun benda di luar kita. Atom terdiri atas tiga partikel sub atomik, dua diantaranya terletak di inti atom. Pada pembahasan kali ini, kita akan menyelam lebbih jauh ke inti atom dan melihat bagaimana inti bereaksi satu sama lain.

Pengertian Inti Atom

Inti atom atau nukleon adalah bagian dari penyusun atom yang terletak di tengah atom dan merupakan konsentrasi massa dari keseluruhan atom. Inti atom tersusun atas partikel subatomik neutron dan proton. Dimana mengakibatkan inti bermuatan positif.

Baca juga: Teori Fisika Atom

Energi Ikat Inti Atom

Meskipun inti atom bisa tersusun atas banyak proton namun proton-proton ini tidak saling tolak menolak seperti hukum coulomb yang sudah kamu pelajari di bab listrik statis, hal ini bukan dikarenakan gaya coulomb tidak ada melainkan adanya gaya lain yang mampu menahan gaya tolak ini. Gaya itu kemudian disebut gaya ikat inti atom. Gaya ikat inti ini yang kemudian menimbulkan energi ikat inti. Secara definisi energi ikat inti adalah energi yang mengikat partikel subatomic tetap pada inti atom.

Nilai energi ikat inti dinyatakan oleh newton sebagai:

E = ∆m x c²

Dimana:

E = energi ikat inti (J)

∆m = defek massa / perubahan massa (kg)

c = kecepatan cahaya (3×10⁸ m/s)

Perlu diperhatikan jika semua satuan menggunakan SI maka energi juga akan memiliki satuan internasional yakni joule. Namun, jika massa atom menggunakan satuan sma (satu massa atom) maka satuan energi menggunakan eV dengan hubungan joule dan eV sebagai berikut:

E = ∆m x 931,5 MeV

Defek Massa

Energi ini muncul dari massa yang hilang membentuk energi ikat. Hilangnya massa ini dibuktikan dengan mengukur massa atom secara langsung ternyata lebih kecil dari jumlah massa yang seharusnya dihasilkan proton dan neutron (massa inti < M) massa yang hilang ini kemudian disebut defek massa (∆m)

Besar defek massa dapat dihitung dengan:

∆𝑚 = (massa proton + massa neutron) – massa inti

∆𝑚 = (2𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍 )𝑚n) − 𝑚

Mp = massa proton (1,0078 sma) = 1,672 x 10^-27 kg

Mn = massa neutron (1,0087 sma) = 1,674 x 10^-27 kg

M = massa inti (sma)

Reaksi Inti Atom

Reaksi inti atom adalah proses yang terjadi di inti atom, karena reaksi ini Inti atom dapat memancarkan zat radioaktif sehingga terbentuk inti atom baru. Dapat melalui proses pemecahan inti menjadi dua inti atau lebih yang hampir sama dan dapat pula melalui proses penggabungan. Peristiwa-peristiwa perubahan inti menjadi inti baru ini dinamakan reaksi inti, reaksi nuklir atau radioaktivitas. Dalam suatu reaksi inti berlaku hukum kekekalan nomor atom, hukum kekekalan nomor massa dan kekekalan massa – energi.

Terdapat dua radioaktivitas, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan atau penggabungan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru. Pada reaksi fusi dihasilkan energi, reaksi fusi juga dikenal sebagai reaksi yang bersih.

Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan atau pemecahan inti atom akibat tumbukan inti atom satu dengan lainnya. Reaksi fisi inti atom baru yang bermassa lebih ringan, memiliki energi, serta menghasilkan radiasi elektromagnetik.

Radioaktivitas ini juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang bisa saja berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta, salah satunya matahari. Reaksi fusi terkendali dimanfaatkan dalam pembuatan reaktor nuklir. Sedangkan reaksi fusi tak terkendali dimanfaatkan sebagai Senjata bom hidrogen. Ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah beberapa contoh reaksi fisi nuklir.

Baik pada reaksi fusi maupun fisi dibutuhkan pengaturan reaktor yang tidak mudah, meski pada reaksi fusi hal ini lebih sulit namun jika dapat dilakukan energi yang dihasilkan reaksi fusi akan lebih besar dari yang ada saat ini. Meski begitu, disisi lain reaksi fusi juga relatif lebih aman karena lebih sedikit menghasilkan sinar gamma daripada reaksi fisi.

Beberapa Unsur radioaktivitas yang digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium-239 dan Uranium-235. Sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium-6, hydrogen Deuterium dan  Tritium.

Baca juga: Dualisme Gelombang Partikel

Mengenal Sinar Radioaktiv

Sinar Alfa (α)

Suatu inti atom yang tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan disertai pancaran sinar alfa. Sinar alfa ini sebenarnya adalah inti helium. Sinar alfa memiliki panjang gelombang paling panjang, sedangkan energi tembusnya paling rendah. Ketika inti atom meradiasikan sinar alfa (inti ₂He⁴), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron. Misalnya yang terjadi pada reaksi uranium-238 berikut:

Sinar Beta(β)

Sedangkan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron sendiri akan meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Partikel beta dapat digunakan untuk mendeteksi kebocoran pipa pada industri.

Ketika inti radioaktif memancarkan sinar beta (β ) maka nomor massa inti tetap (jumlah neutron dan proton tetap), tetapi nomor atomnya berubah.

Pada peluruhan sinar beta, terjadi dua proses peluruhan seperti sebagai berikut, yakni:

Sinar Gamma (γ)

Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke ground state atau keadaan dasarnya yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristiwa ini dinamakan peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta. Hal ini lah yang menjadi alasan peluruhan sinar gamma biasanya menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan gamma hanya mengurangi energi, dan tidak mengubah susunan inti. Dibandingkan sinar radioaktivitas lainnya, sinar gamma memiliki energi tembus paling besar sedangkan panjang gelombang paling kecil.

Pada batas aman, sinar gamma dapat digunakan untuk mensterilisasi peralatan medis dan alat lainnya.

Peluruhan

Peluruhan zat radioaktiv dsebut juga radioaktivitas. Laju peluruhan setiap zat radioaktif berbeda-beda tergantung dari waktu paruh masing-masing atom. Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan zat untuk meluruh menjadi setengahnya. Sedangkan laju peluruhan disebut juga aktivitas (A).

Nilai waktu paruh dapat ditentukan dengan persamaan:

Sedangkan aktivitas zat radioaktif

Dimana:

At = aktivitas akhir

t = waktu

t1/2 = waktu paruh

λ = konstanta peluruhan

Sedangkan massa / jumlah zat sisa peluruhan dapat diketahui dengan:

T = t1/2 = waktu paruh

No = jumlah zat mula-mula

Contoh Soal dan Pembahasan

1. UN 2015

Perhatikan reaksi inti berikut! (C)

₇N¹⁴ + X → ₈O¹⁷ + ₁H¹

Pada reaksi di atas X adalah ….
A. proton
B. elektron
C. partikel alfa
D. deutron
E. neutron

Pembahasan:

7 + a = 8+1

7 + a = 9

a = 2

Sedangkan

14 + b = 17+1

b = 4

dengan struktur

maka itu partikel alfa.

2. UN 2011 (B)

Inti atom yang terbentuk memenuhi reaksi fusi berikut ini:

₁H¹ + ₁H¹ → ₁d² + ₁e⁰ + E

Diketahui:

massa ₁H¹ = 1,00780 sma
massa ₁d²  = 2,01410 sma
massa ₁e⁰  = 0,00055 sma
1 sma = 931 MeV

Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut adalah ….

A. 0,44 MeV
B. 0,88 MeV
C. 0,98 MeV
D. 1,02 MeV
E. 1,47 MeV

Pembahasan:

E = jumlah massa ruas kiri – ruas kanan
= (1,00780 + 1,00780 ) – (2,0140 + 0,00055)
= (2,01560 – 2,01465) sma
= 0,000950 sma
= 0,000950 × 931 MeV
= 0,88 MeV

Jadi, Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut adalah 0,88 MeV (B).

3. UN 2008

Massa unsur radioaktif P mula-mula x gram dengan waktu paruh 2 hari. Setelah 8 hari unsur yang tersisa y gram. Perbandingan antara x ∶ y = ….

A. 16 : 1
B. 8 : 1
C. 4 : 1
D. 1 : 8
E. 1 : 16

Pembahasan:

Peluruhan unsur radioaktif dirumuskan sebagai:
Sedangkan data-data yang diketahui pada soal sebagai berikut:

N₀ = x
N = y
t = 8 hari
T = 2 hari

Nah, sekarang kita masukkan data-data tersebut pada rumus di atas.

A. 16 : 1

Baca juga: Transformator: Pengertian, Komponen, Daya, Jenis dan Contoh Soal

Pemahaman Akhir

Atom merupakan penyusun terkecil dari segala benda atau objek, baik itu di dalam diri kita maupun di luar kita. Atom terdiri dari tiga partikel subatomik, di mana dua di antaranya terletak di inti atom, yaitu proton dan neutron. Inti atom memiliki muatan positif karena adanya proton, sedangkan elektron yang mengelilingi inti memiliki muatan negatif.

Inti atom juga memiliki energi ikat yang berasal dari defek massa atau perbedaan massa antara massa inti dan jumlah massa proton dan neutron penyusunnya. Energi ikat inti ini bertanggung jawab atas gaya ikatan yang mencegah partikel subatomik dalam inti untuk saling tolak menolak, sehingga inti atom bisa tetap stabil.

Inti atom juga dapat mengalami reaksi antara satu dengan lainnya. Reaksi inti atom melibatkan proses seperti fusi nuklir dan fisi nuklir. Reaksi fusi adalah penggabungan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru, sedangkan reaksi fisi adalah pembelahan inti atom menjadi inti baru yang lebih ringan. Keduanya menghasilkan energi yang dapat dimanfaatkan, seperti dalam pembangkit listrik tenaga nuklir atau sebagai senjata nuklir.

Radioaktivitas juga merupakan bagian dari reaksi inti atom, di mana inti atom tidak stabil akan meluruh dan memancarkan sinar alfa, beta, dan gamma. Pengertian waktu paruh dan aktivitas juga terkait dengan peluruhan radioaktif. Radioaktivitas bisa digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti dalam bidang medis, industri, dan lainnya.

Dalam pemahaman fisika, memahami struktur dan reaksi inti atom adalah penting karena hal ini memberikan wawasan tentang sifat dasar materi dan energi di alam semesta. Dalam kehidupan sehari-hari, fisika atom juga memiliki aplikasi yang luas, termasuk dalam teknologi, energi, dan kesehatan manusia. Oleh karena itu, pemahaman tentang inti atom dan reaksinya merupakan bagian yang penting dalam ilmu fisika modern.

Itu tadi artikel lanjutan mengenai atom sebagai penyusun setiap zat yakni inti atom dan berbagai reaksi yang dapat terjadi di inti atom. Ada yang ingin kamu diskusikan? Tuliskan komentar ya~

sumber:

kemdikbud.go.id

Maemunah, Indah. dkk.2019. Studi Komparasi reaksi fisi dan fusi pada pembangkit listrik tenaga nuklir masa depan. Bandung : Prosiding Seminar Nasional Fisika.