I N T I A T O M DAN MAKNA PRAKTISNYA UNTUK KESEJARTERAAN

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Oleh : Tim Pengajar

Pokok Bahasan Pertemuan 1

1. Ilmu Kimia

2. Sifat fisis dan kimia

3. Atom sebagai komponen dasar unsur

4. Senyawa dibentuk dari unsur-unsur

5. Campuran, bahan murni, dan takmurni

6. Tabel berkala (periodik)

Perunggu terbuat dari

88% tembaga dan 12% timah Fake Gold (FeS2)

POKOK BAHASAN

Partikel Penyusun Atom

Perkembangan Model Struktur Atom

Peluruhan Inti Atom (Radioaktivitas)

Aplikasi Isotop Radioaktif

Reaksi Inti

1. Partikel Penyusun Atom

Teori atom Dalton membuka pemikiran banyak ilmuwan untuk

mengembangkan pemahaman lebih mendalam mengenai struktur

fundamental materi

Kajian yang lebih baru justru mematahkan konsepnya, yaitu dengan

ditemukannya partikel subatomik (elektron, proton, dan neutron)

Elektron (−)

Ditemukan oleh JJ Thompson dalam kajiannya terhadap sinar katoda

yang melewati medan listrik dan medan magnet

Proton (+)

Diawali dengan penelitian Eugine Goldstein terhadap sinar kanal (gambar kiri)

• Hipotesisnya diperkuat oleh Ernest Rutherford dalam kajiannya mengenai

penembakan sinar-α pada sebuah lempeng emas (gambar kanan)

• Hasil percobaan Rutherford menunjukkan bahwa proton terpusat pada inti

atom dan elektron terletak mengelilingi inti atom.

Neutron (netral)

Dihipotesiskan oleh J Chadwick yang menyebutkan bahwa semua inti atom,

kecuali hidrogen, memiliki neutron.

Inti Atom

• Inti atom bermuatan positif dengan jumlah yang

sama dengan muatan negatif dari elektron.

Muatan listrik satu elektron adalah -1.60 x 10-19

Coulomb, sementara muatan listrik satu proton

adalah +1.60 x 10-19 Coulomb.

• Muatan positif tersebut dikenal sebagai proton

• Proton 2000 kali lebih besar dari elektron

• Jumlah proton dalam inti atom sama dengan

jumlah elektron yang mengelilingi inti, sehingga

muatan atom menjadi netral. Contohnya atom

oksigen memiliki 8 elektron dan 8 proton.

NOMOR ATOM DAN MASSA ATOM

(Z) Nomor atom menunjukkan jumlah proton

(A) Nomor massa atom menunjukkan jumlah proton dan neutron

Tidak ada jumlah tetap untuk neutron dalam inti.

Sebagian besar unsur mengandung atom dengan nomor atom (jumlah

proton) sama tetapi massanya berbeda, yang disebut ISOTOP

Fe2656 Fe26

55

XZA

2. Perkembangan Model Struktur Atom

Teori klasik yang mengacu model inti Rutherford memiliki kelemahan yaitu pergerakan elektron yang mengitari inti akan menyebabkannya kehilangan energi dan jatuh ke dalam inti sehingga atom akan hancur

Niels Bohr (1913) memperbaiki model struktur atom klasik tersebut:

Elektron bergerak mengelilingi inti (mengorbit) pada lintasan yang memiliki tingkat energi yang tetap.

Energi elektron terkuantisasi

Elektron dapat berpindah hanya pada orbit diskrit tertentu.

Cahaya hanya diserap dan dipancarkan saat elektron loncat dari orbital stabil yang satu ke orbital stabil lainnya.

BUKTI ENERGI TERKUANTISASI

• Bohr menyadari bahwa tiap unsur dapat menghasilkan beberapa cahaya dengan energi (frekuensi) berbeda

• Ketika tegangan listrik dialirkan pada gas dalam tabung tertutup, terlihat deret garis dengan warna tertentu.

Garis ini adalah spektrum emisi. Untuk gas hidrogen terdapat tiga garis 434 nm, 486 nm, dan 656 nm.

Model Struktur Atom dengan Mekanika Kuantum

Teori model struktur atom Bohr tidak mampu menjelaskan spektrum yang dihasilkan oleh spesi yang lebih kompleks.

Mekanika kuantum membantu memperbaiki model struktur atom.

Dasar:

Penentuan posisi dan momentum elektron yang akurat secara simultan adalah mustahil, tetapi menentukan peluang ditemukannya dalam suatu daerah adalah hal yang mungkin. Daerah dengan peluang ditemukannya elektron yang tinggi disebut orbital atom Orbital-orbital (subkulit) tersebut diberi simbol s, p, d, dan f (sharp, principal, diffuse, dan fine).

Awan probabilitas Orbital atom s

Kulit dan Orbital • Kulit pertama mempunyai 1 orbital: 1s

• Kulit kedua mempunyai 2 jenis orbital: 2s dan 2p

• Kulit ketiga mempunyai 3 jenis orbital: 3s, 3p, and 3d

• Jumlah maksimum elektron yang mengisi orbital tergantung pada jenis orbital:

• Orbital s diisi maksimum 2 elektron

• Orbital p diisi maksimum 6 elektron

• Orbital d diisi maksimum 10 elektron

• Orbital f diisi maksimum 14 elektron

Bentuk orbital orbital s, p, d, f

3. Peluruhan Inti Atom (Radioaktivitas)

Istilah Radioaktivitas digunakan untuk menjelaskan kecenderungan

suatu unsur untuk melepaskan radiasi sebagai akibat dari perubahan

yang terjadi pada inti atom

Tiga bentuk utama

radiasi: partikel α,

partikel β, dan

sinar γ

1. Inti yang kaya neutron (miskin proton) tidak akan stabil sehingga akan meluruh

membentuk proton dengan melepaskan elektron (partikel β−).

C614 → N7

14 + e−10

2. Emisi sinar-γ terjadi saat inti yang berada pada tingkat tereksitasi, meluruh ke

tingkat yang lebih rendah.

Ni2860 * → Ni28

60 + γ

3. Inti yang kaya proton, dapat meluruh dalam 3 bentuk, yaitu:

(i) mengemisikan partikel α ( He24 ) contoh: Th90

232 → Ra88228 + He2

4

(ii) mengemisikan positron ( e10 +) contoh: F9

18 → O818 + e1

0 + + v

(iii) menangkap elektron contoh: U92231 + e−1

0 → Pa91231

Bentuk-bentuk peluruhan

Sumber Radioaktif

Energi radioaktivitas mendorong terjadinya

geyser dan erupsi gunung berapi

Bahaya radiasi dinyatakan dalam REM, dosis radiasi yang mematikan dimulai

dari 500 REM (persentase kematian sebesar 50 % bila terpapar dalam waktu

singkat). Radiasi dari sumber alami atau pengobatan biasanya kurang dari 1

REM (sering dinyatakan dalam milirem; 1/1000 REM)

Radiasi yang dihasilkan oleh aktvitivas radioaktif dapat membahayakan mahluk

hidup

4. Aplikasi Isotop Radioaktif

Isotop Kegunaan

Kalsium-47 Mempelajari pembentukan tulang pada mamalia

Kalifornium-252 Menginspeksi peledak dalam tas penumpang pesawat

Hidrogen-3 Untuk ilmu pengetahuan dan mempelajari metabolisme obat

untuk memastikan keamanan obat

Iodin-131 Diagnosa dan pengobatan kelenjar tiroid

Iridium-192 Tes kebocoran pipa

Talium-201 Kardiologi dan deteksi tumor

Xenon-133 Mempelajari ventilasi paru-paru dan aliran darah

Karbon-14 Memperkirakan umumr fosil atau benda bersejarah

• Isotop karbon-14 bersifat radioaktif, kelimpahan 1/1000000 dari total

karbon di atmosfer.

• Tanaman menyerap karbon-14dimakan oleh hewan dan mahluk

hidup lain semuanya memiliki karbon-14

• Karbon-14 memiliki waktu paruh 5730 tahun (dalam 5730 tahun,

setengah karbon-14 akan meluruh, sisanya akan meluruh 5730

tahun kemudian)

• Aktivitas radioaktif dari fosil digunakan untuk menentukan umur fosil

tersebut disebut penanggalan karbon-14

William F. Libby

mengembangkan penanggalan

karbon-14

5. Reaksi Inti

Reaksi Inti ada dua jenis, yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi

Fisi nuklir adalah pembelahan inti atom (dipelajari pertama kali oleh Otto Hahn dan Fritz Strassmann tahun 1938)

Pada inti terdapat dua gaya: gaya tarik-menarik yang kuat antar nukleon (biasanya paling dominan), dan gaya tolak-menolak listrik antar proton

Neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi uranium-235 dapat memicu

reaksi fisi berikutnya reaksi berantai

Reaksi fisi hanya terjadi

pada uranium-235 (0.7%

dari total bijih uranium)

yang radioaktif. Bila

neutron diserap oleh

uranium-238 yang tidak

radioaktif atau oleh

unsur lainnya, maka

reaksi berantai akan

berhenti.

Unsur radioaktif memiliki massa kritis. Massa radioaktif > massa

kritis ledakan

Pengaruh geometri, nisbah luas permukaan terhadap massa lebih

besar pada unsur radioaktif yang dipotong kecil-kecil dibandingkan

dalam bentuk bongkah besar

Contoh, bila dua potong kecil uranium-235 yang massanya lebih

kecil dari massa kritis (disebut subkritis) digabung, menghasilkan

nisbah luas permukaan terhadap massa lebih kecil menimbulkan

ledakan, contohnya bom fisi nuklir Hiroshima, Jepang 1945.

Peledak digunakan untuk mendorong bongkah subkritis memasuki selongsong agar kedua subkritis bertumbukan Radioaktif sumber neutron

Bongkah subkritis uranium

Reaktor fisi nuklir mengubah energi nuklir (inti) menjadi energi listrik

Bahan bakar: uranium-238 ditambah 3% uranium-235 (komposisi yang tidak

menimbulkan ledakan)

Fisi nuklir memiliki beberapa kelemahan:

Menghasilkan limbah radioaktif

Penggunaan sumber 235U yang besar, sementara kelimpahannya sedikit

Massa radioaktif tidak boleh melebihi massa kritis

Fusi nuklir, yaitu penggabungan inti-inti atom. Dapat mengatasi kelemahan

fisi nuklir

Energi dihasilkan saat atom-atom kecil bergabung (fusi)

• Agar reaksi fusi terjadi, inti harus bergerak dengan kecepatan tinggi saat

tumbukan terjadi untuk mengatasi gaya tolakan listriknya.

• Kecepatan tinggi = suhu tinggi (= suhu pada inti matahari)

• Fusi termonuklir, adalah reaksi fusi yang berlangsung pada suhu tinggi

• Suhu saat bom atom meledak = 4-5 kali suhu matahari bom

termonuklir dikembangkan bom hidrogen (hasil reaksi fusi) diledakkan

tahun 1952

• Reaksi fusi tidak tergantung pada massa kritis

• Sinar laser dapat digunakan untuk mengatasi kelemahan reaksi fusi yang

membutuhkan energi tinggi (dapat melelehkan wadah reaksi).

Soal Latihan

1. Uranium memiliki beberapa bentuk isotop, salah satunya adalah U92235 .

Tentukan jumlah proton, neutron, dan elektron dalam isotope tersebut!

2. Berapakah jumlah elektron yang terdapat pada:

a. kulit ke-3

b. atom dengan kulit terluar 3p yang terisi penuh

3. Lengkapilah reaksi peluruhan berikut ini:

a. Es99253 + He2

4 → Es99251 + ……… → Cf?

251 + e10 +

b. Am95243 + 𝑛0

1 → Cm? 244 + ……… + γ

4. Jelaskan perbedaan antara reaksi fisi dan fusi!

5. Sebutkan penerapan-penerapan dari proses peluruhan inti (radioaktivitas)!