Download - Buku Kimia (Inun)
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
1/17
271
Uranium-235 membelah menjadi dua inti yang lebih kecil, ada energy yang dilepaskan.
Mari kita perkirakan besarnya energy ini. Selisih antara energi ikatan dari reaktan dan
produk adalah ( ) ( ) atau ( )per inti uranium-235. Untuk 1 mol uranium-235, energy yang dilepas adalah
( )( ) atau ( ).Ini merupakan reaksi yang sangateksotermik, terutama jika dibandingkan dengan kalor pembakaran 1 ton batu bara yang
hanya sekitar ( ).
Ciri penting dari fisi uranium-235 bukan saja besarnya jumlah energy yang dilepaskan,
tetapi juga kenyataan bahwa lebih banyak neutron yang dihasilkan dibandingkan dengan
yang semula ditangkap dalam prosesnya. Sifat ini memungkinkan berlangsungnya reaksi
rantai inti, yaituserangkaian serangkaian reaksi fisi inti yang dapat berlangsung sendiri
tanpa bantuan. Neutron yang dihasilkan selama tahap awal dari fisi dapat mengakibatkan
terjadinya fisi dalam inti uranium-235 lain, yang selanjutnya menghasilkan neutron lebih
banyak, dan seterusnya. Dalam kurang dari satu detik, reaksi dapat menjadi tak terkendali,
membebaskan banyak sekali kalor yang ke lingkungan.
Gambar 21.8 menunjukkan dua jenis reaksi fisi. Agar reaksi dapat terjadi, harus ada
cukup uranium-235 dalam sampel untuk menangkap neutron. Jika tidak, banyak neutron
akan lari dari sampel dan reaksi rantai tidak akan terjadi, seperti dijelaskan oleh Gambar
21.8(a). Dalam situasi ini, massa sampel disebut sebagai massa subkritis. 21.8(b)
menunjukkan apa yang terjadi bila jumlah material yang terfisikan sama atau lebih besar
dibandingkan massa kr it is, yakni massa minimum material terfisikan yang diperlukan
(a) (b)
Gambar 21.8 Dua jenis fisi inti. (a) Jika massa dari U-235 adalah massa yang subkritis, tidak terjadi reaksi rantai.
Banyak neutron yang dihasilkan akan lepas ke lingkungan. (b) Jika tersedia massa kritis, banyak neutron yang
dipancarkan selama proses fisi akan ditangkap oleh inti U-235 lain. Diatas massa kritis, reaksi rantai akan terjadi.
Gambar 21.6Fisi inti
dari U-235. Ketika inti
U-235 menagkap satu
neutron (titik merah), ia
mengalami fisi
mengahasilakan duainti yang lebih kecil.
Rata-rata dipancarkan
2,4 neutron untuk setiap
inti U-235 yang
membelah
.
Gambar 21.7
Rendemen relatife
produk yang dihasilkan
dari fisi U-235, sebagai
fungsi nomor massa.
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
2/17
272
Gambar 21.9 skema
penampang melintangsebuah bom atom. Bahan
peledak TNT adalah yang
pertama mulai. Ledakan ini
mendorong bagian-bagian
dari bahan yang terfisikan
untuk bersama-sama
membentuk jumlah yang
lebih besar dibandingkan
massa kritis.
Di Eropa, reactor nuklir
menyediakan sekitar 40
persen dari konsumsi
energi listrik.
untuk membangkitkan reaksi rantai inti yang dapat berlangsung sendiri. Dalam kasus
ini, sebagian besar neutron akan menagkap inti uranium-235, dan reaksi rantai akan
terjadi.
Bom Atom
Penerapan pertama kali fisi inti ialah dalam pengembangan bom atom. Bagaimanabom seperti ini dibuat dan diledakkan? Faktor krusial dalam rancangan bom atom ini
ialah penentuan massa kritis untuk bom itu. Satu atom yang kecil yang setara dengan
20.000 ton TNT (trinitrotoluena). Karena 1 ton TNT membebaskan sekitar energi, maka 20.000 ton akan menghasilkan . Sebelumnya kita sudah lihatbahwa 1 mol (235 g) Uranium-235 membebaskan energi ketika mengalamifisi. Jadi, massa isotop yang ada dalam satu bom kecil sekurang-kurangnya
Untuk alasan yang jelas, bom atom tidak pernah dirakit dengan massa kritis yang telah
ada. Namun massa kritis ini dibentuk dengan menggunakan bahan peledak
konvensional, seperti TNT, untuk memaksa bagian-bagian terifisikan ( fissionable
section) menjadi bersatu, seperti diperlihatkan oleh Gambar 21.9. Neutron dari sumber
dibagian tengah alat akan memicu reaksi rantai inti. Uranium-235 adalah bahan
terfisikan dalam bom yang dijatuhkan di Hiroshima, Jepang, pada tanggal 6 Agustus
1945. Plutonium-239 digunakan dalam bom yang meledak di Nagasaki tiga tahun
kemudian. Reaksi fisi yang timbul dalam kedua kasus ini sama, demikian juga daya
rusaknya.
Reaktor Nuklir
Suatu penerapan damai tetapi kontroversial dari fisi inti ialah pembangkit listrik
menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi rantai terbatas yang dilakukan dalam
suatu reaktor nuklir. Saat ini, reaktor nuklir menyediakan sekitar 20 persen energy
listrik di Amerika Serikat. Ini memang kecil tetapi cukup berkontribusi pada produksi
energi negara ini. Ada beberapa jenis reaktor nuklir yang sekarang beroperasi; kita
akan membahas secara ringkas tiga diantaranya, berikut keunggulan dan
kelemahannya.
Reaktor Ai r Ringan
Sebagian besar reactor nuklir di Amerika Serikat adalah reaktor air ringan (lightwater reactor). Gambar 21.10 menunjukkan diagram reaktor seperti ini, dan Gambar
21.11 memperlihatkan proses pengisian bahan bakar dalam teras (core) reaktor
nuklir.
Satu aspek penting dari proses fisi ialah kecepatan neutron. Neutron lambat
membelah inti Uranium-235 lebih efisien dibandingkan yang cepat. Karena reaksi fisi
sangat eksotermik, neutron yang dihasilkan biasanya bergerak dengan kecepatan
tinggi. Agar efisiensinya tinggi, mereka harus dilambatkan sebelum dapat digunakan
untuk menimbulkan peluruhan inti. Untuk mencapai tujuan ini, ilmuan menggunakan
moderator , yaitu zat yang dapat mengurangi energi kinetik neutron. Sebuah
moderator yang baik harus memenuhi beberapa syarat: Zat ini harus tidak beracun dantidak mahal (karena diperlukan dalam jumlah yang sangat banyak); dan zat ini tidak
boleh berubah menjadi zat radioaktif akibat pemborbardiran neutron. Selain itu zat
moderator sebaiknya berwujud agar dapat digunakan sebagai pendingin (coolant).
Tidak ada satu zat yang dapat memenuhi semua persyaratan ini, meskipun air paling
mendekati persyaratan ini jika dibandungkan dengan zat lain. Reaktor inti yang
menggunakan air ringan ()sebagai moderator dinamakan reactor air ringan karena adalah isotop yang paling ringan dari unsur hidrogen.
Bahan bakar nuklir terdiri atas uranium, biasanya dalam bentuk oksidanya, (Gambar 21.12) Uranium alami mengandung sekitar 0,7 persen isotop Uranium-235,
suatu
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
3/17
273
Gambar 21.10Skema suatu reaktor fisi inti.Proses fisi dikendalikan oleh batang kadmium atau boron. Kalor
yang ditimbulkan oleh proses inid digunakan untuk menghasilkan uap air guna membangkitkan listrik melalui sistem
penukar kalor.
konsentrasi yang terlalu rendah untuk mempertahankan reaksi rantai antara skala kecil.Supaya reaktor air ringan bekerja secara efektif, Uranium -235 harus diperkaya sampai
konsentrasinya mencapai 3 atau 4 persen. Pada berdasarnya, perbedaan utama antara bom
atom dan reactor nuklir adalah reaksi rantai yang berlangsung dalam reaktor nuklir tetap
terkendali setiap saat. Faktor pembatas laju reaksinya ialah banyaknya neutron yang ada.
Ini dpat dikendalikan dengan menurunkan jumlah batang kadmium atau boron di antara
unsur-unsur bahan bakar. Batang-batang ini menangkap neutron sesuai dengan persamaan
dimana menyatakan sinar gamma. Tanpa batang pengendali, teras reaktor akan melelehakibat kalor yang timbul dan melepaskan bahan radioaktif ke lingkungan.
Reaktor nuklir mempunyai system pendingin yang cukup canggih yang menyerap
kalor yang dilepaskan oleh reaksi inti dan mengalihkannya ke pusat reaktor. Lalu
digunakan untuk menghasilkan cukup uap air guna menggerakkan generator listrik.
Dalam hal ini, pembangkit tenaga nuklir mirip dengan pembangkit tenaga konvensional
yang membakar bahan bakar fosil. Dalam kedua kasus ini, diperlukan banyak air
pendingin untuk mengembunkan uap air yang akan digunakan kembali. Jadi kebanyakan
pembangkit tenaga nuklir dibangun didekat sungai atau danau. Sayangnya, metode
pendinginan ini mengakibatkan pencemaran termal(lihat Subbab 13.4).
Reaktor Ai r Berat
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
4/17
274
Satu jenis reaktor nuklir lain menggunakan , atau air berat, sebagai moderator, danbukan . Deuterium menyerap neutron jauh kurang efisien dibandingkan hidrogenbiasa.
Plutonium-239
membentuk plutonium
oksida, yang mudah
dipisahkan dari
uranium.
Gambar 21.13 Nyala
merah isotop radioaktif
plutonium-239. Warna
jingga adalah karena
kehadiran oksidanya.
Karena neutron yang diserap lebih sedikit, reaktor ini lebih efisien dan tidak
memerlukan uaranium yang diperkaya. Kenyataan bahwa deuterium adalah moderator
yang kurang efisien memberikan dampak negatif pada kerja reaktor, sebab lebih
banyak neutron yang bocor dari reaktor . Namun, ini bukan kelemahan yang serius.
Keuntungan utama reaktor berat ialah bahwa reaktor ini tidak membutuhkan
sarana pengayaan uranium mahal. Akan tetapi, harus disiapkan bisa lewat distilasibertingkat satu atau lewat elektrrolisis air biasa, yang mahal karena banyaknya air
yang diperlukan dalam reaktor nuklir. Di negara yang tenaga hidroelektriknya
melimpah, biaya produksi lewat lektrolisis bisa sangat murah. Sekarang, kanadaadalah satu-satunya negara yang berhasil menggunakan reaktor nuklir air berat.
Kenyataan bahwa tidak diperlukannya pengayaan uranium untuk reaktor air berat
membuat suatu negara bisa menikmati keuntungan energi nuklir tanpa dikait-kaitkan
dengan teknologi persenjataan.
Reaktor Pembiak(Breeder Reactor)
Reaktor pembiak (Breeder Reactor)menggunakan bahab bakar uranium, tetapi
seperti reactor nuklir konvensional, reactor ini mengahsilkan bahan terfisikan lebih
banyak daripada yang digunakan.
Kita mengetahui bahwa bila uranium-238 dibombardir dengan neutron cepat,reaksi seperti ini berlangsung:
Dengan cara ini, uranium-238 yang tak terfisikan dimutasikan menjadi isoitop
plutonium-239 yang terfisikan ( Gambar 21.13).
Dalam reaktor pembiak, bahan bakar nuklir yang mengandung uranium-235
(atau plutonium-239) yang mengalami fisi,lebih dari satu neutron ditangkap olehuranium-238 untuk menghasilkan plutonium-239. Jadi, tumpukan bahan terfisikan
dapat terus meningkat sewaktu bahan bakar nuklir mulai dikonsumsi. Diperlukan 7
sampai 10 tahun untuk menghasilkan jumlah bahan yang cukup untuk mengisi ulang
reaktor asli dan mengisi bahan bakar reaktor lain yang ukurannya sama. Interval ini
dinamakan waktu penggandaan (doubling time).
Isotop lain yang fertil ialah Jika menagkap neutron lambat, torium
ditransmutasikan menjadi uranium-233 yang seperti uranium-235, adalah isotop
terfisikan:
Uranium-233 cukup stabil untuk disimpan lama.
Meskipun uranium-238 dan torium-232 dalam kerak bumi relative melimpah
(masing-masing 4 ppm dan 12 ppm berdasarkan massa), kemajuan perkembangan
reaktor pembiak sangat lamban. Sampai sekarang, Amerika Serikat tidak memiliki satu
pun reactor pembiak yang beroperasi, dan hanya beberapa yang dibangun di negara lain
seperti Prancis dan Rusia. Satu masalahnya ialah biaya; pembangunan reaktor pembiak
lebih mahal dibandingkan dengan reaktor konvensional. Ada juga kesulitan yang lebih
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
5/17
275
teknis yang berkenaan dengan pembangunan reaktor seperti ini. Akibatnya, masa depan
reaktor pembiak ,setidaknya di Amerika Serikat, agak tidak jelas.
Bahaya Energi Nukli r
Banyak orang termasuk pencinta lingkungan, memandang fisi inti sebagai cara pembangkit
energi yang sangat tidak diinginkan. Produk fisi seperti Strontium-90 adalah isotop
radioaktif berbahaya dengan waktu paruh yang panjang. Plutonium-239, digunakan sebagai
bahan bakar nuklir dan diproduksi dalam reaktor pembiak , adalah salah satu zat paling
beracun yang diketahui. Zat ini merupakan pemancar sinar alfa dengan waktu paruh 24.400
tahun.
Kecelakaan, juga menghadirkan banyak bahaya. Kecelakaan di reaktor Three Mile
Island di Pennsylavia tahun 1979 adalah kejadian pertama yang mengungkap bahaya
potensial dari pembangkit tenaga nuklir ke hadapan public. Dalam musibah ini, sangat
sedikit radiasi keluar dari reaktor tetapi pembangkit tenaga itu tetap ditutup selama lebih dari
satu dasawarsa sementara perbaikan dilakukan dan masalah pengamanan diatasi. Hanya
beberapa tahun kemudian, pada tanggal 26 April 1986, reaktor nuklir di Chernobyl, Ukraina,
lepas kendali. Kebakaran dan ledakan telah melepas banyak bahan radioaktif ke lingkungan.
Orang yang bekerja di dekat sarana ini meninggal dalam beberapa minggu akibat terkena
radiasi yang keras. Efek jangka panjang dati tumpahan radioaktif akibat kecelakaan ini
masih belum jelas evaluasinya, meskipun pertanian dan peternakan jelas terpengaruh oleh
tumpahan ini. Banyaknya kematian karena kanker akibat kontaminasi radiasi diperkirakan
antara beberapa ribu hingga lebih dar 100.000 orang.Selain resiko kecelaan, masalah pembuangan limbah radioaktif belum dipecahkan
dengan memuaskan bahkan di pembangkit nuklir yang beroperasi dengan aman. Banyak
saran telah dikemukakan mengenai penyimpanan dan pembuangan limbah nuklir, termasuk
pengguburan dibawah dasar laut, dan penyimpanan dalam lapisan geologi yang dalam.
Namun, tidak satupun tempat yang terbukti aman untuk jangka panjang. Misalnya,
kebocoran limbah radioaktif ke air tanah dapat membahayakan komunitas didekatnya.
Tempat pembuangan yang ideal tampaknya adalah matahari (dengan radiasi sedikit saja tidak
akan merugikan energi yang dipancarkan matahari) tetapi jenis operasi seperti ini
memerlukan teknologi luar angkasa yang keandalannya 100%.
Mengingat bahayanya, masa depan reaktor nuklir sangat tidak cerah. Apa yangsemula dianggap sebagai pemecahan terbaik bagi kebutuhan akan energi abad ke-21
sekarang diperdebatkan dan dipertanyakan oleh kalangan ilmuan dan orang awam.
Tampaknya kontroversi ini akan berlanjut untuk sementara waktu.
21.6 Fusi Inti
Berlawanan dengan proses fisi inti, fusi inti (nuclear fusion),yaitu penggabungan inti kecil
menjadi inti yang lebih besar, tampaknya bebas dari masalah pembuangan limbah.
Gambar 21.2 menunjukkan bahwa unsure yang paling ringan, stabilitas inti
meningkat dengan meningkatnya nomor massa. Perilaku ini memperlihatkan bahwa jika dua
inti ringan bergabung atau berfusi membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak
energi yang akan dilepas dalam prosesnya. Ini merupakan dasar bagi penelitian pemakaian
fusi inti untuk produksi energi.
Fusi inti terjadi terus- menerus di matahari (Gambar 21.14). Matahari terutama terdiri
atas hidrogen dan helium. Di bagian dalamnya, dimana suhu mencapai sekitar 15 juta derajat
Celcius, reaksi fusi berikut ini dipercaya terjadi:
Karena reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi , reaksi ini sering dinamakan
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
6/17
276
reaksi termonuk li r.
Reaksi Fusi
Pertimbangan utama dalam pemilihan proses fusi inti yang tepat dalam pembangkit energi
ialah suhu yang diperlukan untuk melaksanakan proses tersebut. Beberapa reaksi yang
menjanjikan ialah
Reaksi Energi yang dilepaskan
H21 + H2
1 H3
1 + H1
1 6,3 x 10-
J
H21 + H3
1 He4
2 + n1
0 2,8 x 10-
J
Li63 + H2
1 He4
22 3,6 x 10-
J
Reaksi-reaksi ini berlangsung pada suhu yang sangat tinggi, sekitar 100 juta derajat Celcius,
untuk mengatasi gaya tolakan diantara inti-inti. Reaksi pertama sangat menarik karena
pasokan deuterium di dunia hampir-hampir tidak terbatas. Volume total air di Bumi adalah
sekitar 1,5 x L. Karena kelimpahan alami deuterium adalah 1,5 x persen, makajumlah total deuterium yang ada adalah sekitar 4,5 x g, atau 5,0 x ton. Biayapembuatan deuterium sangat rendah bila dibandingkan dengan dari energi yang dilepaskan
oleh reaksi ini.
Berlawanan dengan proses fisi, fusi inti tampaknya merupakan sumber energi yang
sangat menjanjikan, setidaknya di atas kertas. Meskipun pencemaran termal mungkin bisa
menjadi masalah, fusi mempunyai beberapa keuntungan: (1) Bahan bakar murah dan nyaris
tak terbatas dan (2) prosesnya menghasilkan limbah radioaktif yang sedikit. Jika mesin fusi
dimatikan, mesin ini akan benar-benar mati dan dalam sekejap, tanpa bahaya meleleh.
Jika fusi inti begitu hebat, mengapa tidak satupun reaktor fusi yang menghasilkan
energi? Sekali kita menguasai ilmu pengetahuan untuk merancang reaktor seperti ini, kesulitan
teknis masih belum terpecahkan. Masalah dasarnya ialah mencari cara untuk menahan agar
inti-inti tetap bersama dalam jangka waktu lama, dan pada suhu yang cocok, agar fusi terjadi.
Pada suhu sekitar 100 juta Celcius, tidak ada molekul yang bertahan, dan sebagian besar atau
semuanya atom akan melepaskan elektronnya. Keadaan materiini, campuran gas antara ion
positif dan elektron, disebut plasma. Menacari wadah untuk menampung plasma ini sangatlah
sulit. Wadah padat apa yang dapat bertahan pada suhu seperti itu? Tidak ada, kecuali jumlah
plasmanya sedikit; tetapi kemudian permukaan padatnya akan segera mendinginkan sampel
dan mematikan reaksi fusi. Satu pendekatan untuk memecahkan masalah ini ialah
menggunakan wadah magnetik.Karena plasma terdiri atas partikel bermuatan yang bergerak
dengan kecepatan tinggi, medan magnet akan menimbulkan gaya kepada plasma.
Sebagaimana ditunjukkan oleh oleh gambar 21.15, plasma bergerak melalui sebuah
terowongan berbentuk donat, yang diberi sungkup oleh suatu medan magnet yang kompleks.
Jadi, plasma tidak pernah bersentuhan dengan dinding wadah.Rancangan menjanjikan lain ialah menggunakan laser berenergi tinggi untuk
mengawali reaksi fusi. Dalam uji coba, sejumlah berkas laser mentransfer energi ke sebuah
pelet bahab-bakar berukuran kecil, memanaskannya dan mengakibatkan implosi, artinya
meledak ke arah dalam dari semua sisi dan kemudian mengalami kemampatan volume
menjadi kecil (Gambar 21.16). Akibatnya, terjadilah fusi. Seperti kesulitan pembutan sungkup
magnetik, fusi laser menghadirkan kesulitan teknis yang masih perlu diatasi sebelum teknik ini
dapat di wujudkan dalam skala besar.
Bom HidrogenMasalah teknis yang selalu ada dalam perancangan reaktor fusi inti tidak mempengaruhi
produksi bom hydrogen, dinamakan juga sebagai bom termonuklir. Dalam kasus ini tujuannya
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
7/17
277
ialah semata-mata tenaga dan tak perlu pengendalian. Bom hydrogen tidak mengandung gas
hydrogen atau gas deuterium; bom ini mengandung padatan litium deuterida (LiD), yang
dapat dikemas sangat rapat. Peledak bom hidrogen terjadi dalam dua tahap mula-mula reaksi
fisi dan kemudian reaksi fusi. Suhu yang diperlukan untuk fusi dicapai dengan bom atom.
Segera setelah bom atom meledak, reaksi fusi berikutnya terjadi,membebaskan banyak
energy (Gambar 21.17):
Tidak ada massa kritis dalam bom fusi, dan gaya ledakan terbatas hanya pada jumlah
Gambar 21.15
Rancangan
sungkup plasma
magnetik yang
dinamakan
tokamak.
Gambar 21.16
Reaksi fusi skala
kecil ini
diciptakan di
LawranceLivemore National
Laboratory dengan
menggunakan
laser yang paling
kuat di dunia,
Nova.
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
8/17
278
reaktan yang ada. Bom termonuklir digambarkan sebagai lebih bersih dibandingkan bom
atom sebab isotop radioaktif yang dihasilkannnya hanya tritium, yaitu pemancar partikel-lemah (
tahun), dan produk-produk dari starter fisi. Bagaimana pun, pengaruh
buruknya terhadap lingkungan dapat diperparah apabila dalam pembangunannya disertakan
Gambar 21.17
Ledakan dari bom
termonuklir.
bahan-bahan tak terfisikan seperti kobalt. Setelah dibombardir dengan neutron, kobalt-
59 berubah menjadi kobalt-60, yaitu pemancar sinar yang sangat kuat dengan waktu
paruh 5,2 tahun. Keberadaan isotop radioaktif kobalt dalam debris atau jatuhan dariledakan termonuklir akan fatal bagi mereka yang selamat dari ledakan pertama.
21.7 Penggunaan Isotop
Isotop radioaktif dan stabil banyak diterapkan dalam ilmu pengetahuan dan pengobatan.
Kita telah membahas penggunaan isotop dalam penarikan benda purbakala (subbab
21.3). Dibagian ini kita akan membahas beberapa contoh lagi.
Penetapan StrukturRumus ion tiosulfat ialah . Selama bertahun-tahun kimiawan merasa tidak pastiapakah kedua atom sulfur menempati posisi yang setara dalam ion ini. Ion tiosulfat
dibuat dengan mereaksikan ion sulfat dengan sulfur:
() () ()
Ketika tiosulfat direaksikan dengan asam encer, reaksinya berbalik. Ion sulfit terbentuk
kembali dan unsur sulfur mengendap:
() () ()
(21.2)
Jika urutan ini dimulai dengan unsur sulfur yang diperkaya dengan isotop sulfur-35
radioaktif, isotop ini bertindak sebagai label bagi atom S. Semua label dijumpai dalam
endapan sulfur dalam persamaan (21.2); tidak satu pun muncul dalam ion sulfit akhir.
Maka jelaslah bahwa kedua atom sulfur dalam secara struktural tidak setara,seperti jika strukturnya
[ ]
JIka tidak, isotop radioaktif akan ada dalam unsur sulfur mengendap maupun dalam ionsulfit. Berdasarkan hasil penelitian dengan spektroskop, kita sering mengetahui bahwa
struktur ion tiosulfat ialah
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
9/17
279
Pengkajian fotosintesis juga kaya akan penerapan isotop. Reaksi fotosintesis keseluruhan
dapat digambarkan sebagai
Isotop C14 radioaktif telah membantu menetapkan lintasan karbon dalam fotosintesis.
Dimulai dengan 214CO kita dapat mengisolasi produk antara selama fotosintesis dan
mengukur banyaknya radioaktivitas dari setiap senyawa yang mengandung karbon.
Dengan cara ini, lintasan mulai dari melalui berbagai senyawa antara sampaikarbohidrat dapat di petakan dengan jelas. Isotop, terutama isotop radioaktif yangdigunakan untuk merunut lintasan atom suatu unsur dalam suatu proses kimia atau
biologi dinamakan perunut (tracer).
Isotop dalam Kedokteran
Perunut juga digunakan dalam untuk diagnosis dalam kedokteran. Natrium-24 (
pemancar dengan waktu paruh 14,8 jam) yang disuntikkan kedalam aliran darahsebagai larutan garam dapat dipantau untuk merunut aliran darah dan mendeteksi
kemungkinan penyumbatan atau penyempitan dapat dideteksi dengan cara memberi
minum pasien suatu larutan yang mengandung sejumlah tertentu dan mengukurradioaktivitas tepat diatas tiroid untuk melihat apakah iodin diserap dengan laju normal.
Tentu saja, banyaknya radioisotop yang digunakan dalam tubuh manusia harus tetap
kecil; jika tidak pasien dapat menderita kerusakan permanen akibat radiasi berenergi
tinggi. Isotop radioaktif lain dari iodin, yaitu iodine-123 ( pemancar sinar-), digunakanuntuk menangkap citra otak (Gambar 21.18).
Teknetium ialah salah satu unsur yang paling bermanfaat dalam pengobatan nuklir.
Walaupun teknetium merupakan logam transisi, semua isotopnya radioaktif. Di
labolatorium, unsure ini dibuat dengan reaksi inti
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
10/17
280
Gambar 21.19 Skema sebuah
pencacah Geiger. Radiasi
( ) yangmasuk lewat jendela
mengionisasi gas argon untuk
membangkitkan aliran arus
kecil diantara kedua elektroda.
Arus ini dikuatkan dandigunakan untuk memancarkan
cahaya atau mengoperasikan
pencacah dengan bunyi klik.
di mana superskrip menyatakan bahwa isotop teknetium-99 dihasilkan dalamkeadaan inti tereksitasi. Isotop ini mempunyai waktu paruh sekitar 6 jam, meluruh
akibat radiasi menjadi teknetium-99 dalam keadaan dasar intinya. Jadi, isotop inimerupakan alat diagnostik yang berguna. Pasien diberi minum atau atau disuntik
dengan larutan yang mengandung . Dengan mendeteksi sinar yang dipancarkan oleh , dokter mendapat gambaran organ seperti jantung, hati,daan paru.
Keuntungan utama dari penggunaan isotop radioaktif sebagai perunut ialah
karena isotop tersebut mudah dideteksi. Meskipun dalam jumlah kecil,
keberadaannya dapat dideteksi lewat teknik fotografi atau dengan alat yang disebutpencacah (counter). Gambar 21.19 menunjukkan skema sebuah pencacah Geiger,
yaitu instrumen yang banyak digunakan dalam penelitian ilmiah dan labolatorium
medis untuk mendeteksi radiasi.
21.8 Dampak Biologis dari Radiasi
Di bagian ini kita akan membahas secara ringkas efek radiasi pada sistem biologis.
Akan tetapi, pertama-tama kita definisikan ukuran radiasi secara kuantitatif .
Satuan dasar dari radioaktivitas ialah curie (Ci); 1 Ci tepat sama dengan 3,70 x
disintegrasi (peluruhan) inti per detik. Laju peluruhan ini setara denganpeluruhan 1 g radium. Satu milicurie (mCi) ialah seperseribu curie. Jadi, 10 mCi
dari sampel karbon-14 ialah kualitas yang mengalami
(10 x)(3,70 x)
disintegrasi perdetik. Intensitas radiasi bergantung pada banyaknya disintegrasi
serta pada energi dan jenis radiasi yang dpancarkan. Satu satuan yang umum
digunakan untuk dosis radiasi yang diserap ialah rad ( Radiation Absorbed Dose),
yaitu banyaknya radiasi yang menghasilkan penyerapan 1 x J per grammateri yang diradiasi. Efek biologis dari radiasi bergantung pada bagian tubuh
yang diradiasi dan jenis radiasi. Dengan alasan ini, rad sering dikalikan dengan
sebuah factor yang dinamakan RBE ( Relevative Biological Effectivenes). Hasil
kalinya dinamakan rem ( Roentgen Equivalent for Man ):
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
11/17
281
1 rem = 1 rad x 1 RBE
Dari ketiga jenis radiasi inti, partikel biasanya mempunyai daya tembus palingrendah. Partikel beta mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada partikel ,Tetapi lebih kecil bila dibandingkan daya tembus sinar- . Sinar gammamempunyai panjang gelombang
yang sangat pendek dan energy tinggi. Selain itu, karena sinar gamma tidak
mempunyai muatan maka sinar ini tak dapat dihentikan oleh materi pengalang
seperti yang mudah dilakukan untuk partikel dan . Bagaimanapun, jikapemancar atau masuk kedalam tubuh, efek merusaknya semakin besarkarena organ terus-terus disinari oleh radiasi yang merusak dalam jarak dekat.
Contohnya, Strontium-90, suatu pemancar , dapat menggantikan kalsiumtulang, dimana kerusakan hebat akan timbul.
Tabel 21.6 memuat rata-rata banyaknya radiasi yang diterima seorang
Amerika setiap tahun. Perlu ditekankan bahwa pemaparan (exposure) jangka
pendek pada radiasi, dengan dosis 50-200 rem akan mengakibatkan penurunan
jumlah sel darah putih dan komplikasi lain, sementara dosis 500 rem atau lebih
besar dapat mengakibatkan kematian dalam hitungan minggu. Standar
keamanan saat ini mengizinkan pekerja nuklir terpapar tidak lebih dari 5 rem
per tahun dan menentukan maksimum 0,5 rem dari radiasi buatan per tahun
untuk khalayak umum.
Dasar kimia dari kerusakan radiasi ialah radiasi ionisasi. Radiasi dari
partikel dan atau sinar- dapat mengambil elektron dari atom dan molekulyang terlewati olehnya, mengakibatkan pembentukan ion dan radikal. Sebagai
contoh, ketika air diradiasi dengan sinar , reaksi berikut akan berlangsung:
Radikal hidroksil
Elektron ( dalam bentuk terhidrasi) dapat bereaksi dengan air atau dengan ion
hidrogen untuk membentuk hidrogen atom, dan dengan oksigen membentuk
ion superoksida, (suatu radikal):
Di dalam jaringan, ion superoksida dan radikal lain menyerang membran sel
dan inang senyawa organic, seperti molekul enzim dan DNA. Senyawa organic
sendiri dapat langsung terionisasi dan dihancurkan oleh radiasi berenergi tinggi.
Telah lama diketahui bahwa pemaparan pada radiasi berenergi tinggi
dapat menyebabkan timbulnya kanker pada manusia dan hewan lain. Ciri-ciri
kanker adalah pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Sebaliknya, juga telah
diketahui bahwa sel kanker dapat dihancurkan lewat pengobatan radiasi yang
benar. Dalam terapi radiasi, harus ada kompromi. Radiasi yang digunakan
untuk pasien harus cukup untuk merusak sel kanker tanpa membunuh terlalu
banyak sel normal dan, diharapkan, tanpa menimbulkan bentuk kanker lain.
Tabel 21.6 Rata-rata Dosis Radiasi Tahunan untuk Orang
Amerika
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
12/17
282
Sumber Dosis (mrem/ thn)*
Sinar kosmik 20-50
Bumi dan sekeliling 25
Tubuh manusi 26Sinar-X medis dan kedokteran gigi 50-70
Perjalanan udar 5Jatuhan dari uji senjata 5Limbah nuklir 2
Total 133-138
*1 mrem = 1 milirem = 1 x rem.Radioaktivitas dalam tubuh berasal dari makanan dan udara.
Kromosom ialah bagian
dari struktur sel yang
mengandung materi
genetik (DNA).
Radiasi yang merusak sistem biologis secara umum disebut sebagai radiasi somatik
atau genetik. Luka somatik ialah luka yang mempengaruhi organisme seumur
hidupnya. Sengatan matahari, kulit gatal merah, kanker, dan katarak adalah beberapacontoh luka somatic. Kerusakan genetik berarti perubahan yang diwariskan atau
mutasi gen. Contohnya, seseorang yang kromosomnya telah rusak atau berubah oleh
radiasi kemungkinan akan mempunyai keturunan yang cacat.
Ringkasan
Kimia inti ialah kajian mengenai perubahan-perubahan dalam inti atom. Perubahan ini
disebut reaksi inti. Peluruhan radioaktif dan transmutasi inti merupakan reaksi inti.
Untuk inti stabil bernomor atom rendah, perbandingan neutron terhadap
protonnya mendekati 1. Untuk inti stabil yang lebih berat, perbandingannya akan lebih
besar dari 1. Semua inti dengan 84 proton atau lebih dikatakan sebagai tidak stabil dan
radioaktif. Inti dengan nomor atom genap lebih stabil dibandingkan yang atomnya
ganjil. Ukuran kuantitatif untuk stabilitas inti ialah energy ikatan inti, yang dapat
dihitung apabila informasi mengenai cacat massa inti tersebut diketahui.
Inti radioaktif memancarkan partikel partikel , positron, atau sinar-Persamaan untuk suatu reaksi inti melibatkan pemancaran partikel, dan nomor massa
maupun nomor atomnya harus setara. Uranium-238 merupakan induk dari deret
peluruhan radioaktif alami. Sejumlah isotop radioaktif, seperti
dan
, dapatdigunakan untuk penarikan objek. Unsur radioaktif buatan diciptakan lewat
pemborbardiran unsure lain dengan neutron, proton, atau partikel yang dipercepat.Fisi inti ialah pembelahaan inti besar menjadi inti yang lebih kecil plus neutron.
Bila neutron ini ditangkap secara efisien oleh inti lain, reaksi rantai yang tak terkendali
dapat terjadi. Reaktor nuklir menggunakan kalor dari reaksi fisi inti yang terkendali
untuk membangkitkan tenaga. Tiga jenis reaktor yang paling penting ialah reaktor air
ringan, reaktor air berat, dan reaktor pembiak.
Fusi inti, jenis reaksi yang terjadi di matahari, ialah penggabungan dan inti
ringan membentuk satu inti berat. Fusi berlangsung hanya pada suhu yang sangat
tinggi- begitu tingginya sehingga fusi inti skala besar belum terlaksana hingga saat
ini.
Isotop radioaktif mudah dideteksi dan dengan demikian merupukan perunut
yang baik dalam reaksi kimia dan dalam praktik pengobatan. Radiasi berenergi tinggi
merusak sistem biologis karena menyebabkan ionisasi dan pembentukan radikal
reaktif.
Kata Kunci
Cacat massa 262
Deret peluruhan radioaktif
Fusi inti 275
Massa kritis 271
Plasma 276
Positron 259
Reaksi termonuklir 275
Reaktor pembiak 274
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
13/17
283
265
Energi ikatan inti 262
Fisi inti 270
Moderator 272
Nukleon 262
Reaksi inti 258
Reaksi rantai inti 271
Transmutasi inti 258
Unsur Transuranium 270
Pertanyaan dan Soal
Reaksi Inti
Pertanyaan Ulangan
21.1 Apa perbedaan reaksi inti dari reaksi kimia
biasa ?
21.2 Apa tahap-tahap dalam mensetarakan
persamaan inti ?
21.3 Apa perbadaan antara e01 dan 0
1 ?
21.4 Apa perbedaan antara elektron dan
positron ?Soal-soal
21.5 Lengkapi persamaan inti berikut dan
identifikasi X dalam setiap soal:
(a) Mg2612 + p1
1 4
2 + X
(b) Co5927 + H2
1 Co60
27 + X
(c) U23592 + n1
0 Kr94
36 + Ba139
56 + 3X
(d) Cr5324 + 4
2 n1
0 + X
(e)
O20
8 F20
9 + X21.6 Lengkapi persamaan inti berikut dan
identifikasi X dalam setiap soal:
(a) I13553 Xe135
54 + X
(b) K40
19 0
1 + X
(c) Co5927 + n1
0 Mn56
25 + X
(d) U23592 + n1
0 Sr99
40 + Te135
52 + X
Stabilitas Inti
Pertanyaan Ulangan21.7 Nyatakan aturan umum untuk meramalkan
stabilitas inti.
21.8 Apakah pita stabilitas ?
21.9 Mengapa isotop He2
2 tidak mungkin ada ?
21.10Definisikan energi ikatan inti, cacat massa,
dan nukleon.
21.11Bagaimana persamaan Einstein, E = m 2c ,
memungkinkan kita menghitung energi
ikat inti ?
21.12
Mengapa lebih baik menggunakan energiikatan inti per nukleon untuk
membandingkan stabilitas inti yang
berbeda ?
21.16Dalam setiap pasang isotop berikut, nyatakan
mana yang Anda harapkan radioaktif: (a) Ne2010
dan Ne17
10 , (b) Ca40
20 dan Ca45
20 , (c) Mo95
42 dan
Tc9243 , (d) Hg195
80 dan Hg196
80 , (e) Bi209
83 dan Cm242
96 .
21.17Diketahui
)(gH + )(gH )(2 gH H = -436,4 kJ
Hitung perubahan massa (dalam kg) permol 2H yang terbentuk.
21.18Perkiraan menunjukkan bahwa output energi
total dari matahari ialah 5 2610 J/s. Berapa
cacat massa matahari dalam kg/s ?
21.19Hitung energi ikatan inti (dalam J) dan energi
ikatan inti per nukleon dari isotop berikut: (a)
Li73 (7,01600 sma) dan (b) Cl35
17 (34,95952 sma).
21.20Hitunglah energi ikatan inti (dalam J) dan energi
ikatan inti per nukleon dari isotop berikut: (a)
He42 (4,0026 sma) dan (b) W18474 (183,9510 sma).
Radioaktifitas Alami
Pertanyaan Ulangan
21.21Jelaskanlah mengenai faktor-faktor yang
menyebabkan peluruhan inti.
21.22Berikan garis besar dari asas penarikhan materi
yang menggunakan isotop radioaktif.
Soal-soal
21.23
Isilah ruang kosong dalam deret peluruhanradioaktif berikut:
(a) Th232 Th228
(b) U232 Ac227
(c) Pa233
21.24Suatu zat radioaktif menjalani peluruhan sebagai
berikut:
Waktu (hari) Massa (g)
0 500
1 389
2 303
3 236
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
14/17
284
Soal-soal
21.13Jari-jari uranium-235 sekitar 7,0 x 10-3
pm.
Hitung kerapatan inti ini dalam g/cm3.
(Anggap massa atom 235 sma.)
21.14Untuk setiap pasangan isotop berikut,
ramalkan mana yang kurang stabil: (a) Li63
atau Li93 , (b) Na23
11 atau Na25
11 , (c) Ca48
20
atau Sc4821
21.15Untuk setiap pasang unsur berikut,
prediksi mana yang memiliki isotop lebih
stabil: (a) Co dan Ni, (b) F atau Se, (c) Ag
atau Cd.
4 184
5 143
6 112
21.25Peluruhan radioaktif TI-206 menjadi Pb-206
mempunyai waktu paruh 4,20 menit. Dimulai
dengan 5,00
10
22
atom TI-206, hitunglahbanyaknya tom yang tersisa setelah 42,0 menit.
21.26Sampel yang baru saja diisolasi dari Y90
diketahui mempunyai aktivitas 9,8 105
distegrasi per menit pada pukul 13:00 tanggal 3
Desember 2000. Pada pukul 14:15 tanggal 17
Desember 2000 aktivitasnya diukur dan
diketahui menunjukkan 2,6 104
disintegrasi per
menit. Hitung waktu paruh Y.
21.27Mengapa deret peluruhan radioaktif
mengikuti kinetika orde pertama ?21.28Dalam deret peluruhan torium, torium-232
kehilangan 6 partikel dan 4 partikel
dalam 10 tahap proses, Apa isotop akhir
yang dihasilkan ?
21.29Strontium-90 ialah salah satu produk fisi
uranium-235. Isotop strontium ini
radioaktif, dengan waktu paruh 28,1 thn.
Hitunglah berapa lama (dalam thn)
diperlakukan untuk 1,00 g isotop tersebut
berkurang menjadi 0,200 g lewatpeluruhan.
21.30Lihatlah deret peluruhan berikut
A B C D
Dengan A, B, dan C adalah isotop
radioaktif dengan waktu paruh masing-
masing 4,50 detik, 15,0 hari, dan 1,00
detik, dan D adalah nonradioaktif. Dimulai
dengan 1.00 mol A, dan tidak ada B, C
atau D, hitung banyaknya mol A,B,C dan
D yang tersisa setelah 30 hari.
Transmutasi Inti
Pertanyaan Ulangan
21.31Apa perbedaan antara peluruhan radioaktif
dan transmutasi
21.32Bagaimana transmutasi inti dilakukan
dalam praktik ?
Soal-soal
21.33
Tulislah persamaan inti yang setara untukreaksi berikut dan identifikasi X: (a) X
),( p C126 , (b) Al27
13 ),( d X, (c) Mn55
25
),( n X
21.34Tulislah persamaan inti yang setara untuk
reaksi berikut dan identifikasi X: (a) Se8034
),( pd X, (b) X )2,( pd Li9
3 , (c) B10
5 ),( n
X,
21.35Jelaskan bagaimana Anda membuat
astatin-211, dimulai dengan bismut-209.21.36Impian lama kimiawan ialah menghasilkan
emas dari unsur yang murah dan lebih
melimpah. Impian ini akhirnya terwujud
21.41Bahaslah perbedaan antara reaktor fisi air ringan
dan air berat. Apa keuntungan reaktor pembiakdibandingkan reaktor fisi nuklir konvensial ?
21.42Apa yang membuat air sangat cocok sebagai
moderator dalam rekator inti ?
Fusi Inti
Pertanyaan Ulangan
21.43Definisikan fusi inti, reaksi termonuklir, dan
plasma.
21.44Mengapa unsur berat seperti uranium mengalami
fisi sementara unsur ringan seperti hidrogen dan
litium menjalani fusi ?21.45Bagaimana kerja bom hidrogen ?
21.46Apa keuntungan reaktor fusi dibandingkan
reaktor fisi ? Apa kesulitan praktis dalam
mengoperasikan reaktor fusi skala besar ?
Penggunaan Isotop
Soal-soal
21.47Jelaskanlah bagaimana Anda akan menggunakan
isotop iodin untuk menunjukkan bahwa proses
ini merupakan kesetimbangan dinamik:
Pb )(2 sI 2
)(aqPb +
)(2 aqI
21.48Lihat reaksi redoks berikut:
)(aqIO +
)(2 aqI + )(2 lOH )(2 sI +
)(3 aqIO +
)(2 aqOH
Bila 2KIO ditambahkan pada larutan yang
mengandung ion iodida yang diberi label dengan
iodin-128 radioaktif, semua radioaktivitas
muncul dalam 2I dan tidak dalam
3IO . Apa
yang dapat Anda simpulkan mengenai
mekanisme dalam proses redoks ini ?
21.49Jelaskan bagaimana Anda dapat menggunakan
penurut radioaktif untuk menunjukkan bahwa
ion tidak sepenuhnya tidak bergerak dalam
kristal.
21.50Setiap molekul hemoglobin, yaitu pembawa
oksigen dalam darah, mengandung empat atonFe. Jelaskan bagaimana Anda akan
menggunakan Fe59
26 radioaktif ( 2/1t = 46 hari)
untuk menunjukkan bahwa besi dalam makanan
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
15/17
285
bila Hg19880 dikonversi menjadi emas lewat
pemboman neutron. Tulislah persamaan
yang setara untuk reaksi ini.
Fisi Inti
Pertanyaan Ulangan21.37Definisikan fisi inti, reaksi rantai inti, dan
massa kritis.
21.38Isotop apa yang dapat mengalami fisi inti?
21.39Jelaskan bagaimana kerja bom atom.
21.40Jelaskan fungsi moderator dan batang
pengendali dalam reaktor inti.
tertentu terkonversi menjadi hemoglobin.
Soal-soal Tambahan
21.51Bagaimana cara kerja pencacah Geiger ?
21.52Inti dengan jumlah proton genap dan jumlah
neutron genap lebih stabil dibandingkan dengan
yang jumlah proton dan/atau jumlah neutron
ganjil. Apa makna jumlah proton dan neutron
yang genap dalam hal ini ?
21.53Tritium, H3 , bersifat radioaktif dan meluruh
dengan memancarkan elektron. Waktu paruhnya
12,5 thn. Dalam air biasa, perbandingan atom
H1 terhadap H3 ialah 1,0 1017
21.54
Berapa aktivitas, dalam milicurie, 0,500 gsampel
? (isotop ini meluruh lewat
pemancaran partikel dan mempunyai waktuparuh 2,20 x tahun). (b) Tulis lahpersamaan inti yang setara untuk peluruhan
21.55Persamaan berikut adalah untuk reaksi inti
yang diketahui terjadi dalam peledakan bom
atom. Identifikasilah X.
(a)
(b) (c)
(d)
21.56Hitung energy ikat inti, dalam J/nucleon,
untuk spesi berikut: (a) (10,0129 sma), (b)(11,00931 sma), (c) (14,00307 sma),(d) (55,9349 sma).
21.57Tulislah persamaan inti lengkap untuk proses
berikut: (a) tritium, , menjalani peluruhan
(b) menjalani partikel (c) menjalani peluruhan ; (d) memancarkan partikel
21.58Inti nitgon-18 terletak diatas pita stabilitas.
Tulislah persamaan reaksi inti sehingga
nitrogen-18 dapat mencapai stabilitasnya.
21.59Mengapa Strontium-90 merupakan isotop
yang sangat berbahaya bagi manusia?
21.60Bagaiman ilmuan dapat menyatakan umur
fosil?
21.61
Sesudah musibah Chernobyl, orang yang
hidup di dekat reaktor nuklir diminta
meminum kalium iodida sebagai tindakan
pengamanan. Apa dasar kimia tindakan ini ?
21.62Astatin, anggota terakhir dari golongan 7A,
dapat dibuat dengan membom bismut-209
dengan partikel (a) Tulislah persamaan inidalam bentuk singkatan sebagaimana dibahas
di Subbab 21.4.
21.63
Untuk mendeteksi bom yang mungkindiseludupkan ke pesawat udara, federal
Aviation Administration (FAA) akan segera
meminta semua bandara utama di Amerika
21.71
Mana yang bahayanya lebih besar bagikesehatan: isotop radioaktif dengan waktu
paruh pendek atau isotop radioaktif dengan
waktu paruh panjang ? Jelaskan. [Anggap
jenis radiasi sama ( atau ) dan energinya
setara per partikel yang dipancarkan.]
21.72Sebagai akibat paparan pada radiasi yang
terbebaskan dalam musibah nuklir Chernobyl,
dosis iodin-131 dalam tubuh manusia
diketahui 7,4 mC (1 mC = 110-3
Ci).
Gunakan hubungan laju = N untuk
menghitung jumlah atom iodin-131 dari
radioaktifitasnya. (Waktu paruh I131 adaalh
8,1 hari.)
21.73Bismut-214 adalah pemancar dengan waktu
paruh 19,7 menit. Sebanyak 5,26 mg sampel
isotopini dimasukkan ke dalam labu hampa
tertutup yang volumenya 20,0 mL pada 40oC.
Dengan anggapan bahwa semua partikel
yang dihasilkan dikonversi menjadi gashelium dan bahwa produk peluruhan lainnya
non radioaktif, hitung tekanan (dalam mmHg)
di dalam labu setelah 78,8 menit. Gunakan
214 sma untuk massa atom bismut.
21.74Dari definisi curie, hitung bilangan Avogadro.
Diketahui massa molar Ra226 adalah 226,03
g/mol dan ia meluruh dengan waktu paruh 1,6
103tahun.
21.75(a) Sejak tahun 1994, unsur 110, 111, 112
telah disintesis. Unsur 110 diciptakan dengan
membom Pb208 dengan Ni62 ; unsur 111
diciptakan lewat pemboman Bi209 dengan
Ni64 ; dan unsur 112 diciptakan dengan
membom Pb208 dengan Zn66 . Tulislah
persamaan untuk masing-masing sintesis
tersebut. Prediksi sifat kimia unsur-unsur
tersebut. Gunakan X untuk unsur 110, Y
untuk unsur 111, dan Z untuk unsur 112, (b)
Pada tahun 1999 unsur 114 juga disintesis
lewat pemboman Pu244 dengan Ca48 . Tulislah
persamaan untuk sintesis ini dan ramalkan
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
16/17
286
Serikat memangsa penganalisis neutron
termal. Penganilisis neutron termal ini akan
membom bagasi dengan neutron berenergi
rendah, mengubah sebagian inti nitrogen -14
menjadi nitrogen -15, dengan serentak
memancarkan sinar-Berhubung kandungannitrogen biasanya tinggi dalam bahanpeledak, deteksi dosis tinggi dari sinar-
dapat menyatakan keberadaan bom. (a)Tulislah persamaan untuk proses inti ini. (b)
Bandingkan teknik ini dengan metode deteksi
sinar X konvensional.
21.64Jelaskan mengapa pencapaian fusi inti di
labolaorium memerlukan suhu sekitar 100
juta derajat Celcius, yang jauh lebih tinggi
dibandingkan yang ada dibagian dalammatahari (15 juta derajat Celcius).
21.65Tritium mengandung satu proton dan dua
neutron. Tidak ada tolakan proton-proton di
dalam inti. Jadi,mengapa tritium radioaktif ?
21.66Laju peluruhan karbon-14 suatu sampel yang
diperoleh dari sebatang pohon muda adalah
0,260 disintegrasi per detik per gram sampel.
Sampel kayu lain yang dibuat dari objek yang
di ambil dari penggalian arkeologi
menghasilkan laju perubahan 0,186
disintegrasi per detik per gram sampel.
Berapa umur objek?
21.67Manfaat penarikan radiocarbon terbatas pada
objek yang umurnya tidak lebih dari 50.000
tahun. Berapa persen karbon-14 yang semula
ada dalam sampel tersisa setelah kurun waktu
tersebut ?
21.68Isotop kalium-40 radioaktif meluruh menjadi
argon-40 dengan waktu paruh 1,2 x thn.(a) Tulislah persamaan yang setara untuk
reaksi ini.(b) Samprl batuan bulan diketahui
mengandung 18 persen kalium-40 dan 82
persen argon berdasar massa. Hitung umur
batuan dalam tahun.
21.69Baik barium (Ba)maupun radium (Ra) adalah
anggota Golongan 2A dan dan diharapkan
menunjukkan sifat yang sama. Namun, Ra
tidak dijumpai dalam bijih barium. Malahan,
Ra ditemukan dalam bijih uranium. Jelaskan.
21.70Pembuangan limbah nuklir merupakan salah
satu masalah dalam industri nuklir. Dalam
memilih lingkungan yang aman dan stabil
untuk menyimpan limbah nuklir,
pertimbangan harus diberikan pada kalor
yang dilepaskan selama peluruhan inti.
Sebagai contoh, kita lihat peluruhan dari
Sr90 (89,907738 sma);
Sr9038 Zr9039 + 01 2/1t = 28,1 tahun
Selanjutnya, Y90 (89,907152 amu) meluruh
sebagai berikut;
sifat kimianya.
21.76Sumber energi di Bumi meliputi bahan bakar
fosil, geotermal, gravitasional, hidroelektrik,
fisi inti, fusi inti, tenaga surya, dan angin.
Mana dari sumber ini mempunyai asal inti,
baik langsung maupun tak langsung ?21.77Seseorang menerima hadiah dari orang tak
dikenal berupa kotak hiasan yang ia letakkan
di atas mejanya. Berapa bulan kemudian ia
sakit dan meninggal. Setelah diselidiki,
penyebab kematiannya dikaitkan dengan
kotak tersebut. Kotak ini kedap udara dan
tidak mengandung bahan kimia beracun
diatasnya. Apa yang mungkin membunuh
orang tersebut ?
21.78
Identifikasi dua unsur radioaktif yang palingmelimpah di Bumi. Jelaskan mengapa kedua
masih ada. (Anda mungkin perlu mencari data
dari handbook kimia)
21.79(a) Hitunglah energi yang dilepaskan bila
isotop U238 meluruh menjadi Th234 . Diketahui
massa atom U238 : 238,0508 sma; Th234 :
234,0436 sma; ;4,0026 sma. (b)Energiyang dilepaskan dalam (a) ditransformasikan
menjadi energi ikat kinetik untukmengkumpar-ulang inti dan partikel .Mana dari keduanya akan bergerak lebih
cepat? Jelaskan.
21.80Korbalt-60 ialah isotop yang digunakan dalam
diagnostic di kedokteran dan pengobatan
kanker. Unsur ini meluruh dengan
pemancaran sinar-. Hitung panjanggelombang radiasi dalam nanaometer jika
energi sinar inti 2,4 x J/ foton.21.81
Amerisium-241 digunakan dalam detector
asap karena waktu paruhnya yang panjang
(458 thn) dan ia memancarkan partikel dengan energi yang cukup untuk
mengionisasi molekul udara. Juka diketahui
diagram detector asap seperti berikut, jelaskan
bagaimana kerjanya. Gambar
21.82Komponen penyusun anggur antara lain
adalah atom karbon, hidrogrn, dan oksigen.
Sebotol anggur ditututp sekitar 6 tahun lalu.
Untuk menegaskan umurnya, isotop apa yang
akan Anda pilih dalam kajian penarikan
radioaktif? Waktu paruh isotop adalah; :5730 thn; : 124 detik; : 12,5 thn.Anggap bahwa aktivitas isotop itu diketahui
pada saat botol ditutup.
21.83Sebutkan dua keuntungan kapal selam
bertenaga nuklir dibandingkan kapal selam
konvensional.
21.84
Pada tahun 1997 seorang ilmuwan pada pusatnuklir di Rusia meletakkan lapisan tipis
tembaga pada bola yang sangat kaya akan
-
8/10/2019 Buku Kimia (Inun)
17/17
287
Y9039 Zr90
40 + 0
1 2/1t = 64 tahun
Zirkonium-90 (89,907152 sma) adalah isotop
stabil, (a) Gunakan cacat massa untuk
menghitung energi yang dibebaskan (dalam
joule) dalam masing-masing peluruhan
tersebut. (Massa elektron adalah 5,4857 10-4
sma), (b) Dimulai dengan 1 mol Sr90 ,
hitunglah banyaknya mol Sr90 yang akan
meluruh dalam setahun, (c) Hitunglah
banyaknya kalor yang dibebaskan (dalam
kilojoule) berkenaan dengan banyaknya mol
Sr90 yang meluruh menjadi Zr90 dalam (b).
uranium-235. Tiba-tiba, terjadi radiasi hebat,
yang membuat udara menjadi biru. Tiga hari
kemudian, ilmuwan tersebut meninggal
karena radiasi. Jelaskan apa yang
menyebabkan kecelakaan itu. (Petunjuk :
Tembaga adalah logam yang efektif untukmemantulkan neutron).
Soal-soal khusus
21.85Jelaskan dengan persamaan yang benar,
proses inti yang menghasilkan pembentukan
gas mulia He,Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn.
(Petunjuk: Helium di bentuk dari peluruhan
radioaktif, neon dibentuk dari pancaran
positron dari
22Na pembentukan Ar, Xe, dan Rn dibahas
dalam bab, dan Kr dihasilkan dari fisi ).
21.86Tulislah esai tentang pro dan kontra mengenai
pembangkit tenaga nuklir (berdasarkan fisi
inti), dengan perhatian khusus pada efek
pemanasan global, keamanan reaktordan
resiko persenjataan, serta pembuangan limbahnuklir.