EFEK KIMIA PENYINARAN ATOM BROM DALAM BEBERAPA PELARUT

°fi9nNlij

Oleh:

Ratnawati K.

BATAN - PUSAT REAKTOR ATOM BANDUNG

Abstrak:

EFEK KIMIA PENYINARAN ATOM BROM DALAM BEBERAPA PELARUTORGANIK. Apabila suatu senyawa mcngandung Atom-Brom disinari denganneutron terma] maka isotop Brom dengan 79 dan SI akan berubah menjadiBrom yang radioaktip dcngan masa SO dan S2. Berdasarkan hasil peneliti-an yang terdahulu, maka bilaBrom disinari dengan netron termal akan dipero­leh 6 isomer/isotop yang berbeda, yaitu:

I. 79Br(n. 'Y )SOgBr

2. 79Br(n, 'Y )SOmBr

3. SI Br(n. 'Y )S2gBr

4. SIBr(n. 'Y )S2mBr

5. SOmBr(l.T) SOgBr

6. 82mBr(l.T)S2gBr.

Efek kimia, dari berbagai proses transformasi dalam beberapa pelarut organik inidipclajari dari hubungan organik yieJdnya, dimana organik yield dari radiobromi­

ne adalah presentase dari Atom Brom yang raqioaktip (hasil penyinaran) yangmembentuk ikatan C - Br. Pada kcsempaatan ~ni akan dibahas bagaimana prosestransfromasi diatas dan cara pengerjaannya dan evaluasinya.

Pendahuluan:

Suatu senyawa yang mengandung atom Bram bila disinari dengan netron termal,maka isotop Brom dengan massa 79 dan 81 akan berubah menjadi Bram yang radioak­tip dengan massa 80 dan 82.

Berdasarkan hasil penelitian yang terdahulu maka bila Brom disinari dengan net­ron maka akan diperoleh 6 isomer/isotop yang berbeda yaitu: 4 proses transformasiyang dihasilkan dari penyinaran (n, 'Y ) dan 2 proses transformasi yang dihasilkan dariisomeri transisi.Proses transformasi yang dihasilkan dari penyinaran (n, 'Y ).

l. 79Br(n, 'Y )80gBr (Keadaan dasar dari 80Br).

2. 79Br(n, 'Y )80mBr (Keadaan metastabil dari 80Br)

3. SI Br(n, 'Y )S2mBr.

4. SI Br(n, 'Y )S2gBr.

Pengaktipan ini terjadi dalam jumlah yang tertentu yang ditentukan oleh penampang lin­tang dari tiap-tiap prosesKeadaan metastabil dari 80Br danS2Br adalah merupakan isomer dari keadaan dasar, di­mana keadaan metastabil ini dapat mengalami deeksitasi keadaan dasar melalui suatutransisi isomeri. Transisi isomeri ini merupakan salah satu bentuk dari peluruhan inti ter­utama pada:

10

5. 80mBr(LT)80gBr

6. 82mBr(I.T)82gBr

Sifat pengaktipan inti dari isotop-isotop Brom

Proses inti

1. 79Br(n, 'Y )80gBr

2. 79Br(n, 'Y )80mBr

. 3. 81 Br(n "1 )82gBr

4. 81Br(n, . 'Y )82mBr

5. 80mBr(l.T)80gBr

6. 82mBr(l.T)82gBr

Penampang lintang dariNetron termal

8,5 barn

2,9 barn

0,3 barn

3,0 barn

Waktu paruhinti aktip

17,6 menit

4,5 jam

35,9 jam

6,1 menit

17,6 menit

35,9 jam

Maksud dad percobaan ini ialah mempelajari Kimia Atom panas dari isotop­isotop Brom.Untuk ini dipelajari efek kimia penyinaran atom Brom dalam beberapa pelarut orga­nik.Efek kimia dari berbagai proses transformasi dalam beberapa pelarut organik ini dipe­lajari dari hubungan organik yieldnya dimana organik yield dari radio bromine ada­lah presentase dari atom Brom yang radioaktip (hasil penyinaran) yang membentukikatan C-Br.

Mula-mula para ahli kimia atom panas dari Brom berpendapat bahwa tidak ter­dapat perbedaan efek kimia dari berbagai proses transformasi diatas. Pandangan seka­rang menentang pendapat itu, mereka mengemukakan bahwa harus ada perbedaan e­fek kimia terutama antara sistim pengaktipan dengan penyinaran (n, 'Y ) dan de­ngan transisi isomeri.

Maka untuk membuktikan kebenaran pendapat diatas, dicoba mempelajari se­tiap proses transformasi dalam suatu sistim dimana seluruh transformasi itu terjadi.

I. Proses Transformasi 79Br(n, "1 )80mBr

Pada proses transformasi ini, sistim reaksi terjadi dalam reaktor selama penyi=naran:

Cara melakukan percobaan:

Sample disinari dengan netron tcrmal selama 15 detik pada daya 800 KW. Sebelumanalisa dikerjakan sample didiamkan dalam tempat yang gclap selama kira-kira 3jam, agar seluruh proses transformasi 82mBr(l.T)82gBr terjadi dan agar seluruh 80gBr yang dihasilkan dari proses 79Br (n, "1 )80gBr meluruh.

Kemudian sample dianalisa dengan cara ekstraksi dalam campuran CCl4 dan larutansulCit. Pengukuran dilakukan setelah kira-kira 4 jam kemudian dimana keseimbang-an 80mBr - 80gBr telah tercapai.Setelah kira·kira 60 jam, dilakukan pengukuran kembali.Pengukuran dilakukan dengan memp'ergunakan liquid scintillation.

Penentuan organik yield dari 80mBr melalui proses 79Br(n 'Y )80mBr.

11

ASOm At

80m Er sesungguhnya tidak dapat JiLideksi, oleh sebab itu pengukuran dila-

kUKftn OOnuftn c~m mgnRUKUr BOgBr ~ewi3h l@rL~pdi k~wimbJn~Jn 5QmBr - BO~ Br.

Pengukuran pertama dilakukan setelah 82mBr dan 80gBr yang mula-muia terbcntukmeluruh, data-data pad a saat itu memberikan pengukuran total dari keaktipan 80mBr dan Keaktipan 82gBr. Pengukuran dilakukan kembali setelah 60 jam, setelah se­luruh keaktipan 80mBr meluruh sehingga hanya memberikan data-data keaktipandari 82gBr.

Dari data-data yang diperoleh dapat dihitung organik yield dari 82gBr denganpersamaan :

O 'k' ld Keaktipan dalam fasa organik 10001.rgam Yle = x /0Keaktipan total

Dengan mengetahui keaktipan 82gBr dalam fasa organik dan fasa Anorganik padasaat organik yield itu ditentukan, maka dapat ditentukan keaktipan 82gBr pada sa­at pengukuran 80mBr dan 82gBr. Maka untuk mendapatkan harga pengukuran yangsebenarnya dari keaktipan 80mBr harus dikoreksi terhadap keaktipan 82gBr.

Organik yield dari 80mBr dapat dihitung.

2. Proses Transformasi 80mBr(I.T)80gBr

Untuk mempelajari proses transformasi ini, pada dasarnya adalah mudahsebab kimia atom panas pada proses ini terjadi setelah penyinaran.Jadi, sistim reaksi itu dapat terjadi dalam reaktor.

Cara melakukan percobaan:

. Sample Brom disinari dengan netron tei-mal selama 15 ddik pada daya 800KW (akan dihasilkan 80mBr; 80gBr; 82mBr; 82gBr). Segera setelah penyinaranBrom aktip itu ditambahkan pada iarutan Br2 - pelarut organik.

Sebelum analisa dikerjakan sample yang mengandung Bwm aktip itu didiam­kan selama kira-kira 4 jam (agar peluruh proses transformasi 80mBr(I.T)80gBr ter­jadi dengan sempurna). Selanjurnya analisa dilakukan dengan cara ekstraksi dalam

campuran CCI4 + Br2 dan larutan sulfit.Pengukuran segera difakukan setclah analisa untuk menentukan 80gBr yang dihasil­kan dari transisi isomeri. Pengukuran dilakukan kembali setelah 4 jam, dan setelah60 jam. Alat yang digunakan: Liquid scintillation.

Penentuan organik yield dari 80gBr melalui proses 80mBr(l.T)80gBr.

Keaktipan dari 80gBr dalam fraksi organik dan fraksi anorganik berubah de­ngan sangat cepat.

80gBr yang baru akan terbentuk selama pengukuran yang berasal dari 80mBr yangtertinggal dalam larutan setelah pcmisahan (fraksi Anorganik),Jadi, bentuk data-data pengukuran dari fraksi ini akan menunjukkan suatu pertum­

. buhan yang berasal dari 80gBr yang baru. Data-data ini harus dikoreksi kembali pa­da to, yaitu waktu yang scbenarnya pada saat pemisahan .

.. Pada pihak yang lain (yang tak mengandung 80mBr) akan meluruh (t h =17 menit). Data-data ini juga harus dikorcksi pada to untuk mendapatkan pengukur­an dari jumlah 80gBr yang ada pada saat pemisahan.

Koreksi terhadap keaktipan 82gBr dilakukan sesuai dengan percobaan yangsebelumnya. Data-data untuk keaktipan 80mBr dikoreksi kembali pad a to denganmenggunakan persamaan standard: •

A to = Ate

dimana A 80 m = 0,002626

12

80g

Koreksi untuk keaktipan 80mBr pada saat pengukuran keaktigan Br di-tentukan dengan mengukur pertumbuhan 80gBr yang berasal dari 8 mBr denganmenggunakan persamaan.

(80m)t = (80m)to ( e-ASOm.6.t ) _ (80m)to ( e-ASOg.6.t )

Data-data dari 80gBr yang telah dikoreksi terhadap keaktipan 82gBr, dikorek­,si pula dengan data-d~!a dari (80m)t.

Data keaktipan 80gBr ini kemudian dikoreksi kembali pada saat to.Selanjutnya organik yield dari 80gBr dapat dihitung dengan menggunakan persama­an:

(80g) fraksi organik x 100Yorg (80m/80g) = __ to _

( fraksi anorganik80m)to

3. Proses transformasi 79Br (n, "f )80gBr

Proses ini terjadi selama penyinaran, jadi sistim reaksi itu terdapat dalam sum­ber penyinaran (reaktor).

R-Br + n -- Br(80g)

Disamping 80gBr dihasilkan juga 80mBr, 82mBr dan 82gBr.Setelah sample itu keluar dari reaktor maka lebih ban yak 80gBr yang terbentuk da­ri isomeritransisi.Jadi, 'untuk menentukan 80gBr yang terbentuk hanya'dari hasil penyinaran (n 'Y )

maka analisa dan pengukuran harus dikerjakan secepat mungkin setelah penyinaran.

Cara melakukan percobaan:

Sample disinari dengan Netron termal selama IS detik pada daya 50 KW. Ana­lisa dan pengukuran dilakukan secepat mungkin setelah penyinaran. Pengukuran dila­kukan dengan mempergunakan Liquid Scintillation. Pengukuran dilakukan kembali se­telah 8 jam dan setelah 60 jam.

Penentuan organik yield dari 80gBr melalui proses 79Br(n, 'Y )80gBr.

Koreksi dan penentuan organik yield dari 80gBr sesuai dengan percobaan 2yaitu proses transformasi 80mBr( l.T)80gBr.Hanya untuk menghitung Yorg (79/80g) digunakan persamaan :

Yorg (79 /80g) = (org 80g)to x 100

(org 80g)to + (Aq 80g)to

4. Proses transformasi 82mBr(l.T)82gBr

Prinsipnya disini sama dengan proses 80mBr(l.T)80gBr, hanya berbeda dalamwaktunya, sebab waktu paruh dari 82mBr sangat pendek.

Cara melakukan percobaan:

Cara melakukan percobaannya sesuai dengan proses 80mBr(l.T)80gBr hanyapengukurannya dilakukan dengan NaJ(TL)weli setelah semua keaktipan lainnya me-~~ '

13

dimana f2 = 1 - f 1 dan f 1 = ( 1 - A

Penentuan organik yield dari 82gBr melalui proses 82mBr(J .T)82gBr.

81 V bl4 ;ij t!~d ~~Jgd;a,~atj ~Jdl~aVJ~~~tAI~~,~~~IH~~iImil ~~n~iR~rmBr(n, 'Y )82g dan Yorg yang berasal dari transisi isomeri 82mBr(J .T)82gBr.

Yorg (total 82g) yang diamati = 0,1 Yorg (Jangsung dari penyinaran) + 0,9 Yorg( l.T).Karena penyinaran netron dilakukan pada Brom yang murni maka tidak ada penga­ruh organik dari penyinaran (n, 7 ).

Yorg (total 82g) yang diamati = 0,9 Yorg (1.T).

Transisi isomeri itu sebagian terjadi dalam Brom yang murni dan sebagian terjadi se­telah Br2 dicampurkan kedalam pelarut.Jadi: Yorg (J.T)to al = fl Yorg (1.T) + f2 (1.T) pelarut.Disini juga tidak a~a pengaruh organik dari transisi isomeri yang terjadi dalam Brommumi.

Yorg (82m /82g) = Yorg (82g total) yang diamati0,9 f2

82g 1. t) - e- A 82m A t

f 1 = fraksi dari transisi isomeri yang terdapat dalam Br2 murni yang diukur darijumlah transisi isomeri yang tcrjadi pada saat penyinaran hingga saat pencampuran.

5. Proses Transformasi 81Br(n, 'Y )(1.T)82gBr.

Proses transformasi ini adalah salah satu proses transformasi Bram yang ter­mudah untuk dipelajari.

Cara melakukan percobaan:

Sample disinari dalam reaktor dan kcmudian didiamkan beberapa lama agartransisi isomeri terjadi dengan scmpurna. Analisa dapat dilakukan setiap saat danpengukuran setelah keaktipan brom yang lainnya meluruh.Pengukuran dilakukan dengan NaJ(TL)well counter.

Penentuan organik yield dari 82gBr

Organik yield dari 82gBr dapat dihitung dengan me";';c\unakan persamaan:

Keaktipan 82gBr dalam fraksi organik

Keaktipan 82gBr total

6. Proses Transformasi 81 Br(n, 'Y )82m dan 81Br(n 'Y )82g

Yorg (82g) = x 100%

Kedua proses ini susah dipisahkan, jadi umumnya pengukuran dilakukanbersamaan yaitu sebagai 81 Br(n, 'Y )82m + 82gBr

Cara melakukan percobaan:

Sample disinari dalam reaktor, dan analisa dilakukan segera setelah penyinar-

Pengukuran dikerjakan setelah scmua kcaktipan brom yang lain meluruh (setelahkira-kira 60 jam).Pengukuran dilakukan dengan NaJ(TL)well counter.

82m + 82gB .Penentuan organik yield dari r sesuai dengan penentuan organik yielddari 82gBr.

14

­V\

ORGANIK YIELDS DARI BERBAGAI PROSES TRANSFORMASI

SampleTransformasi

80mBd1. T)80 Br82mBr(1.T)82gBr79 80m79 80g81 82g81 ( )82m + 82g

Organik + Br2Br(n, r) BrBdn, r) 8rBdn;Y)(1.T) Br.Br n,r

-

"tin YorgtYorgtinYorgtinYorgtinYorgtinYOrg

15"/SOOKW

26,0264,"27,5515"/800KW41,7315"/50KW

28,5115"/800KW30,1815"/800KW28,05(41,58n-propll-bromida 15"/800KW24,8552,5"28,36 11"/50KW29,9615"/800KW46,8715"/800KW26,4815"/800KW (66,96

15"/800KW41,9

15"/800KW

63,56

63,52IsoprO'pyl

15"/800KW21,5178"23,0415"/800KW(28,50

10"/50KW23,5815"/800KW21,415"/800KW20,71bromide

28,3310"/50KW24,9915"/800KW27,515"/800KW20,4615"/800KW

22,0066,5"24.1015"/800KW53,99 15"/800KW25,5915"/800KW

(41,2641,36

Sikloheksana

15"/800KW39,5251,5"41,5615"/800KW(38,79

15"/50KW30,3515"/800KW41,0915"/800KW34,225SK 1

39,0830"/50KW39,8-15"/800KW42,0315"/800KW33,715"/800KW

58,04 15"/800KW40,3215"/800KW

(56,6956,81

Sikloheksana

15"/800KW38,6257,5"41,4515"/800KW(36,24

16"/50KW30,1815"/800KW36,6515"/800 KW33,15SK 2

36,5530"/50KW39,7715"/800KW39,1615"/800KW32,7115"/800KW

30,07 15"/800KW41,3115"/800KW

(57,4457,48

IIhat la,njutan

•.....

0\

. ORGANIK YIELDS DARI BERBAGAI PROSES TRANSFORMASI

Lanjutan

SampleTransformasi

80mBr(l. T)80 Br

82m 82g79 80m79 80g8182g81 82m+ 82gOrganik + Br 2

Br(l.T) BrBr(n,'Y) BrBr( n,'Y) BrBr(n,'Y)(l.T) BrBr(n,'Y).

-tin

Yorg tYorgtinYorgtinYorgtinYorgtin-..- org

n-Heptana

15"/800KW29,OS61,5"32,6715"/800KW(56.1917"/50KW31,9915"/SOOKW45.5515"/SOOKW3S,89

HP 1

55,9930"/50KW34,9515"/SOOKW34,4315"/SOOKW39,OS

15"/SOOKW54,62 15"/SOOKW3S,42

15"/SOOKW58,02

(5S.01

N-Heptana

15"/800KW32,8670,5"33,4915"/SOOKW(57,9910"/50KW34,6315"/SOOKW41,4115"/SOOKW40,46

HP 2

57,1430"/50KW3S,6415"/SOOKW39,015"/SOOKW35,1

15"/SOOKW60,S2 15"/SOOKW3S,22

15"/SOOKW5S,79

(5S,65

CCI2Br2

15"/800KW55,7951,5"53,0215"/SOOKW(46,9410"/50KW47,3515"/SOOKW50,5615"/SOOKW39,67

47,710 "/50KW48,9515"/800KW50,8415"/800KW42,93

15"/800KW46,85

CCI(2 nd) .

15"/800KW58,1159,5"57,6015"/SOOKW(49,6S10"/50KW

51,3015"/SOOKW53,3215"/SOOKW46,622

50,5110"/50KW50,6815"/SOOKW53,9315"/SOOKW45,66

15"/SOOKW50,77

. -.

- ------ -- --. -- -- =

HASIL DAN DISK{)SI

Organik yield yang dihasilkan dari proses transformasi 80mBr(l.T)80gBr;

82mBr(l.T)82Br; 79Br(n, 'Y )80mBr; 81Br(n, 'Y )(l.T)82gBr;, 79Br(n 'Y )80gBr;

81Br(n, 'Y )82m + 82gBr dalam berbagai-bagai pelarut organik dapat dilihat dariTabel I.

Dari hasil yang diperoleh, sebenarnya belum dapat ditarik suatu kesimpulansebabtidak diperoleh harga yang konstant.Percobaan-percobaan ini hanya merupakan suatu percobaan pendahuluan dalam~pelajari kimia atom panas dari isotop-isotop Brom.Dari hasil percobaan-percobaan ini dapat diperoleh gambaran, bahwa dalam mem­pelajari Kimia Atom panas dari Brom diperlukan zat-zat dan pelarut-pelarut yangmempunyai kemurnian yang tinggi, sebab dengan adanya sedikit-sedikit pengotorakan sangat berpengaruh.

Pengaruh oksigen dalam percobaan-percobaan ini juga sangat mempengaruhiharga organik yieldnya, maka untuk menghindarkan pengaruh oksigen ini dibutuh­kan Teknik vakum yang baik.

Daftar Pustaka:

1) K.E.Collins, G.D.Robinson, Jr., and C.H.Collins. J.Phys.Chem 76 3331(1972).

2) J.A.Merrigan, J.B.Nicholas, and E.P. Rack, Radipchim. Acta. 6,94 (1966).

3) G.D. Robinson. Jr., Ph.D. Thesis, state University of New York at Buffala,1970.

4) R.K.Iyer and J.E.Willard, J.Amer.Chem.Soc., 87, 2497 (1965).

5) K.E. Collins., Lecture series on Hot Atom chemistry.

DISKUSI

P RATIWI A.S.:

Pengukuran langsung 80mBr tidak bisa, apakah kesukarannya?

RATNAWATI. K.:

Pengukuran langsung 80mBr tidak dapat sehingga pengukuran dilakukan de­

ngan mengukur SOgBr setelah keseimbangan (80Br LT. 80g Br terbentuk .Disebabkan karena 80mBr • 80gBr adalah proses peluruhan inti denganenersi sirtar; gamma yang dipancarkan rendah ( 37 kev), sehingga sukar dideteksi.

RIVAl MAARUF:

Mohon dijclaskan atas dasar-dasar apa Saudara Ratnawati mengambil patokanday a sinar neutron thermal yang berbeda pada sample Brom pada proses transfor­masi 80Br (I.T.)80gBr dengan 800 KW dan pada proses transformasi Br (n, 'Y )80gBr dengan 50 KW?

17

RATNAWATI, K:

Untuk mencrttukan keaktipan 80gBr yang berasal dari proses pcnyinaran men­jadi pengukuran, analisa dilakukan seccpatnya. Karena pengukuran itu segera dilaku­kan, maka bila disinari dengan daya 800 KW maka keaktipannya sangat tinggi, tidaktercatat oleh liquid scintillation yang kita miliki. Sehingga digunakan day~ yang lebihrendah.

Hal ini berbeda dengan proses transformasi 80Br(I.T)80gBr. Karena dalam halini pengukuran tak segera dilakukan melainkan ditunggu hingga keaktipan-keaktipanyang lainnya meluruh, sehingga dengan menggunakan daya 800 KW, tidak diperolehkeaktipan yang terlalu tinggi.

A.T.A. KAROSSI:

Pertama, dapatkah Saudara menerangkan sebab-sebab utama sehingga hasHanalisa, tidak repropucible.

Kedua, pada paper Sdr. ada tertulis "Pengukuran dilakukan kembali setelah8 jam dan setelah 60 jam. Benarkah 8 jam bukan 4 jam?

RATNAWATI. K:

Pertama, hasil analisa tidak reproducible sebab untuk mengerjakan percobaan­percobaan itu berbagai proses transformasi dilakukan dcngan mcnggunakan sampleyang berasal dari satu sumber yaitu Br dengan pelarut organik. Bisa terjadi bebe­rapa kemungkinan:

(a) teIjadi reaksi sebelum penyinaran antara Br dengan pelarut diatas (scbab Brdcngan adanya pengaruh cahaya akan terjadi reaksi photolisa), sehingga wa­laupun secara teori Br tidak bereaksi misalnya dcngan n-Heptana tetapi de­ngan adanya cahaya akan bereaksi. Dcngan ad.#nya reaksi ini akan mempe­ngaruhi harga dan organik yieldnya sehingga akan mempertinggi Yorg.

(b) Adanya pengotor zat-zat lain yang mengandung ikatan rangkap misalnyayang mungkin akan bercaksi dahulu dengan Br-nya sebclum penyinaran.karenanya untuk mempelajari Kimia Atom panas ini dibutuhkan zat-zat yang stabil terhadap penyinaran, terutama antara Br dengan pelarutorganik.

Kcdua, sebenarnya pengukuran untuk mengukur keaktipan 80mBr itu sete­lah 8 jam dan saat penyinaran, atau 4 jam dari saat analisa, dimana 4 jam mula­mula itu untuk menunggu 82mBr dan 80gBr yang dihasilkan dari penyinaran (n'Y )meluruh, dan 4 jam berikutnya agar 80mBr LT. 80gBr sempurna.Pengukuran itu tidak usah tepat 8 jam tetapi boleh sekitar ( 8 - 22 jam) .

. 18