Disusun Oleh:Anggun Surya DIlham Maulana

Imsyiatut ThoyyibahOktavianus Diego J.BZakiyah Ramadany

MAKALAH FISIKAINTI ATOM DAN IPTEK NUKLIR

PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Apa benar bentuk atom itu bulat atau bundar ? Lalu bagimana cara kita mengetahuinya? Menurut pandangan keilmuan atau pilsafat bahwasanya bentuk yang paling sempurna atau dapat dikatakan seimbang dalam jagat raya ini yang begitu luas  adalah dalam bentuk lingkaran atau bundar. Dalam hal ini atom pun tidak terkecuali, walau pun atom tidak bisa dilihat tapi gejala yang ditimbulknya dapat diamati sehingga melalaui berbagi pandangan dan eksperimen maupun pendapat para ahli mengenai atom menunjukan bahwa atom itu berbentuk lingkaran, dan sampai sekarang pun masih tetap di anut atau di akui bahwa atom itu bulat, walaupun tidak bisa dilihat. Dibawah ini dapat diuraikan mengenai  atom menurut pandangan para ilmuan dalam berbagi teori atom (sebuah model untuk mewakali atom yang sebenarnya tidak dapat dilihat), sebagai berikut :

1. Teori John Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori

atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan

hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum

reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan

bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum

tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:

Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi

Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang

identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda

Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.

Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen

Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom,

sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru.

Seperti gambar berikut ini:

Kelemahan:

Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik. Dan

tidak menjelaskan materi sub atomik.

2. Teori Atom J. J. Thomson

Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson

meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan

partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil

percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom

(partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.

Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus

ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari

penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan

mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan

bahwa:

“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif

elektron”

Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu

menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada

model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat

digambarkan sebagai berikut:

Kelemahan:

Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif

dalam bola atom tersebut.

3. Teori Atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan

yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah

ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya

tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya

bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola

pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari

pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas

yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang

dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa

akan membelok sudut 90° bahkan lebih.

Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:

Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan

Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom

emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.

Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari

20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan

diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom

keseluruhan.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model

atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti

atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.

Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat

partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.

Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut:

Kelemahan:

Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

4. Teori Atom Bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom

Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil

memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan

Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori

kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:

Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen.

Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan

melingkar disekeliling inti.

Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi

dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.

Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan

ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.

Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang

disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏,

dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang

disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang

terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat

energinya.

Point-point penting lainnya adalah:

1. Ketika sebuah elektron meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya, perbedaan energi dibawa

(atau dipasok) oleh sebuah kuantum tunggal cahaya (disebut sebagai foton) yang memiliki

energi sama dengan perbedaan energi antara kedua orbit.

2. Orbit-orbit yang diperkenankan bergantung pada harga-harga terkuantisasi (diskret)

dari momentum sudut orbital, L menurut persamaan:

L = I ∙ ω = (m r2 ) vr =

Kelemahan:

Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.

5. Teori Atom Modern

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin

Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika

kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan

kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan

adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital.

Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger

memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas

kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Ciri khas model atom mekanika gelombang

Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)

Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)

Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

Inti AtomInti atom tersusun oleh dua jenis partikel. Partikel –partikel ini dinamakan nukleon. Nukleon terdiri atas neutron dan proton.

Lambang atom

X : Nama usur atomZ : Nomor atom, menyatakan jumlah proton = jumlah elektronA : Nomor massa, menyatakan jumlah proton dan netron dalam inti.

Isotop, isobar dan isoton

Isotop, yaitu inti-inti yang memiliki nomor atom sama

Isoton, yaitu inti-inti yang memiliki jumlah netron sama

Isobar, yaitu inti-inti yang memiliki nomor massa sama

Kestabilan Inti Atom

1. Inti ringan : Z < 20

Stabil jika N =P atau N/P = 1

Ex : 8O16

2. Inti sedang : 20 < Z < 83

Stabil jika N = 1,5 P

Ex : 50X125

3. Inti berat : Z > 83

ZA X

Semua tidak stabil

(Ex : uranium dengan Z = 92) Semua inti tidak stabil ini secara spontan pecah atau menyusun ulang struktur – struktur internalnya. Peluruhan atau penyusunan ulang struktur – struktur internal secara spontan ini disebut Radioaktivitas.

DAYA TEMBUS DAN DAYA IONISASI

Salah satu sifat menguntungkan dari sinar radioaktif adalah daya tembusnya yang tinggi. Kekuatan tembus sinar-sinar radioaktif ini dipengaruhi oleh daya ionisasinya. Daya ionisasi adalah kemampuan sinar radioaktif menarik elektron dari atom-atom yang dilewatinya. Partikel α mempunyai daya ionisasi yang kuat karena muatannya positif. Ia lebih mudah menarik elektron bebas dari atom-atom. Partikel ß memiliki daya ionisasi yang kurang kuat dan partikel γ memiliki daya ionisai paling lemah. Untuk mengionisasi atom sinar radioaktif akan menggunakan energi yang dimilikinya, sehingga semakin kuat daya ionisasinya semakin banyak energinya yang hilang.

Hal ini tentu saja berpengaruh pada daya tembusnya. Sinar γ memiliki daya tembus paling kuat , kemudian sinar ß dan yang paling lemah adalah sinar α. Di udara terbuka sinar α akan kehilangan banyak energi karena mengionisasi molekul-molekul udara sehingga hanya memiliki jangkauan beberapa centimeter saja. Ilustrasi berikut memperlihatkan perbandingan daya tembus sinar-sinar radioaktif.

PELURUHAN

Inti-inti yang tidak stabil akan meluruh (bertransformasi) menuju konfigurasi yang baru yang mantap (stabil). Dalam proses peluruhan akan terpancar sinar alfa, sinar beta, atau sinar gamma dan energy peluruhan. Jika inti radioaktif meluruh, akan menjadi inti baru yang beda sifat kimianya.

Unsur radioaktif secara spontan memancarkan radiasi, yang berup partikel atau gelombang elektromagnet (non partikel). Lihat gambar dibawah ini!

Pita Kestabilan

Atom A tidak stabil

Karena kelebihan proton atau kekurangan neutron

Agar stabil :

1P1 0N1 + +1β0

Atom B tidak stabil

Energi Ikat

E = ∆m . C2

Karena kekurangan elektron atau kelebihan neutron

Agar stabil :

0N1 1P1 + -1β0

Atom C tidak stabil

Karena kelebihan proton dan kelebihan neutron

Agar stabil:

Kurangi jumlah proton dan neutronnya

92N135 90P131 + 2α4

Defect Massa

+

( ∑mP + ∑mN ) > m inti

Selisih massa = ∆m = defect massa

( massa yang hilang ) berubah jadi energy

Energi yang dihasilkan

Joule

Note :massa proton = 1,007276 umassa neutron = 1,008665 umassa electron= 0,000549 u

Ahli nuklir lebih sering menyatakan satuan massa dalam energi ekuivalennya, yaitu MeV/c2

1 u = 1,67 x 10-27 kg = 931,50 MeV/c2 ≈ 931 MeV/c2

Dengan C = 3 x 108 adalah cepat rambat cahaya dalam ruang hampa.

+ +

2p 2n

+

+

E = ∆m x (931 MeV )

∆m = ( ∑mP + ∑mN ) - m inti

Telah anda ketahui bahwa massa inti biasa dinyatakan dalam satuan u dan energinya dinyatakan dalam jutaan electron volt ( MeV ). Nilai 1u = 931 MeV/c2 sehingga jika E dan ∆m dinyatakan dalam MeV dan u, Persamaan menjadi :

Defek Massa (Δm)

Oleh karena inti atom tersusun oleh proton dan neutron, massa inti harusnya tepat sama dengan jumlah massa proton dan massa neutron (massa nukelon). Akan tetapi, kenyataannya tidaklah demikian. Massa inti selalu lebih kecil daripada massa nukelon. Selisih antara massa nukleon dan massa inti disebut defek massa (Δm). Defek massa (Δm) pada pembentukan nuklida X adalah sebagai berikut:

Manfaat RadioisotopBerdasarkan Nama Unsur

No. Nama Unsur Manfaat / Kegunaan

1. Iodium (I-131) - mencari ketidaknormalan pada tiroid / kelenjar tiroid.- di bidang hidrologi dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran sungai.

2 Iodium (I-123) -disuntikkan pada pasien untuk mengetahui ada tidaknya gangguan ginjal.

3 Karbon (C-14) -mencari ketidaknormalan yang berhubungan dengan diabetes dan anemia.

4 Kromium (Cr-51) -keperluan scanning limpa.

5 Selenium (Se-75) -keperluan scanning pankreas.

6 Teknetium (Tc-99) -keperluan scanning tulang dan paru-paru-scanning kerusakan jantung-menyelidiki kebocoran saluran air bawah tanah.

7 Ti-201 -mendeteksi kerusakan jantung, digunakan bersama dengan Tc-99.

8 Galium (Ga-67) - keperluan scanning getah bening.

9 Xe-133 -mendeteksi kesehatan paru-paru.

10 Fe-59 -mempelajari pembentukan sel darah merah.

11 Natrium (Na-24) -untuk deteksi penyempitan pembuluh darah/trombosis-mendeteksi kebocoran saluran air bawah tanah dan menyelidiki kecepatan aliran sungai- di bidang kesehatan digunakan untuk mendeteksi gangguan

peredaran darah.

12 Radioisotop Silikon -perunut radioisotop pada proses pengerukan lumpur pelabuhan atau terowongan.

13 Fosfor (P-32) -di bidang pertanian ddapat digunakan untuk memperkirakan jumlah pupuk yang diperlukan tanaman.-di bidang kesehatan dapat digunakan mendeteksi penyakit mata, tumor dan hati.

14 Karbon (C-14) -mengukur umur fosil hewan, tumbuhan dan manusia (dengan pengukuran pancaran sinar beta).

15 Uranium (U-238) -menaksir umur batuan.

16 Uranium (U-235) Reaksi berantai terkendali dalam PLTN.

17 Kobalt (Co-60) -mengontrol pertumbuhan beberapa jenis kanker melalui sinar gamma yang dihasilkan.

18 Isotop 8O15 -menganalisis proses fotosintesis pada tanaman.

19 Isotop O-18 -di bidang kimia dapat digunakan sebagai atom tracer / perunut asal mula molekul air yang terbentuk.

20 K-40 K-40 digunakan bersama-sama dengan dan Ar-40 stabil untuk mengukur umur batuan, dengan membandingkan konsentrasi K-40 dan Ar-40 pada batuan.

Manfaat Fungsi-fungsi lain-membuat varietas tanaman baru yang tahan penyakit dan produktivitas yang tinggi-pemandulan /sterilisasi serangga pengganggu tanaman-mendeteksi pemalsuan lukisan atau keramik.

Manfaat Secara Umum-Tracer (perunut, pencari jejak) untuk berbagai keperluan-Sumber Tenaga Listrik/PLTN-Memanfaatkan sinar-sinar radiasinya untuk berbagai keperluan.

Bahaya Roadioaktivitas : -dapat merusak sel-sel penting seperti sel tulang sumsum /penghasil sel darah, akibat radiasi tinggi yang tidak terkendali (termasuk juga radiasi sinar gamma) -dapat merusak/mematikan jaringan atau sel-sel pada makhluk hidup-dapat merusak/mengubah struktur DNA makhluk hidup-dapat mengakibatkan tumor atau kanker-Radon yang terhirup paru-paru memancarkan alpha dapat menimbulkan kerusakan dan pertumbuhan kanker-dapat menimbulkan luka bakar (akibat radiasi dosis tinggi).