Rangkuman KIMIA INTI DAN RADIOKIMIA [PDF]

Citation preview

Rangkuman Kimia Dasar Tentang Materi Kimia Inti Dan Radiokimia



Disusun Oleh: Nama



: Mohamad Halid Diko



Nim



: 651420023



Kelas



: ITP-A / Semester II (Genap)



PROGRAM STUDI S1 ILMU DAN TEKNOLOGI PANGAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO T.A 2021



A. Kimia Inti Kimia inti adalah kajian mengenai perubahan-perubahan dalam inti atom (prpton dan neutron). Perubahan ini disebut reaksi inti. Peluruhan radioaktif dan transmutasi inti merupakan reaksi inti. Inti atom tersusun dari proton dan neutron. Suatu inti dengan jumlah nucleon (proton + neutron) tertentu disebut nuklida. Suatu nuklida dilambangkan sebagai berikut. X = lambing atom A = nomor massa = jumlah proton + neutron Z = nomor atom = jumlah proton Bila ditinjau dari nomor massa, nomor atom, dan jumlah neutronnya, nuklida dapat dikelompokan sebagai berikut. 1. Isotop Isotop adalah nuklida-nuklida dengan nomor atom (Z) sama tetapi nomor massa (A) berbeda. Contoh : dengan 2. Isobar Isobar adalah nuklida-nuklida dengan nomor massa (A) sama tetapi nomor atom (Z) berbeda. Contoh : dengan 3. Isoton Isoton adalah nuklida-nuklida dengan jumlah neutron (A-Z) sama. Contoh : dengan B. Unsur Radioaktif Unsur atau zat radioaktif adalah unsur atau zat yang mempunyai inti tidak stabil, sehingga dapat menjadi inti atom yang lain.



Tokoh-tokoh penemu zat radioaktif : W. C. Rontgen H. Bacuerel



: Penemu sinar X ( sinar Rontgen ) : Penemu Uranium



P. Curie dan M. Curie : Penemu Polonium dan Radium 1.Sinar-sinar Radioaktif Radiasi yang dipancarkan oleh zat raioaktif adalah partikel alfa, beta dan gamma yang kemudian disebut sinar alfa, beta, gamma. 2. Partikel Dasar Nama



Lambang



Muatan



Massa



Alfa



α = He



+2



4



Beta



β = e



-1



0



Gamma



γ



0



0



Netron



n



0



1



Sinar X



X



0



0



Positron



β = e



+1



0



Proton



p = H



+1



1



Detron



p = H



+1



2



Triton



p = H



+1



3



B. Pita kestabilan Yang dimaksud dengan pita kestabilan adalah tempat dimana isotop-isotop stabil berada. 1.1. Pemancaran sinar Beta



Peristiwa ini terjadi jika isotop yang berada diatas pita kestabilan (nilai > dari isotop stabilnya) ingin menycapai kestabilan. Contoh : F→ Ne + e 1.2. Pemancaran Positron Peristiwa ini terjadi jika isotop yang berada dibawah pita kestabilan (nilai < dari isotop stabilnya) ingin menycapai kestabilan. Contoh : F→ O + e 1.3. Pemancaran Sinar Alfa Peristiwa ini terjadi jika isotop yang berada disembarang pita kestabilan ingin mencapai kestabilan terjadi umumnya pada inti-inti yang mempunyai nomor atom diatas 83. Contoh : Rn→ Po + He C. Waktu Paruh Waktu paruh ( t ) adalah waktu yang diperlukan oleh suatu zat radioaktif agar massanya/ kereaktifannya berkurang setangahnya (50%). Karena laju reaksi peluruhan adalah reaksi orde pertama, maka massa/ kereaktifan suatu zat radioaktif pada saat tertentu dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut. Nt = N0 Nt = massa/ keaktifan yang tersisa



t = waktu peluruhan



N0 = massa/ keaktifan mula-mula



t1/2 = waktu paruh



D. Reaksi Inti Pada suatu reaksi inti selalu berlaku : 1. Jumlah nomor massa pereaksi = jumlah nomor massa hasil reaksi. 2. Jumlah nomor atom pereaksi = jumlah nomor atom hasil reaksi. Jenis-jenis Reaksi Inti 1. 1. Reaksi Peluruhan



Reaksi Peluruhan berjalan dengan spontan dan exoergik (melepas energi). Pada reaksi peluruhan terjadi perubahan inti tidak stabil menjadi inti stabil. Contoh : Ra→ Rn + α 1. 2. Reaksi Transmutasi Inti Pada reaksi transmutasi inti, suatu inti menyerap suatu partikel dan berubah menjadi inti lain dengan memancarkan suatu radiasi. Contoh : N + α → O + p atau dapat ditulis N(α,p) O 1. 3. Reaksi Penghasil Energi a. Reaksi Fisi Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti, dimana suatu nuklida berat ditembak oleh suatu partikel dan belah menjadi dua nuklida awal. Contoh : U + n → Kr + Ba + 3n Energi yang dihasilkan dari dari reaksi fusi 1 gram uranium setara dengan energi dari reksi pembakaran 3 ton batubara. b. Reaksi Fusi Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti, dimana dua atau lebih nuklida ringan bergabung membentuk nuklida yang lebih berat. Contoh : H + H + 2 n → He Pada matahari terjadi perubahan 637 juta ton hidrogen menjadi 633 juta ton helium setiap detiknya. Empat juta ton massa yang hilang diubah menjadi energi (E = m) yang dipancarkan segenap penjuru tata surya. C. Penggunaan Radioisotop 1. Radioisotop sebagai Perunut (Scanner) a. Bidang Kedokteran 1. I-131 untuk diagnosa kelenjar tiroid/ gondok. 2. Tc-99 digunakan dalam berbagai runutan (scanner) diantaranya otak,



hati, sel darah, dll. 3. Tl-201 untuk mendeteksi kerusakan jantung. 4. Xe-133 untuk mendeteksi penyakit paru-paru. 5. P-32 untuk mendeteksi penyakit mata.,tumor dan hati. 6. Sr-85 untuk mendeteksi penyakit pada tulang. 7. Se-75 untuk mendeteksi penyakit pangkreas. 8. Na-24 untuk mendeteksi ada tidaknya penyumbatan (gangguan) pembuluh darah. b. Bidang Sains 1. I-131 untuk mempelajari kesetimbangan dinamis pada reaksi kimia. 2. O-18 untuk mempelajri reaksi esterifikasi. 3. C-14 untuk mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis c. Bidang Hidrologi 1. Na-24 untuk mempelajari kecepatan aliran sungai. 2. Radioisotop Na-24 dalam bentuk karbonat untuk menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah. 2. Radioisotop sebagai Sumber Radiasi a. Bidang Kedokteran 1. Co-60 adalah suatu sumber radiasi gamma untuk terapi tumor dan kangker. 2. P-32 digunakan untuk penyembuhan penyakit leukemia. 3. Co-60 dan Cs-137 digunakan untuk sterilisasi. b. Bidang Pertanian



Radiasi yang dihasilkan dapat digunakan untuk pemberantasan hama dan pemulihan tanaman. c. Bidang Industri 1. Radiasi gamma yang dihasilkan dapat digunakan untuk memeriksa cacat pada logam. 2. Radiasi gamma dapat juga digunakan untuk pengawetan kayu, barangbarang seni, dll. B. Radiokimia Radiokimia mempelajari penggunaan teknik-teknik kimia dalam mengkaji zat radioaktif dan pengaruh kimiawi dari radiasi zat radioaktif tersebut. Aplikasi radiokimia a)



Fisi inti: 1. Bom Atom 2. Reaktor Nuklir



1. Bom atom Penerapan pertamakali fisi inti ialah dalam pengembangan bom atom. Faktor krusial dalam rancangan bom ini adalah penentuan massa kritis untuk bom itu. Satu bom atom yang kecil setara dengan 20.000 ton TNT. Massa kritis suatu bom atom biasanya dibentuk dengan menggunakan bahan peledak konvensional seperti TNT tersebut, untuk memaksa bagian-bagian terfisikan menjadi bersatu. Bahan yang pertama diledakkan adalah TNT, sehingga ledakan akan mendorong bagianbagian yang terfisikan untuk bersama-sama membentuk jumlah yang lebih besar dibandingkan massa kritis. Uranium-235 adalah bahan terfisikan dalam bom yang dijatuhkan di Hiroshima dan plutonium-239 digunakan dalam bom yang meledak di Nagasaki. Ledakan bom menyebabkan kawah dgn lebar 300m & kedalaman 100m - Radius kerusakan total = 10 km



- Radius kematian = 40 km - Perusakan oleh radioaktif tdk akan habis 2. Reaktor Nuklir Suatu penerapan damai tetapi kontroversial dari fisi inti adalah pembangkitan listrik menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi rantai terbatas yang dilakukan dalam suatu reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah suatu tempat dimana reaksi pembelahan (fision) nuklida terjadi secara terkendaliberlangsung. Reaktor nuklir ini dapat dimanfaatkan energi nuklir sehingga disebut reaktor termal. Komponen reaktor nuklir: 1). Bahan bakar 2). Moderator 3). Reflektor 4). Bahan pengendali 5). Pendingin 6). Perisai 7). Pemindah panas Keterangan: 1). Bahan Bakar : isotop radioaktif yang dapat melakukan reaksi pembelahan seperti: U-233, U-239, dan U-235. Bahan bakar yang digunakan berwujud padat dan dalam bentuk senyawa UO2. Bahan bakar ini ditembaki neutron dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi pembelahan 2). Moderator : adalah atom-atom yang terdapat dalam bahan untuk memperlambat neutron cepat sampai mencapai tingkat energi yang terendah. Moderator memilki sifat-sifat: - pada tiap tumbukan neutron akan kehilangan energi yang besar - penampang penyerapan yang rendah



- penampang penghamburan yang tinggi Jenis moderator : gas H2 dan air (H2O) 3). Reflektor adalah suatu bahan yang dapat memantulkan neutron yang dihamburkan keluar ke reaktor kembali. Bahan reflektor : air berat,(D2O), grafit, berilium, dan berilium oksida (BaO). 4). Bahan pengendali : bahan pemgendali reaksi fisi, bersifat menyerap neutronsehingga reaksi berantai dapat dikendali bahkan dapt dihentikan. Syarat-syarat pengendali: - dapat menyerap neutron dengan mudah - mempunyai kekuatan mekanik yang cukup - mempunyai massa rendah , agar dapat bergerak dengan cepat - tahan korosi - stabil dalam radiasi maupun suhu tinggi - dapat memindahkan panas dengan baik Bahan tersebut terbuat dari paduan logam kadmium atau borium, B4Cd,paduan boron dengan aluminium(boral), boron baja, logam kadmium dengan perak dan indium. 5). Pendingin : untuk mendinginkan bahan bakar atau reaktor. Sifat-sifat bahan pendingin: - mempunyai penyerapan neutron yang rendah - dapat memindahkan panas dengan baik - mudah dipompakan - mempunyai titik beku yang rendah dan titik didih yang tinggi - stabil terhadap radiasi maupun suhu tinggi - tidak korosif



- aman dalam penanganan - tidak peka terhadap keradioaktifan Bahan pendingin yang digunakan : - berwujud gas : udara, gas helium , CO2 dan uap air - berwujud cair : air (H2O), air berat (D2O), logam cair seperti Na dan NaK 6). Bahan perisai adalah suatu bahan untuk melindungi bejana reaktor terhadap daerah sekelilingnya yang banyak radiasi. Syarat bahan perisai : - dapat memperlambat neutron - dapat menyerap neutron - dapat menyerap radiasi sinar gamma karena memiliki daya tembus yang sangat besar. Jenis. Bahan yang digunakan : - Air (H2O) - Beton, yang dicampuridengan bahan lain misalnya barit (B(OH)2 - Logam, misalnya logam besi (Fe), timbal (Pb), Bismut (Bi) , aliase boral (borium aluminium) 7). Pemindah panas : berfungsi untuk memindahkan energi yang dihasilkan dari reaksi fisi menjadi energi yang dapat dimanfaatkan Ada 3 jenis reaktor nuklir yang dikenal, yaitu: - Reaktor air ringan. Menggunakan air ringan (H2O) sebagai moderator (zat yang dapat mengurangi energi kinetik neutron). - Reaktor air berat. Menggunakan D2O sebagai moderator. - Reaktor Pembiak (Breeder Reactor). Menggunakan bahan bakar uranium, tetapi tidak seperti reaktor nuklir konvensional, reaktor ini menghasilkan bahan terfisikan lebih banyak daripada yang digunakan.



2). FUSI INTI Fusi inti (nuclear fusion) atau reaksi fusi adalah proses penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar. Reaksi ini relatif terbebas dari masalah pembuangan limbah. Dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk produksi energi adalah perilaku yang diperlihatkan jika dua inti ringan bergabung atau berfusi membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak energi yang akan dilepas selama prosesnya. Fusi inti yang terus-menerus terjadi di matahari yang terutama tersusun atas hidrogen dan helium. Reaksi fusi hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi sehingga reaksi ini sering dinamakan reaksi termonuklir. Suhu di bagian dalam matahari mencapai 15 jutaoC. Aplikasi Fusi Inti yang telah dikembangkan adalah bom hidrogen. Manfaat radioisotope Radioisotop adalah isotop suatu unsur yang radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun radioaktif memiliki sifat kimia yang sama. Radioisotop bermanfaat karena radiasi dari radioaktif suatu radioisotope dapat didteksi dengan menggunakan alat tertentu ; mempunyai sejumlah energi; dan dapat mempengaruhi bahan tertentu atau sebaliknya.. Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut (untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa) dan sebagai sumber radiasi /sumber sinar. Radioisotop digunakan sebagai perunut : Isotop suatu unsur tertentu, radioaktif atau tdk, mempunyai tingkah laku yg sama dlm proses kimia & fisika ® pelacak .



Bidang Kedokteran



ISOTOP NAMA I131I



Iod-131



PENGUNAAN Deteksi ktdk beresan fs tiroid; pengukuran aktifitas hati & metabolisme lemak; perlakuan utk kanker tiroid



85Sr



Sr-85



Mendeteksi penyakit jantung



99Tcm



Teknetium99m



Diagnosis beberapa penyakit



201Tl



Tl-201



Mendeteksi gangguan jantung



133Xe



Ksenon-133



75-Se



Se-75



32P



Fosfor-32



Mendeteksi penyakit mata



51Cr



Kromium-51



Penentuan volume sel darah & volume darah total



58Co



Kobalt-58



Penentuan serapan vit. B12



59Fe



Besi-59



24Na



Natrium-24



24Na



Natrium-24



Mempelajari aliran air sungai



32P



Fosfor-32



Deteksi kanker kulit /kanker jaringan yg terbuka krn operasi



3H



Tritium



Penentuan total air tubuh



Ilmu 131I pengetahuan



Iodium-131



Mempelajari kesetimbangan dinamis



18O



Oksigen-18



Mempelajari reaksi esterifikasi



14C



Karbon-14



Mempelajari mekanisme fotosintesis



Hidrologi



Mendeteksi penyakit paruparu Mendeeteksi penyakit pankreas



Pengukuran laju pembentukan & umur sel darah merah Dalam bentuk karbonat Deteksi kebocoran pipa air bawah tanah



Radioisotop yang banyak digunakan sebagai sumber radiasi:



a. Dalam bidang kedolkteran : Co-60 digunakan sebagai sumber sinar gammauntuk terapi tumor dan kanker P-32 digunakan untuk mengobati leukemia Co-60 dan Cs-137 digunakan dalam sterilisasi Ra-226 dugunakan untuk terapi kanker b. Bidang industri Sinar gamma yang dihasilkan oleh beberapa radioisotope digunakan untuk memriksa cacat pada logam atau sambungan las, pengawetan kayu dan barangbarang seni, mengontrol ketebalan bahan c. Bidang pertanian Radiasi-radiasi yang dihasilkan oleh beberapa radioisotope digunakan untuk membasmi hama dan dalam pemuliaan tanaman, penyimpanan makanan