Materi Fisika Modern berbicara mengenai inti atom radioaktivitas yang menggambarkan fenomena yang melibatkan inti atom pemancar radioaktivitas. Fenomena radiasi dari inti atom tertentu sebenarnya sudah sejak dulu ada sejak alam semesta diciptakan namun baru diteliti secara mendalam di abad ke 19.
Pengertian Inti Atom
Ernest Rutherford melalui eksperimen hamburannya menyimpulkan bahwa pada suatu atom, massa dari seluruh atom tersebut akan terkumpul di suatu titik yang disebut sebagai inti atom dengan muatan positif.
Jumlah muatan positif yang ada di inti atom sama dengan jumlah muatan elektron yang bergerak mengelilingi inti atom. Di dalam inti atom terdapat partikel bermuatan positif bernama proton. Selanjutnya konsep inti atom yang disampaikan oleh Rutherford disempurnakan oleh James Chadwich.
James Chadwich menemukan keberadaan partikel neutron di dalam inti atom yang tidak bermuatan (netral) Sehingga dapat disimpulkan bahwa inti atom bermakna sebagai berikut:
“Inti atom adalah titik pusat yang terletak di tengah atom dimana massa seluruh atom berpusat di inti atom. Di dalam inti atom terdapat partikel bermuatan positif dari proton dan juga partikel netral yang disebut neutron yang kemudian proton dan neutron disebut sebagai nucleon atau nuklida.”
Massa neutron sendiri hampir sama dengan massa proton, namun massa neutron sedikit lebih besar dibandingkan massa dari proton. Ukuran dari inti atom berada di kisaran 10-15 m dengan massa partikel yang sangat kecil.
Oleh karena massa partikel sangat kecil, maka satuan massa untuk inti atom digunakan satuan massa atom atau sma dengan ukuran:
1 sma = 1,6604 x 10-27 kg
Besar 1 sma didefinisikan sama nilainya dengan 1/12 massa atom 6C12.
Penulisan Lambang Inti Atom
Inti atom ditulis dengan menggunakan aturan perlambangan zXA dimana X menunjukkan nama dari inti atom tersebut. Z menunjukkan nomor atom sementara A menunjukkan nomor massa atom. Sebagai contoh inti atom karbon akan ditulis dengan lambang 6C12.
Angka 6 menunjukkan nomor atom dengan nomor massa sebesar 12. Nomor atom sendiri menunjukkan jumlah proton yang ada di dalam inti atom atau jumlah elektron yang mengelilingi inti atom. Sementara nomor massa atom menunjukkan jumlah neutron dan proton yang ada di inti atom atau jumlah nuklida.
Energi Ikat Inti
Berdasarkan hukum Coulomb, muatan di inti atom yang terdiri dari partikel proton bermuatan positif dengan partikel neutron bermuatan netral akan menimbulkan gaya elektrostatis, yakni gaya tolak-menolak. Namun, pada kenyataannya neutron dan proton di dalam inti atom justru dapat menyatu di dalam inti.
Untuk menjelaskan mengapa neutron dan proton bisa menyatu di inti atom, pertama-tama dilihat dulu bahwa di dalam inti atom terdapat interaksi gaya gravitasi dan juga gaya elektrostatis. Hanya saja gaya gravitasi bisa diabaikan terhadap gaya elektrostatis.
Gaya gravitasi menimbulkan gaya tarik menarik antar massa nuklida baik proton dengan proton, proton dengan neutron maupun neutron dengan neutron. Sementara gaya elektrostatis menimbulkan gaya toal menolak antara proton dan neutron.
Selain kedua gaya di atas, inti atom juga memiliki gaya lain yakni gaya ikat inti yang menyebabkan proton-proton dapat bersatu. Gaya ikat inti sendiri lebih besar dibandingkan gaya elektrostatis dan gravitasi. Gaya ikat inti bekerja untuk proton dengan proton, neutron dengan proton dan neutron dengan neutron.
Gaya ikat inti bekerja di jarak yang sangat dekat hingga jarak diameter inti atom 10-15 m. Untuk menunjukkan hubungan antara energi ikat inti dengan massa inti atom bisa dilihat berdasarkan teori yang dikeluarkan Albert Einstein mengenai hubungan antara massa dan energi:
E = mc²
Keterangan:
E = Energi yang timbul ketika sejumlah massa berubah menjadi energi (Joule)
m = massa yang diubah menjadi energi (kg)
c = cepat rambat gelombang cahaya (3 x 10⁸ m/s)
Berdasarkan hasil pengukuran didapat bahwa massa inti atom selalu lebih kecil dibandingkan jumlah massa nucleon di inti atom. Pengurangan massa ini disebut sebagai fenomena defek massa. Penyusutan massa inti akan berubah menjadi energi ikat inti yang memungkinkan nuklida bersatu di dalam inti atom.
Rumus Menghitung Energi Ikat Inti
Untuk mengetahui besarnya energi ikat inti bisa dilakukan dengan menghitung besarnya defek massa inti. Untuk menghitung defek massa dengan mengurangi jumlah massa seluruh nucleon dengan massa inti yang terbentuk sebagai berikut:
∆m = (Zmp + (A – Z)mn)) – minti
Keterangan:
∆m = Besar defek massa
Z = Jumlah proton yang ada di dalam inti atom
mp = massa proton
(A – Z) = Jumlah neutron di inti atom
mn = massa neutron
Berdasarkan hasil pengukuran yang dilakukan dengan teliti, apabila massa 1 sma berubah menjadi energi seluruhnya maka besar energi yang dihasilkan sebesar 931 MeV (Mega Elektron Volt).
1 sma = 931 MeV
Untuk menghitung energi ikat inti bisa menggunakan rumus berikut:
∆E = ∆m x 931 MeV
Keterangan:
∆m: defek massa
∆E: Energi ikat inti
Sementara untuk menghitung energi ikat pernukleon bisa menggunakan rumus berikut:
Energi ikat pernukleon = ∆E/A, dimana A adalah nomor massa
Pengertian Radio Aktifitas
Radioaktivitas atau juga dikenal perstiwa peluruhan radioaktif merupakan peristiwa pemancaran sinar radioaktif secara spontan. Unsur yang selalu memancarkan sinar radiasi disebut dengan unsur radioaktif atau isotop radioaktif.
Umumnya inti atom radioaktivitas terdiri dari unsur dengan nomor massa yang besar yakni di atas 200. Sinar radioaktif yang dipancarkan dibedakan menjadi tiga macam yakni sinar alpha, beta, gamma. Laju perubahan inti atom radioaktif yang meluruh setiap satuan waktu dikenal sebagai aktivitas inti.
R = λ N
Unsur radioaktif punya waktu paruh yakni waktu yang dibutuhkan unsur radioaktif meluruh setengahnya.
T1/2 = ln 2/λ
Keterangan:
R = Aktivitas inti setelah waktu t
N = Jumlah inti atom radioaktivitas
T1/2 = Waktu paruh
λ = tetapan peluruhan
Contoh Soal Inti Atom Radioaktivitas
Apabila diketahui bahwa massa atom 92U238 sebesar 238,05076 sma, massa proton sebesar 1,00728 sma dan massa neutron sebesar 1,00867 sma, tentukan berapa defek massa serta energi ikat per nucleon yang ada di inti 92U238.
Diketahui:
minti = 238,05076 sma
mp = 1,00728 sma
mn = 1,00867 sma
Ditanya:
a. Defek massa ∆m
b. Energi ikat per nucleon
Jawab:
a. ∆m = (Zmp + (A – Z)mn)) – minti
A – Z = 238 – 92 = 146
∆m = (Zmp + (A – Z)mn)) – minti
∆m = (92 (1,00728) + 146 (1,00867) – 238,05076) sma
∆m = 1,88482 sma
b. Pertama-tama hitung energi ikat inti
∆E = ∆m x 931 MeV
∆E = 1,88482 x 931 MeV = 1755,7098 MeV
Maka energi ikat per nukleon sebesar= ∆E/A = 1755,7098/238 = 7,38 MeV
Konsep tentang inti atom radioaktivitas pertama kali disampaikan oleh ilmuwan sekaligus fisikawan Ernest Rutherford di awal abad ke 19. Melalui serangkaian eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford, ia ingin menguji model atom yang diajukan oleh Thomson melalui eksperimen hamburan Rutherford.