Reaksi Peluruhan Radioaktif: Pengertian Transmutasi Sifat Sinar Alfa Beta Gamma Contoh Soal Rumus Perhitungan 8

Pengertian Zat Radioaktif. Inti atom radioaktif adalah inti yang tidak stabil yang secara spontan memancarkan sinar radioaktif (yaitu sinar α, β, dan γ). Pemancaran sinar ini menyebabkan jumlah inti makin lama makin berkurang (meluruh). Inti radioaktif ini mengalami peluruhan (disintegrasi) untuk mencapai kondisi yang lebih stabil.

Pengertian Radioaktivitas

Peristiwa pemancaran partikel – partikel radioaktif secara spontan ini disebut radiokativitas atau peluruhan radioaktif. Sinar-sinar yang dipancarkannya disebut sinar radioaktif, sedangkan zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut dengan zat radioaktif.

Jenis Partikel Radioaktif

Partikel radioaktif diantaranya adalah proton, neutron, elektron (sinar beta), positron, deutron, triton, sinar alfa, sinar gamma.

Dua pertiga inti atom unsur yang ada di alam dalam kondisi yang tidak stabil. Inti atom dengan Z>83 merupakan inti yang tidak stabil. Agar menjadi stabil inti atom ini akan memancarkan partikel radioaktifnya.

Kestabilan Inti Atom

Beberapa inti atom dapat bertransformasi secara spontan menjadi inti atom lain. Hal ini disebabkan oleh sifat stabilitas inti tersebut. Stabilitas suatu inti ditentukan atau dipengaruhi oleh perbandingan antara jumlah neutron dengan jumlah proton ((atau N/Z).

Inti-inti dengan nomor atom 20 ke bawah (Z ≤ 20) akan stabil jika jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya (N = Z) atau N/Z=1. Contohnya adalah 8O16, 11Na22, 2He4 dan 6C12. Hal ini Berarti inti dari 2He3 dan 6C14 relatif tidak stabil atau termasuk radioisotop yang dapat memancarkan zat-zat radioaktif.

Sedangkan pada inti dengan Z > 20 relatif lebih stabil jika nilai N lebih besar dari Z atau rasio atau perbadingan N terhadap Z lebih dari 1 (N/Z > 1). Ini  artinya jumlah netronnya harus lebih banyak dari jumlah proton dalam inti.

Peleruhan Inti dan Sinar Radioaktif

Peluruhan adalah perubahan suatu nuklida menjadi nuklida lain secara spontan dan diikuti dengan pemancaran partikel redioaktif.

Inti Induk Inti Anak

Inti atom yang mengalami peluruhan disebut inti induk. Sedangkan inti yang dihasilkan dari peluruhan disebut inti anak. Inti anak ini meluruh lagi membentuk inti anak baru. Begitu seterusnya sampai terbentuk deret radioaktif yang memiliki inti stabil.

Pemancaran Sinar Alfa α

Inti atom radioaktif yang memancarkan sinar alfa α akan menyebabkan nomor atom inti induk berkurang dua dan nomor massa induk berkurang empat sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar alfa α merupakan pemancaran partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron yang merupakan partikel yang bermuatan positif yang memiliki massa 4 kali massa proton yang diberi lambang 2α4 atau 2He4.

Contoh Pemancaran Sinar α yaitu :

92U235 –>90Th231 + 2He4

88Ra224 –> 84Rn220 + 2He4

Sifat Ciri Sinar Alfa

Pancaran sinar alfa α menyebabkan ukuran inti menjadi lebih kecil. Partikel alfa α adalah inti atom helium yang memiliki energi tinggi dan bermuatan positif yaitu 2+. Partikel Sinar alfa α akan membelok ketika berada dalam medan magnet maupun medan listrik. Partikel sinar alfa α memiliki daya tembus lebih kecil dibandingkan dengan sinar beta β dan gamma γ.

Pemancaran Sinar Beta β

Ketika Isotop radioaktif memancarkan sinar beta β, maka akan menyebabkan nomor massa inti induk tetap sedangkan nomor atomnya bertambah satu sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar beta β merupakan pancaran elektron dari inti atom karena perubahan neutron menjadi proton dan diberi lambang -1e0

Contoh Pemancaran Sinar Beta β:

91Pa233 –> 92U233 + -1e0

89Ac227 –> 90Th227 + -1e0

Sifat Ciri Sinar Beta

Ketika Pancaran sinar beta β berlangsung, secara bersamaan terjadi perubahan neutron menjadi proton. Dengan kata lain, Partikel sinar beta β merupakan electron yang bergerak cepat. Partikel sinar beta β memiliki muatan negative yaitu (1-). Sinar beta akan membelok ketika berada dalam medan magnet dan medan listrik. Partikel sinar beta β memiliki daya tembus lebih kecil dari pada sinar gamma γnamun lebih besar dari pada sinar alfa α.

Pemancaran Sinar Gamma γ

Inti  atom dapat memiliki energi ikat nukleon yang lebih tinggi dari energi ikat dasarnya (ground state). Dalam keadaan ini dapat dikatakan bahwa inti atom dalam keadaan tereksitasi dan dapat kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar gamma γatau foton yang besarnya energi tergantung pada keadaaan energi tereksitasi dengan energi dasarnya.

Pemancaran sinar gamma γ tidak menyebabkan perubahan massa maupun muatan pada inti atom. Inti atom yang dalam keadaan tereksitasi diberi notasi atau tanda bintang setelah lambang seperti yang dipakai pada 38Sr*87.

Contoh Pemancaran Sinar Gama γ yaitu:

6C*12 –> 6C12 + γ

28Ni*61 –> 28Ni61 + γ

Sifat Ciri Sinar Gamma

Pancaran sinar gamma γ tidak mengubah inti induk atom. Sinar gamma γ memancarkan energi yang berupa gelombang elektromagnetik. Sinar gamma γ ini memiliki frekuensi yang tinggi. Partikel sinar gamma γ tidak bermuatan listrik. Partikel sinar gamma γ memiliki daya tembus lebih besar dibandingkan sinar alfa α maupun sinar beta β . Partikel sinar gamma tidak dibelokan oleh medan magnet maupun medan listrik.

Pemancaran Positron

Pancaran positron merubah proton menjadi neutron. Secara umum Pancaran positron dapat ditulis dengan persamaan reaksi seperti berikut:

ZXA  –>  Z-1YA  +  1e0

Contoh Pancaran Positron adalah

29Cu64  –>  28Ni64  +  1e0

Pancaran positron terjadi karena inti memiliki rasio neutron terhadap proton (N/Z) yang relative rendah. Untuk contoh di atas dapat diketahui bahwa jumlah proton dan jumlah neutron sebelum terjadi pemancaran adalah

Jumlah Proton = Z = 29

Jumlah Neutron N= A – Z = 64 – 29 = 35

Sehingga Rasio Neutron terhadap Proton (N/Z) = 35/29 = 1,207

Setelah terjadi pemancaran jumlah proton dan jumlah neutron adalah:

Jumlah Proton = Z= 28

Jumlah Neutron N = A – Z = 64 – 28 = 36

Terjadi pengurangan jumlah proton dari 29 menjadi 28. Dan rasio Neutron terhadap Proton (N/Z) menjadi:

Rasio Neutron terhadap Proton (N/Z) = 36/28 = 1,285

Sifat Ciri Sinar Positron

Setelah peluruhan, rasio neutron terhadap proton (N/Z) meningkat dari 1,207 menjadi 1,285. Dengan demikian pemancaran positron akan menghasilkan jumlah proton (Z) menjadi lebih sedikit dan menghasilkan jumlah Neutron menjadi lebih banyak. Hal ini mengakibatkan rasio N/Z menjadi lebih tinggi, sehingga inti atom menjadi lebih stabil.

Reaksi Transmutasi Inti Atom

Reaksi transmutasi inti atom adalah penembakan suatu nuklida oleh partikel radioaktif  atau partikel ringan sehingga membentuk nuklida lain (baru).

Contoh Notasi Lambang Reaksi Transmutasi Inti Atom

Reaksi transmutasi inti atom secara umum dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti berikut:

A + X → B + Y

Reaksi Transmutasi dan Pemancaran Partikel radioaktif bisa dinotasikan sebagai berikut

A(x,y)B

A = nuklida yang ditembak (mula mula/ asal)

B = nuklida hasil reaksi

X = x = partikel penembak

Contoh Partikel Penembak

Partikel ringan adalah sinar, proton, neutron

Partikel berat adalah 6C12, 7N14, 8O16

Y = y = partikel yang dipancarkan

Contoh Reaksi Transmutasi Uranium

92U238 + 2He494Pu239 + 3 0n1

Contoh Notasi Reaksi Inti

Reaksi ini dapat dinotasikan sebagai

92U238 (α, n) 94Pu239

1). Contoh Soal Reaksi Inti Pemancaran Partikel Zat Radioaktif

Pemancaran partikel dari suatu reaksi inti memenuhi persamaan reaksi berikut:

86Rn22484P220 + X

Tentukan jenis partikel yang terpancar dari reaksi inti tersebut

Cara Menentukan Jenis Partikel Yang Dipancarkan Oleh Zat Radioaktif

Untuk mengetahui partikel yang dipancarkan pada reaksi inti atom dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti berikut:

86Rn22484P220 + ZXA

ZXA = partikel yang dipancarkan

Z = nomor atom

A = nomor massa

Menentukan Nomor Atom Z Partikel

Jumlah Z ruas  kiri  = Jumlah Z ruas kanan

ZRn = ZX + ZP

ZX = ZRn – ZP

ZX = 86 – 84

ZX = 2

Menentukan Nomor Massa A Partikel

ARn = AX + AP

AX = ARn – AP

AX = 224 – 220

AX = 4

Jadi partikel yang dipancarkan dari reaksi inti adalah  2X4 yang merupakan partikel sinar alfa α atau 2He4. Jadi reaksi intinya adalah

86Rn22484P220 + 2He4

2). Contoh Soal Menentukan Persamaan Reaksi Peluruhan Radioaktif Alami Isotop Natrium.

Tuliskan persamaan reaksi proses peluruhan zat radioaktif alami dari isotop Natrium 11Na20 yang disertai dengan pemancaran partikel sinar alfa α

 11Na20 → X + α

Diketahui

α = 2α4 = 2He4

Menentukan Persamaan Reaksi Peluruhan Radioaktif  Inti Natrium

Secara umum reaksi pemancaran sinar alfa dapat dinyatakan dengan persamaan berikut

11Na20ZXA + α atau

11Na20ZXA + 2He4

 ZXA = Nuklida (inti atom) hasil reaksi peluruhan

Z = nomor atom

A = nomor massa

Z dan A dapat ditentukan dengan persamaan berikut

11Na20Z=11-2XA=20-4 + 2He4

11Na209X16 + 2He4

Jadi X adalah atom yang memiliki:

Nomor massa A = 16 dan

Nomor atom Z = 9 yaitu atom Flour = F

Jadi persamaan reaksi peluruhannya adalah

11Na209F16 + 2He4

3). Contoh Soal Menentukan Persamaa Reaksi Peluruhan Radioaktif Inti Isotop Flour 9F21

Tentukan persamaan reaksi peluruhan radioaktif alami isotop dari Flour 9F21 yang memancarkan partikel beta β

9F21 → X + β

Diketahui

β = -1β0 = -1e0

Menentukan Persamaan Reaksi Peluruhan Radioaktif  Inti Flour

Secara umum reaksi pemancaran sinar alfa dari isotop Flour 9F21 dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti sebagai berikut

9F21ZXA + β atau

9F21ZXA + -1e0

ZXA = Nuklida (inti atom) hasil reaksi peluruhan

Z = nomor atom

A = nomor massa

Z dan A dapat ditentukan dengan persamaan berikut

9F21Z=9-(-1)XA=21-0 + -1e0

9F2110X21 + -1e0 atau

Jadi X adalah atom yang memiliki

Nomor massa A = 21 dan

Nomor atom Z = 10 yaitu atom Neon = Ne

Jadi persamaan reaksi peluruhannya adalah

9F2110Ne21 + -1e0 atau

9F2110Ne21 + -1β0

4). Contoh Soal Perhitungan Reaksi Inti Atom Alumunium Dengan Partikel Radioaktif

Inti Atom alumuium 13Al27 ditembak dengan partikel X untuk menghasilkan isotop Fosfor sesuai reaksi inti berikut:

13Al27 + X → 15P30 + 0n1

Tentukan jenis partikel X pada reaksi inti tersebut

Cara Menentukan Partikel Radioaktif Pada Reaksi Inti Alumunium

Partikel yang digunakan untuk menembak inti atom pada reaksi inti dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti seperti berikut

13Al27 + ZXA  → 15P30 + 0n1

ZXA  = partikel yang ditembakan

Z = nomor atom

A = nomor massa

Menentukan Nomor Atom Z dan Nomor Massa A Partikel Radioaktif Reaksi Inti Alumunium

13Al27 + ZXA15P30 + 0n1

Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

27 + A = 30 + 1

A = 31 – 27 = 4

Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

13 + Z = 15 + 0

Z = 15 – 13 = 2

Jadi partikel radioaktif X memiliki nomor massa A = 4 dan nomor atom Z = 2 dan ditulis seperti berikut:

2X4 = partikel ini adalah alfa α atau

2α4 = 2He4

Jadi, reaksi inti atomnya adalah

13Al27 + 2He415P30 + 0n1 atau

13Al27 + 2α4 15P30 + 0n1

5). Contoh Soal Reaksi Inti Peluruhan Isotop Cobal 27Co55 Membentuk Inti Besi 26Fe55

Diketahui isotop Cobal 27Co55  mengalami peluruhan membentuk besi 26Fe55  dengan memancarkan partikel radioaktif sesuai reaksi inti berikut

27Co5526Fe55 + X

Menentukan Partikel Radioaktif Reaksi Peluruhan Inti Isotop Cobal

Secara umum reaksi peluruhan isotop Cobal dan pemancaran partikel radioaktif  dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi inti sebagai berikut

27Co5526Fe55 + ZXA

Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

55 = 55 + A

A = 55 – 55 = 0

Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

27 = 26 + Z

Z = 27 – 26 = 1

Jadi partikel radioaktif X memiliki nilai A = 0 dan nilai Z = 1 yang ditulis seperti berikut:

1X0= partikel ini adalah positron (positif electron)

 +1e0

Jadi, reaksi inti atomnya adalah

27Co5526Fe55 + +1e0

6). Contoh Soal Perhitungan Reaksi Transmutasi Inti Alumunium

Reaksi transmutasi inti alumunium dilakukan dengan cara menembakan partikel alfa ke inti atom alumunium sehingga terbentuk Fosfor dan memancarkan partikel radioaktif seperti reaksi inti berikut:

13Al27 + α  → 15P30 + X

Tentukan jenis partikel radioaktif X

Diketahui

α = 2α4 = 2He4

Menentukan Partikel Radioaktif Dipancarkan Reaksi Transmutasi Inti Atom Aluminium

Reaksi transmutasi inti atom alumunium dapat ditulis dengan persamaan reaksi inti berikut

13Al27 + 2He4  → 15P30 + ZXA

Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

27 + 4 = 30 + A

A = 31 – 30 = 1

Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

13 + 2 =  15 + Z

Z = 15 – 15 = 0

Jadi partikel radioaktif X memiliki nilai A = 1 dan nilai Z = 0 yang ditulis seperti berikut:

0X1= partikel ini adalah neutron dan ditulis seperti berikut

 0n1

Jadi, reaksi inti atomnya adalah

13Al27 + 2He4  → 15P30 +  0n1 atau

13Al27 + 2α415P30 +  0n1

7). Contoh Soal Pembahasan Reaksi Transmutasi Inti Atom Plutonium 94Pu239

Reaksi transmutasi inti atom Plutonium dengan cara ditembak partkel alfa sehingga membentul nuklida baru Americium dan memancarkan proton dan neutron seperti reaksi berikut:

94Pu239 + α →   Am + p +  2 n

Tentukan bilangan nomor atom dan nomor massa inti Americium Am tersebut:

Diketahui

α = 2α4 = 2He4

p = proton = 1p1

n = neutron = 0n1

Cara Menentukan  Nomor Atom dan Massa Dipancarkan Reaksi Transmutasi Inti Atom Plutonium

Reaksi transmutasi inti atom plutonium dapat ditulis dengan persamaan reaksi inti berikut

94Pu239 + 2α4  ZAmA + 1p1 +  2 0n1

Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

239 + 4 = A + 1 + 2(1)

A = 239 + 4 – 1 – 2

A = 240

Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

94 + 2 = Z + 1 + 2(0)

Z = 95

Jadi inti atom Americium Am memiliki nilai A = 240 dan nilai Z = 95 yang ditulis atau dinotasikan seperti berikut:

 95Am240

Sehingga, reaksi inti transmutasi atomnya adalah

 94Pu239 + 2α4  95Am240 + 1p1 + 2 0n1

7). Contoh Soal Pembahasan Reaksi Inti Atom Nitrogen

Reaksi transmutasi inti atom nitrogen dinotasikan dengan 1N14(α, x) 8O17, tentukan partikel X tersebut:

diketahui:

α = 2α4 = 2He4

Cara Menentukan Partikel Dipancarkan Reaksi Inti Atom Nitrogen

Reaksi transmutasi inti atom nitrogen 1N14(α, x) 8O17 dapat dinyatakan dengan reaksi inti seperti berikut

7N14 + 2α4  8O17 + ZXA

Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

14 + 4 = 17 + A

A = 14 + 4 -17

A = 1

Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

7 + 2 = 8 + Z

Z = 1

Jadi partikel X memiliki nilai A = 1 dan nilai Z = 1 yang ditulis atau dinotasikan seperti berikut:

 1X1 yaitu proton = 1p1

Sehingga, reaksi inti transmutasi atomnya adalah

7N14 + 2α4  8O17 +   1p1 dan dinotasikan dengan

1N14(α, p)8O17

8). Contoh Soal Perhitungan Reaksi Inti Radioisotop Memancarkan Partikel Sinar Alfa

Jika suatu partikel radioisotop 92X238 ditembak dengan 1 partikel sinar alfa maka akan terbentuk suatu partikel 94Y239 dan akan dipancarkan partikel radioaktif. Tentukan jenis partikel yang dipancarkan tersebut:

Diketahui

92X238

2α4

 94Y239

Menentukan Partikel Radioaktif Dipancarkan Reaksi Inti Atom Transmutasi

Reaksi transmutasi inti atom dapat ditulis dengan persamaan reaksi inti berikut

92X238 + 2α494Y239 + ZRA

 ZRA = partikel yang dipancarkan dari reaksi inti

Jumlah Nomor massa A Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

238 + 4 = 239 + A

A = 238 + 4 – 239

A = 3

Jumlah Nomor atom Z Ruas Kiri dan Kanan adalah Sama

92 + 2 =  94 + Z

Z = 92 + 2 – 94

Z = 0

Jadi partikel radioaktif R memiliki nilai A = 3 dan nilai Z = 0. Karena nilai  A untuk partikel yang dipancarkan adalah 1 (satu) atau 0 (nol)  atau 4 (empat) maka, jika A = 3, artinya ada tiga partikel yang dipancarkan dengan nilai A = 1, dan ditulis seperti berikut:

3 0R1= partikel ini adalah neutron dan ditulis seperti berikut

3 0n1

Jadi, reaksi inti atomnya adalah

92X238 + 2α494Y239 + 3 0n1

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Reaksi Peluruhan Radioaktif: Pengertian Transmutasi Sifat Sinar Alfa Beta Gamma Contoh Soal Rumus Perhitungan 8. Pita Kestabilan Radioaktif, Sifat Ciri Sinar Alfa Beta Gamma, Contoh Pembahasan Soal Reaksi Peluruhan Radioisotop, Cara Menentukan Jenis Partikel Yang Dipancarkan Oleh Zat Radioaktif,