Radioaktif

RADIOAKTIF

A.    PENEMUAN KERADIOAKTIFAN

Pada tahun 1895, W.C Rontgen menemukan bahwa tabung sinar katode menghasilkan suatu radiasi berdaya tembus tinggi yang dapat menghitamkan film potret, walaupun film tersebut terbungkus kertas hitam dinamai sinar X. ternyata sinar X adalah suatu radiasi elektromegnetik yang timbul karena benturan elektron berkecepatan tinggi (yaitu sinar katode) dngan suatu materi (anode). Sekarang sinar X disebut juga sinar Rontgen dan digunakan untuk rongen (memotret) yaitu untuk mengetahui keadaan organ tubuh bagian dalam.

Zat radioaktif yang pertama adalah uranium. Pada tahun 1898, Marie Curie bersama dengan suaminya Pierre Curie menemukan 2 unsur lain dari batuan uranium yang jauh lebih aktif daripada uranium. Kedua unsur itu mereka namakan masing-masing polonium (berdasarkan nama Polonia, Negara asal Marie Curie), dan radium (berasal dari kata latin radiare yang berarti bersinar).

Ternyata banyak unsur yang secara alami bersifat radioaktif. Semua isotop yang bernomor atom diatas 83 bersifat radioaktif. Unsur yang bernomor atom 83 atau kurang mempunyai isotop yang stabil, kecuali teknesium dan promesium. Isotop yang bersifat radioaktif disebut isotop radioaktif atau radioisotop, sedangkan isotop yang tidak radioaktif disebut isotop stabil.

B.     MACAM DAN KARAKTERISTIK RADIOAKTIF

1.      Sinar-sinar radioaktif

Radiasi yang dipancarkan zat radioaktif terdiri atas partikel alfa, partikel beta dan sinar gamma.

Pada tahun 1903, Ernest Rutherford mengemukakan bahwa radiasi yang dipancarkan zat radioaktif dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan muatannya. Radiasi yang bermuatan positif dinamakan sinar alfa, dan yang bermuatan negatif dinamakan sinar beta. Selanjutnya, Paul U. Vilard menemukan jenis sinar ketiga yang tidak bermuatan dan diberi nama sinar gamma.

a.      Sinar Alfa ( α )

Sinar alfa merupakan radiasi partikel bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4 ( ₂ He), bermuatan +2e dan bermassa 4 sma.

Sinar alfa dipancarkan oleh inti dengan kecepatan sekitar 1/10 kecepatan cahaya. Oleh karena memiliki massa yang besar, daya tembus sinar alfa paling  lemah diantara sinar radioaktif. Di udara hanya dapat menembus beberapa cm saja dan tidak dapat menembus kulit. Sinar alfa dapat dihentikan oleh selembar kertas biasa.

b.      Sinar Beta  ( β )

Sinar beta adalah berkas elektron yang berasal dari inti atom. Partikel beta bermuatan -1 e dan bermassa 1/1836 sma. Oleh karena sangat kecil, partikel beta dapat dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi . sinar beta dihasilkan oleh inti (nuklida) yang mempunyai nisbah neutron terhadap proton (n/p) terlalu besar. Partikel beta terbentuk menyertai perubahan sebuah neutron menjadi proton.

 à   +  

Energi sinar beta sangat bervariasi, mempunyai daya tembus lebih besar daripada sinar alfa, tetapi daya pengionnya lebih lemah. Sinar beta paling energetik dapat menembus sampai 300 cm dalam udara kering dan dapat menembus kulit.

c.       Sinar Gamma ( γ )

Sinar gamma adalah radiasi elektromagnet berenergi tinggi, tidak bermuatan, dan tidak bermassa. Sinar gamma dinyatakan dengan notasi sinar gamma dihasilkan oleh inti yang tereksitasi, biasanya mengikuti pemancaran sinar beta atau alfa.

Sinar gamma mempunyai daya tembus yang sangat besar, paling besar diantara sinar radioaktif, tetapi daya pengionnya lebih lemah. Sinar gamma dapat menembus beberapa cm logam timbel (logam yang memiliki daya serap radiasi paling kuat).

2.      Persamaan Inti

Unsur radioaktif meluruh menjadi unsur lain secara spontan dan menghasilkan partikel alfa (peluruhan alfa) atau partikel beta (peluruhan beta).

Pemancaran radiasi oleh unsur radiokatif disebut peluruhan. Proses peluruhan dipaparkan dengan suatu persamaan yang disebut persamaan inti. Misalnya, peluruhan uranium yang disertai pemancaran partikel alfa dipaparkan dengan persamaan inti sebagai berikut :

Suatu persamaan inti dikatakan setara jika muatan (nomor atom) dan massa di ruas kiri sama dengan di ruaa kanan. Untuk contoh diatas :

jumlah muatan di ruas kiri = 92; di ruas kanan = 90 + 2 = 92.

Nomor massa d ruas kiri = 238; di ruas kanan = 234 + 4 = 238

3.      Laju Peluruhan dan Waktu Paro (t1/2)

Waktu paro adalah waktu yang diperlukan sehingga separo zat radioaktif meluruh.

Peluruhan tergolong reaksi orde satu, kelajuannya hanya bergantung pada jumlah nuklida radioaktif dalam contoh (sekali lagi jumlah, bukan konsentrasi). Misalkan suatu contoh yang mengandung 1000 nuklida radioaktif meluruh dengan laju 100 dps (diintegrasi atau peluruhan per sekon)., maka contoh yang sama yang mengandung 2000 nuklida radioaktif akan meluruh dengan laju 200 dps. Suhu, tekanan, konsentrasi dan keadaan zat tidak mempangaruhi laju peluruhan. Secara sistematis laju peluruhan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

V = ʎ. N   dengan,    

V  =     laju peluruhan (keaktifan), yaitu banyaknya peluruhan  dalam satu satuan waktu.

 ʎ        =             tetapan peluruhan (serupa dengan k dalam persamaan  laju  reaksi), nilainya bergantung pada jenis radioaisotop.

N =     jumlah nuklida radioaktif dalam contoh.

Banyaknya zat sisa setelah meluruh (Nt) :

Dengan:

Nt     = Banyak zat sisa

No     =  Banyak zat mula-mula

t        = waktu peluruhan

t 1/2  = waktu paruh

C.    SIFAT FISIK DAN SIFAT KIMIA UNSUR RADIOAKTIF

1.     Sifat fisik

Ø  Kerapatan

Kerapatan adalah perbandingan antara massa atom-atom dengan suatu unit volume yang ditempati. Nilai kerapatan dipengaruhi oleh massa atom, jari-jari atom, dan kekuatan gaya tarik-menarik antar partikel unsur (atau pada logam, kerapatan atom per unit sel). Nilai kerapatan semakin besar dengan pertambahan massa atom dan kekuatan gaya antar partikel. Sebaliknya, nilai kerapatan semakin kecil dengan pertambahan jari-jari atom.

Ø  Kekerasan

Kekerasan adalah resistansi terhadap goresan atau penetrasi permukaan bahan. Jumlah stress yang diperlukan untuk deformasi materi ditentukan oleh kekuatan antar atom. Semakin kuat gaya tersebut, semakin tinggi kekerasannya.

Ø  Titik leleh dan perubahan kalor leleh/entalpi peleburan (   Hfus)

Titik leleh adalah suhu dimana tekanan uap zat padat sama dengan tekanan uap zat cairnya. Titik leleh senyawa molekul menggambarkan besarnya energi yang diperlukan untuk mengatasi gaya tarik-menarik antar molekul. Semakin besar gaya tarik-menarik tersebut, maka semakin besar energi yang diperlukan. Dengan demikian, titik leleh semakin tinggi. Perubahan kalor leleh/entalpi peleburan (   Hfus) menunjukkan energi yang diperlukan untuk mengubah satu mol padatan menjadi satu mol cairan pada titik lelehnya.

Ø  Titik didih dan peleburan kalor didih/entalpi penguapan (    Hv)

Titik didih adalah suhu dimana tekanan uap zat cair sama dengn tekanan di sekitarnya. Perubahan kalor didih (  Hfus) menunjukkan energi yang diperlukan untuk mengubah satu mol zat cair menjadi satu mol zat padat pada titik didihnya.

Ø  Daya hantar listrik dan daya hantar panas

Daya hantar listrik membutuhkan adanya pergerakan muatan listrik, yang lebih dikarenakan pergerakan elektron bebas. Sedangkan daya hantar panas terkait dengan pergerakan partikel untuk meneruskan energi kinetik ke partikel lain. Unsur logam memiliki daya hantar listrik dan panas yang baik karena di dalam ikatan logamnya, terdapat elektron-elektron yang bergerak bebas. Pada kondisi normal, pergerakan elektron-elektron bebas ini bersifat acak. Namun, jika diberi suatu tegangan, maka elektron-elektron ini akan bergerak dari kutub negatif (ditolak oleh kutub negatif) menuju kutub positif (ditarik oleh kutub psitif). Dengan demikian terjadi aliran elektron atau aliran listrik. Sama halnya jika logam dipanaskan. Elektron-elektron di bagian yang memiliki suhu lebih tinggi, akan mempunyai energi kinetik yang lebih besar sehingga dapat bergerak atau bervibrasi lebih cepat. Dalam pergerakannya, elektron tersebut akan bertumbukan dengan elektron lainnya sehingga terjadi transfer panas ke daerah yang bersuhu lebih rendah.

Nilai daya hantar panas dan listrik logam ditentukan oleh pergerakan elektron-elektron valensi bebasnya. Semakin mudah elektron-elektron valensiini bergerak, semakin besar pula daya hantar listrik dan panasnya. Sebaliknya, semakin sulit elektron-elektron ini bergerak, semakin berkurang pula daya hantar listrik dan panasnya. Salah satu hal yang menghambat pergerakan elektron-elektron ini adalah kemungkinannya untuk bertumbukkan dengan ion-ion positif itu sendiri. Semakin besar ukuran ion positif dan semkin banyak jumlah elektron valensi, maka semakin besar kemungkinannya elektron-elektron valensi untuk bertumbukkan dengan ion-ion positif. Akibatnya, daya hantar listrik dan panas cenderung akan berkurang.

2.      Sifat Kimia

Ø  Kereaktifan

Keraktifan sangat dipengaruhi oleh jari-jari atom dan nilai afinitas elektron. Jari-jari atom  yang semakin bertambah menujukkan elektron valensi semakin terikat lemah ke inti. Sedangkan, jika nilai afinitas elektron rendah maka unsur tersebut mudah bereaksi atau bersifat sangat reaktif.

Ø  Daya oksidasi daya reduksi

Daya oksidasi adalah kemampuan suatu zat untuk menyerap elektron dari atom lain, atau mengoksidasi atom tersebut. Sedangakan daya reduksi adalah kemampuan zat uuntuk melepas elektron atau mengalami redukksi. Daya oksidasi dan daya reduksi zat dapat diramalkan menggunakan daya potensial elektrode satandart atau potensial reduksi (Eo). Semakin positif nilai Eo, semakin besar daya oksidasinya. Sebaliknya, semakin negatif nilai Eo, semakin besar daya reduksinya.

Ø  Uji nyala

Jika unsur atau senywa logam dipanaskan, maka akan dihasilkan warna-warna terang yang karakteristik untuk setiap logam atau unsur logam.

Ø  Kelarutan senyawa

Sebagian besar senyawa-sentawa dari logam memiliki suatu sifat karakteristik, yaitu sukar larut atau memiliki kelarutan yang kecil.

Ø  Kemagnetan

Sifat magnetig unsur disebabkan adanya elektron tidak berpasangan di dalam orbital atomnya. Kemungkinan adanya elektron tidak berpasangan cenderung ditemui pada atom unsur dari unsur dengan sub kulit yang terdiri dari banyak orbital, yakni subkulit d dan f. seperti diketahui, setiap elektron di dalam orbitalnya mempunyai suatu momen magnetig u. Kita tahu bahwa suatu orbital hanya dapat memiliki maksimum 2 elektron dengan arah spin berlawanan. Apabila di dalam orbital terdapt 2 elektron berpasangan dengan arah spin berlawanan (   ), maka momen magnetik kedua elektron tersebut akan saling meniadakan. Akan tetapi apabila, terdapat orbital dengan 1 elektron yang tidak berpasangan (  ), maka akan diperoleh net momen magnetik. Atom akan bertindak sebagai magnet  kecil. Jika terdapat suatu medan magnet luar, mka atom ini akan tertarik ke medan magnet tersebut.

D.    KEGUNAAN DAN BAHAYA DARI UNSUR-UNSUR RADIOAKTIF

Kegunaan :

1.      Stronsium

·         Sr sebagai (Sr(NO₃)₂, digunakan dalam nyala api dan cahaya merah pada kembang api.

·         Untuk bahan baku pembuatan kaca televisi berwarna dan komputer.

·         Sr-90 bersifat radioaktif yang melepas panas sewaktu meluruh. Panas tersebut dapat diubah menjadi listrik dalam baterai nuklir RTG (Radioisotope Thermoelektric Generator). RTG digunakan didaerah terpencil yang sulit dicapai sumber listrik, contohnya untuk pengoperasian mercusuar di Rusia.

2.      Radium

·         Ra dulu digunakan untu mengecat nomor pada jam karena dapat bersinar di dalam gelap. Namun penggunannnya sudah dilarang karena sifatnya yang radioaktif dan telah merusak kesehatan tubuh para pekerja pembuat jam.

·         Ra digunakan sebagai sumber neutron dalam percobaan fisika.

·         Untuk pengobatan kanker.

3.      Radon

·         Untuk cat angka jam

Di sekitar tahun 1950, Rn digunakan untuk cat angka jam agar bercahaya. Akan tetapi, karena Rn bersifat radioaktif maka Rn tidak digunakan lagi

·         Untuk terapi kanker

Rn yang bersifat radioaktif dimasukkan ke dalam tabung kecil tertutup dan diletakkan dekat dengan jaringan tubuh yang terkena kanker.

·         Untuk sistem peringatan gempa

Rn berasal dari peluruhan U dan Ra di bebatuan. Sewaktu lempeng bergerak, kadar Rn akan bertambah karena terjadi pelepasan Rn dari bebatuan. Kadar Rn pada kedalaman ratusan hingga ribuan meter dibawah permukaan dijadikan indikator adanya gempa bumi.

4.      Iodin

·         Senyawa iodin (NaI, NaIO₃, KI, dan KIO₃) juga ditambahkan pada garam dapur untuk mencegah penyakit  gondok dan keterbelakangan mental.

·         Iodin digunakan untuk membuat filter polarisasi pada kacamata hitam yang banyak dikenakan olahragawan, untuk mengurangi cahaya yang menyilaukan.

·         Iodin adalah antiseptik yang dilarutkan ke dalam alkohol dan diusapkan pada luka.

5.      Karbon

·         Alat purifikasi udara menggunakan karbon aktif yang memiliki luas permukaan yang dapat mengabsorpsi gas dan bau  di udara.

·         Karbon hitam digunakan sebagai stabilisator untuk memperbaiki kekuatan, daya tahan, dan unjuk kerja ban, kemungkinan terlibat dengan vulkanisir karet.

6.      Kobalt

·         Co pada baja akan membentuk sisi potong yng tajam dan dapat dimagnetasi, contohnya untuk alat potong berkecepatan tinggi, magnet permanen.

·         Untuk pembelahan sel dalam tubuh.

·         Untuk membunuh sel-sel kanker ganas.

7.      Sesium

·         Cs digunakan pada sel fotolistrik. Jikan terkena cahaya, Cs akan melepaskan elektronnya yang akan tertarik menuju elektroda positif pada sel dan menyebabkan timbulnya arus listrik.

·         Jam atomik ini terhubung dengan jam atomik sesium standar melalui sinyal radio untuk keakuratan waktu.

Bahayanya :

1.      Pengaruh radiasi unsur radioaktif apda materi

Radiasi menyebabkan penumpukkan ebergi pada materi yang dilalui. Dampak yang ditimbulkan radiasi dapat berupa ionisasi, eksitasi atau pemutusan ikatan kimia.

Ionisasi : dalam hal ini partikel radiasi menabrak elektron orbital dari atom atau molekul zat yang dilaui sehingga terbentuk ion positif dan elektron terion. Elektron yang dihasilkan itu mungkin mempunyai cukup energi untuk menghasilkan ionisasi pada atom atau molekul lain (ionisasi sekunder). Jadi, walaupun suatu radiasi hanya menghasilkan sedikit ionisasi primer tetapi ionisasi total dapat terjadi cukup besar. Daya pengion suatu radiasi didasarkan pada jumlah pasangan ion yang dihasilkannya. Satu pasangan ion ialah satu ion positif dan stu elektron terion. Daya pengion sinar alfa > beta > gamma.

Eksitasi : dalam hal ini radiasi tidak menyebebkan elektron terlepas dari atom atau molekul zat tetapi hanya berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Waktu elektron tereksitasi itu kembali ke tingkat dasar akan disertai pembebasan energi yang dapat berupa sinar X, sinar ultraviolet, sinar tampak atau gelombang panas (inframerah). Contoh praktis dari efek ini ialah pada angka jam yang bercahaya sehingga terlihat dalam gelap. Angka jam tersebut dilapisi dengan bahan yang dapat berpendar (seperti ZnS) dan zat radioaktif (seperti radium) dalam jumlah runut. Sinar radioaktif yang dihasilkan oleh radium mengeksitasi ZnS yang kemudian bercahaya.

Pemutusan ikatan kimia ; radiasi yang dihasilkan oleh zat radioaktif mempunyai energi yang dapat memutuskan ikatan-ikatan kimia.

2.      Pengaruh radiasi pada makhluk hidup

Walaupun energi yang ditumpuk sinar radioakti pada makhluk hidup relative kecil tetapi dapat menimbulkan pengaruh yang serius. Hal ini terjadi karena sinar radioaktif dapat mengakibatkan ionisasi, pemutusan ikatan kimia penting atau pembentukan radikal bebas yang reaktif. Ikatan kimia penting misalnya dalah ikatan pada stuktur DNA dalam kromosom. Perubahan yang terjadi pada struktur DNA akan diteruskan pada sel berikutnya yang dapat mengakibatkan kelainan genetik, kanker dan lain-lain. Sel yang mengalami pembelahan cepat akan lebih terpengaruh oleh radiasi.

Sudah barang tentu dosis yang cukup besar akan mematikan. Dosis 400 rem menyebabkan kematian pada separo populasi yang menerimanya dalam 60 hari. Dosis terkecil yang segera menimbulkan pengaruh yang dapat dideteksi adalah sekitar 30 rem. Akan tetapi dosis yang lebih rendah yang diterima secara berlanjut, seperti disebutkan diatas, dapat menimbulkan berbagai penyakit. Mengenai dosis minuman yang aman bagi manusia masih dipertentangkan. Sulit mengeksplorasi dosis besar ke dosis kecil.

Pengaruh radiasi pada manusia (makhluk hidup) juga bergantung pada waktu paparan. Suatu dosis yang diterima pada sekali paparan akan lebih berbahaya daripada bila dosis yang sama diterima pada waktu yang lebih lama.