Nuklir

Inti atom terdiri dari proton dan netron. Partikel ini bukanlah partikel sebenarnya dan terbuat dari partikel-partikel lain. Pembuatan proton dan netron adalah kuark. Sementara bagian nuklir yang dibahas adalah perilaku dari inti atom, bukan isi proton dan isi netron. Pembicaraan khusus mengenai keduanya dibicarakan dalam Partikel elementer.

http://thumbs.dreamstime.com/x/atom-nucleus-9624380.jpg

Gaya yang mengontrol struktur elektron dan sifat-sifat atom adalah Gaya Coulomb. Untuk mengikat inti secara bersama-sama maka ada gaya tarik lain dan hanya beraksi di antara proton dan netron. Gaya inti harus cukup kuat dan tidak terpengaruh dengan gaya Coulomb yang akan memberikan gaya tolak-menolak saat proton bertemu dengan proton lainnya seperti halnya elektron yang satu terhadap elektron yang lain di luar inti atom. Maka disebutlah Gaya Kuat sebagai pengikat netron dan proton juga meniadakan pengaruh proton dengan proton dalam nukleus (inti atom). Secara kolektif, proton dan netron disebut nukleon.
Gaya kuat merupakan gaya yang jangkauannya pendek (akrab) yang artinya gaya tersebut akan menurun secara drastis menuju nol jika pasangan-pasangan nukleon berpisah (bertambah besar jaraknya), di dalam inti yang kecil dan jarak terpendek akan bekerja “gaya kuat” yang besar.
Jika X disebut sebagai unsur, maka A dilambangkan sebagai massa atom (mengartikan banyaknya nukleon yang ada dalam inti atom), dan Z dilambangkan sebagai nomor atom (diartikan untuk menyatakan banyaknya proton di dalam inti pun banyaknya elektron di dalam atom).

strong force Adapun Z + N = A di mana N = jumlah netron yang terdapat di dalam inti atom. Misal atom Brom dengan nomor atom 35 dan nomor massa 81, maka Z = 35 dan A = 81, memiliki netron (N) = 81 – 35 = 47.

Kestabilan inti atom bergantung dengan banyaknya Z = N dan digambarkan dalam pita nuklida. Pita-pita nuklida yang stabil memiliki waktu paro 100 tahun. Seperti gambar peta kestabilan inti di bawah :

http://chemwiki.ucdavis.edu/@api/deki/files/38743/2000px-Table_isotopes_en.svg.png

Nuklida-nuklida stabil yang memiliki inti-inti berat memiliki ciri khas lebih banyak netron daripada proton. Kelebihan netron sebagai kecenderungan efek tolakan terhadap Gaya Coulomb di dalam atom dengan nomor massa besar. Karena sejumlah nukleon yang diberikan berinteraksi dengan sejumlah kecil nukleon tetangga melalui “gaya kuat” sementara energi yang tercipta antara interaksi proton-proton dalam gaya coulomb semakin cepat seiring dengan bertambahnya gaya kuat antar netron. Gaya Coulomb meningkat karena interaksi proton dengan cepat karena gaya kuat yang turut ambil bagian. Maka energi coulomb semakin bertambah untuk atom-atom yang memiliki nomor massa tinggi.

Sebuah inti atom memiliki 238 nukleon (proton+netron) maka inti ini harus berada pada garis Z=N dengan angka Z=N=119. Tetapi kenyataannya inti semacam itu segera tercerai berai karena tolakan Coulomn. Stabilitas tercapai pada atom tersebut jika 27 protonnya diganti dengan 27 netron atau N bertambah 27 buah dibanding proton.

Maka efek tersebut mengurangi tolakan Coulomb dalam atom sehingga atom menjadi stabil. Z = 92 dan N = 146 dari Z = N = 119. Hal ini menyebabkan Netron kelebihan 54 buah jika dihitung dari 146 – 92 = 54. Nuklida ini adalah nuklida aktif dengan memancarkan partikel helium (partikel- \large \alpha). Nuklida dengan Z =92 atau plutonium sebutannya ini adalah nuklid yang mudah membelas (mengalami reaksi fisi) menjadi pecahan yang lebih kecil jika nuklida ini menyerap netron. Efek ini yang mengurangi pengaruh efek energi Coulomb dibanding gaya kuat dalam ikatan inti.
Satuan jari-jari nukkelus menggunakan sebutan fermi atau 10x-15 meter = 1 fm.
Dengan persamaan karakteristik untuk menghitung jari-jari inti atom, R0 = jari-jari inti atom dengan kosntanta 1,1 fm dan A = nomor massa atom. png.1 Contohnya adalah Tembaga (Cu) dengan nomor massa 63 akan memiliki jari-jari atom 4,3 fm. Jika dibandingkan dengan jari-jari atom Bohr 0,529 CodeCogsEqn

https://profmattstrassler.files.wordpress.com/2013/02/atom_cartoon.png

Energi ikat inti atom

Massa atom diukur dengan spektrometer massa yang dinyatakan dalam “u” atau satuan massa atomik terpadu (sma) maka massa atomik dari 1212 adalah 12 u atau 12 sma. Satuan sma dinyatakan sebagai 1,66 x 10-27kilogram.

Misalkan atom Cs-137 ditulis sebagai 137Cs, nuklida ini mengandung 55 proton dan 82 netron yang totalnya 137 nukleon. Massa atomnya adalah 136,90707 sma yang dibulatkan menjadi 137.
Ada relasi energi dengan massa sebagaimana persamaan lazim yang ditulis Einstein E = \Delta mc2

Ubahan satuan m = massa atom dari 1 sma menjadi kilogram = 1,66 x 10-27 dan c = 3×108 m/s dinyatakan dalam MeV (1,609 x 10-13 = 931 MeV.

Maka energi atom 1 u setara dengan 931 MeV/u atau 931 MeV/sma. (M = mega = sejuta = 106)
Contohnya Hidrogen (sebagai proton) memiliki massa (sma) = 1,00783. netron (n) dengan massa (sma) = 1,00867 dan massa inti deuteron adalah 2,0141 sma. Energi ikat atom deuteron tersebut adalah :
E = (1,00867 + 1,00783 – 2,0141) (931 MeV) = 2,23 MeV
jika dibandingkan dengan energi ikat dalam atom hidrogen yang berada dalam keadaan dasar (n=1) atau dekat dengan inti atom sebesar 13,6 eV (seratus ribu kali lipat lebih kecil dibanding energi ikat inti atom).

Berdasarkan contoh tersebut : Tentukan energi ikat inti atom-atom berikut :
Sn dengan A = 120 dan Z = 50, massa inti atom = 119,90221 u
He dengan A = 4 dan Z = 2 dengan massa inti = 4,0026 u
Fe dengan A = 56 dan Z = 26, massa inti = 55,934939 u
Pu dengan A = 239 dan Z = 92, massa inti = 239,05216 u
Cu dengan A = 64 dan Z = 29, massa inti = 63,929766 u
Mg dengan A = 24 dan Z = 12, massa inti 23,98504 u
C dengan A = 14 dan Z = 6, massa inti 14,00324 u

Sumber : Fisika Modern oleh Halliday- Reisnick, terjemahan Pantur Silaban, Erlangga, Jakarta, 1986

#inti-atom, #nuklir