3 Jenis Sinar Radioaktif dan Sifat-Sifatnya

Dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam bidang sains kimia, mungkin kamu sudah banyak mendengar tentang tenaga nuklir, bom atom, percobaan nuklir, pusat listrik tenaga nuklir (PLTN), peluru kendali berkepala nuklir, kapal perang bertenaga nuklir, dan masih banyak lagi lainnya.

Sebelum kita melanjutkan pada inti pembahasan tentang zat radioaktif, mungkin ada baiknya kamu memahami pertanyaan-pertanyaan berikut ini:

Apa yang dimaksud dengan inti atom atau nukleus?
Jelaskan dengan singkat pengertian tentang: isotop, isobar, nuklida, sinar rontgen atau sinar X, dan radioisotop.
Diawali sejak akhir tahun 1995, Prancis telah mengadakan beberapa kali percobaan nuklir, yaiut di Pulau Mourora Pasifik Selatan. Mengapa percobaan itu mendapatkan tantangan atau protes dari seluruh dunia?

Pengertian zat radioaktif adalah

Definis zat radioaktif menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) adalah zat atau unsur yang dapat secara spontan memancarkan zarah sinaran atau sinar gama melalui penghancuran inti atom.

Intinya, dari apa yang saya pelajari pengertian zat radioaktif adalah suatu unsur yang tidak stabil dan berusaha untuk menjadi unsur yang stabil dengan cara memancarkan radioaktif.

Gejala keradioaktifan pertama kali ditemukan oleh seorang sarjana Prancis, Henri Becquerel pada tahun 1896. Pada tahun itu, Becquerek mengadakan percobaan dari suatu batuan yang mengandung garam uranium. Batuan tersebut dibungkus dengan kertas hitam dan ditempatkan di atas plat film foto.

Ia sangat terkejut sebab setelah ia mencuci pelat film tersebut ternyata didapat bahwa di bagian film pada tempat di mana garam uranium itu diletakkan menjadi gelap.

Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa semua senyawa yang mengandung uranium memberikan gejala yang sama. Senyawa uranium itu ternyata juga menunjukkan pelucutan muatan dari elektroskop dan per pendaran pada permukaan benda yang dilapisi ZnS.

Pada akhirnya, Becquerel menemukan bahwa senyawa-senyawa yang mengandung uranium memancarkan radiasi yang mempunyai daya tembus lebih kuat daripada sinar X.

Kemudian ia berkesimpulan bahwa radiasinya tidak sama dengan sinar-X yang dibuat oleh Rontgen. Pemancaran radiasi oleh zat tersebut kemudian dikenal dengan radioaktif atau keradioaktifan and sedangkan unsur yang memancarkan radiasi disebut unsur radioaktif.

Penemuan 3 jenis sinar radioaktif

Pada tahun 1898, dua orang sahabat Becquerel yaitu Marie Curie dengan suaminya, Pierre Curie, menemukan mineral-mineral tertentu yang mengandung uranium dan disebut pitchblenda. Ternyata pitchblenda lebih radioaktif daripada keradioaktifan yang disebabkan kandungan uraniumnya, kira-kira satu juta kali lebih kuat.

Akhirnya, mereka berpendapat bahwa pitchblenda mengandung lebih banyak unsur-unsur radioaktif dari pada garam-garam uraniumnya.

Setelah bekerja selama berbulan-bulan, akhirnya mereka berhasil mengisolasi dua buah unsur radioaktif yang lain yaitu radium; Ra dan polonium; Po (berasal dari Polandia, tanah kelahiran Marie curie). 0,2 gram radium dapat diperoleh dari 1 ton pitchblenda atau bijih uranium.

Pada tahun 1904, Rutherford dapat membuktikan bahwa zat-zat radioaktif itu dapat memancarkan tiga macam sinar yaitu sinar alpha, sinar beta, dan sinar gamma.

Sifat-sifat sinar radioaktif

1. Sinar alfa: α

Terdiri dari zat bermuatan positif
Kecepatannya rendah yaitu sekitar 20.000 kilometer per detik.
Daya tembusnya rendah dan dapat ditahan oleh kertas yang tipis atau selembar aluminium yang tebalnya 0,1 mm
Dibelokkan oleh medan magnet atau medan listrik
Dapat mengionkan molekul yang dilaluinya. Sinar alfa dapat menyebabkan satu atau lebih elektron suatu molekul lepas sehingga molekulnya menjadi ion positif.

2. Sinar beta: β

Terdiri dari elektron-elektron yang berkecepatan tinggi dan bermuatan negatif
Kecepatannya hampir sama dengan kecepatan cahaya, yaitu 3 x 10⁸ m/s
Daya tembusnya lebih besar dari daya tembus sinar alfa.
Dapat menembus lembaran kertas yang tipis atau lembaran aluminium yang tebalnya 0,1 mm tetapi tidak dapat menembus lempengan timbal (Pb)
Dapat dibelokkan oleh medan magnet atau medan listrik.

3. Sinar gamma: γ

Terdiri dari foton yang bertenaga tinggi
Partikelnya tidak bermuatan
Sinar gamma merupakan suatu bentuk radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek
Daya tembusnya sangat besar
Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet
Dapat melewati plat baja yang tebalnya 20 cm
Hanya dapat ditahan oleh timbal (Pb) dan lapisan beton yang sangat tebal

Mengapa suatu zat bersifat radioaktif?

Alasan mengapa zat radioaktif di alam memiliki keradioaktifan karena bertujuan untuk menjadi atom yang stabil. Inti-inti atom di alam terdapat dalam bentuk isotop-isotopnya. Di dalam inti atom terdapat banyak neutron dan proton.

Di antara isotop-isotop tersebut, ada yang stabil dan ada pula yang tidak stabil. Ketidakstabilan inti atom ini akan mengakibatkan atom-atom itu bersifat radioaktif, yaitu dapat memancarkan sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma.

Pada tahun 1962, Rutherford dan Soddy untuk pertama kalinya mengemukakan bahwa peluruhan radioaktif disebabkan oleh transformasi spontan suatu inti.

Dari Pengamatan, diketahui bahwa $^1^2_6C$ bersifat stabil, sedangkan isotop karbon yang lain yaitu $^1^4_6C$ tidak stabil dan dapat meluruh secara spontan.

Kenyataan menunjukkan bahwa apabila jumlah proton atau jumlah neutron dalam inti atom terlalu banyak, maka inti atom itu tidak stabil. Hal ini dikarenakan gaya tolak-menolak Coulomb menjadi besar.

Gambar di atas menunjukkan grafik kestabilan inti di mana yang diarsir merupakan tempat di mana inti-inti yang stabil berada.

Dari grafik dapat diterangkan sebagai berikut:

Hanya sebagian kecil isotop-isotop yang diketahui stabil
Semua isotop yang mempunyai nomor atom di atas 83 tidak stabil karena jumlah neutron dan proton terlalu banyak
Sampai dengan nomor atom 20 jika jumlah proton sama dengan jumlah neutron adalah stabil

Jadi jelas bahwa inti-inti ringan, misalnya $^4_2H, ^1^2_6C, ^1^6_8O, ^2^0_1_0Ne$ adalah stabil karena jumlah proton dan neutron dalam intinya sama.

Apabila nomor atom Z bertambah besar, maka jumlah protonnya juga bertambah besar sehingga gaya tolakan Coulomb juga akan bertambah. Untuk mengimbangi ini maka jumlah neutron harus ditambah sehingga kurva kestabilan menyimpang ke atas.

Untuk $^2^0^9_8_3Bi$ misalnya, harga $frac{N}{Z}$ mencapai 1,5. Dari penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa kestabilan inti dapat bertambah apabila jumlah neutron auto proton suatu inti adalah genap.

Dalam jumlah isotop atau nuklida-nuklida yang stabil untuk inti-inti genap genap adalah terbanyak dan isotop-isotop stabil dengan ide ganjil ganjil hanya ada 9.

Jenis radiasi yang dipancarkan oleh inti atom isotop radioaktif

Setiap atom di alam cenderung memiliki susunan inti yang stabil dengan memancarkan partikel-paertikel radioaktif. Berikut ini untuk menjelaskan jenis radiasi dari macam-macam sinar yang dikeluarkan oleh zat radioaktif.

Radiasi alfa, memiliki massa 4, dan muatan 2+ dinotasikan sebagai $^4_2He$
Radiasi beta, memiliki massa 0 dan muatan 1- dinotasikan sebagai $^0_1e$
Radiasi gamma, memiliki massa 0 dan muatan 0
Neutron, memiliki massa 1 dam muatan 0, dinotasikan sebagai $^1_0n$
Proton, memiliki massa 1 dan muatan 1+, dinotasikan sebagai $^1_1p (^1_1H)$
Positron, memiliki massa 0 dan muatan 1, dinotasikan sebagai $^1_0e$

Nuklida-nuklida yang berada di daerah atas pita kestabilan akan mengalami peluruhan sebagai berikut:

a. Dengan cara pemancaran neutron misalnya:

$^5_2He$ –> $^4_2He$ + $^1_0n$
$^1^3^7_5_3I$ –> $^1^3^6_53I$ + $^1_0n$

b. Dengan memancarkan elektron sehingga terjadi perubahan: $^1_0n$ –> $^1_1p$ + $^0_{-1}e$ , misalnya:
$^1^4_6C$ –> $^1^4_7N$ + $^0_{-1}n$
$^9^0_3_8Sr$ –> $^9^0_3_9Y$ + $^0_{-1}e$

Nuklida-nuklida yang letaknya di daerah bawah pita kestabilan, perbandingan antara neutron dan proton harus bertambah untuk mencapai keadaan yang stabil. Untuk nuklida-nuklida tersebut akan:

a. Memancarkan positron

Dalam proses ini akan terjadi perubahan proton menjadi neutron. Contoh:
$^1^4_6C$ —> $^1^1_5B$ + $^0_1e$ + 3 $^1_0n$

b. Menangkap elektron pada kulit K

Elektron yang ditangkap akan bereaksi dengan proton dalam inti menghasilkan suatu neutron. Dengan demikian perbandingan $frac{n}{p}$ menjadi lebih besar.
contoh:
$^9^0_4_2Mo$ + $^0_{-1}e$ —> $^9^1_4_1Nb$
$^9_4Be$ + $^0_{-1}e$ —> $^9_3Li$

c. Dengan cara pelepasan proton, tetapi dalam prakteknya tidak pernah terjadi, misalnya:
$^3^1_1_6S$ –> $^3^0_1_5P$ + $^1_1p$

Ciri-ciri peluruhan alfa dan peluruhan beta

1. Peluruhan alfa unsur zat radioaktif

Peluruhan alfa adalah proses pemancaran sinar alfa oleh atom yang stabil
Atom-atom dengan proton dan neutron yang berlebihan akan menyingkirkan proton dan neutron yang lebih itu dengan memancarkan sinar alfa
Dalam peluruhan sinar alfa, suatu inti atom (nuklida) akan kehilangan 2 proton dan 2 neutron
Dalam peluruhan alfa, nomor atom berkurang sebanyak 2 dan nomor massa berkurang sebanyak 4
Apabila berlangsung pemancaran alfa, atom yang dihasilkan terletak 2 golongan di sebelah kiri atom asal.

2. Peluruhan beta pada unsur zat radioaktif

Peluruhan beta adalah pemancaran partikel-partikel beta oleh atom-atom yang tidak stabil
Atom-atom yang tidak stabil dengan jumlah neutron berlebihan akan menyingkirkan neutron yang kelebihan tersebut dengan memancarkan peta
Dalam pemancaran beta, suatu neutron diubah menjadi 1 proton dan partikel beta
Dalam pemancaran beta, nomor atom bertambah satu, sedangkan nomor massa tetap tidak berubah
Dengan pemancaran beta akan menghasilkan satu inti atom baru yang terletak satu golongan di sebelah kanan atom asal

Contoh soal peluruhan unsur atau zat radioaktif

Zat radioaktif dengan isotop $^2^1^2_8_3Bi$ (berada pada golongan V A sistem periodik) mengalami peluruhan alfa dan mengasilkan zat radioaktif dengan isotop P.
Isotop P kemudian mengalami peluruhan beta menghasilkan isotop Q.

Apakah susunan inti dari isotop P dan Q?
Bagaimana rumus hidrida dari Q?

Penyelesaian

a. Karena $^2^1^2_8_3Bi$ mengalami peluruhan alfa, maka akan terjadi reaksi:
$^2^1^2_8_3Bi$ –> $^2^0^8_8_1P$ + $^4_2He$

Jadi, zat radioaktif P yang dihasilkan mempunyai nomor atom 81 atau mengandung 81 proton dan jumlah neutron.
= (208 – 81) neutron
= 127 neutron

b. Isotop P kemudian meluruh dengan memancarkan beta.

$^2^0^8_8_1P$ —> $^2^0^8_8_2P$ + β ( $^0_{-1}e$
Oleh karena $^2^1^2_8_3Bi$ , maka $^2^0^8_8_1P$ akan berada pada golongan III A, yaitu terletak dua golongan di sebelah kiri $^2^1^2_8_3Bi$ dan $^2^0^8_8_3Q$ akan berada pada golongan IV A, yaitu satu golongan di sebelah kanan $^2^0^8_8_3Q$ .

Cara deteksi keradioaktifan dari zat-zat radioaktif

Untuk mendeteksi adanya radiasi dari zat radioaktif dapat digunakan berbagai cara yaitu pencacah Geiger Muller, kamar kabut Wilson, lempeng film, dan elektroskop.

Model pencacah Geiger Muller yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya di bandara udara, terdiri dari satu tabung tipis yang berisi gas yang dapat diionkan pada tekanan rendah misalnya etiliodida. Di tengah tabung terdapat kawat yang dipakai sebagai elektrode positif dan dinding tabung bertindak sebagai elektroda negatif dan elektron-elektron tertarik pada elektrode positif.

Akibat terionisasinya gas di dalam tabung akan terjadi pembangkitan tenaga listrik yang dapat dideteksi dengan menggunakan alat penyerap amplifier.

Kecepatan (laju) peluruhan zat radioaktif

Kecepatan peluruhan suatu nuklida (inti atom) zat radioaktif tidak sama. Ada zat radioaktif yang memakan waktu lama dan ada yang memakan waktu hanya beberapa detik.

Kecepatan atau laju peluruhan zat radioaktif merupakan ukuran kestabilan inti. Meramalkan kapan suatu zat radioaktif meluruh adalah tidak mungkin, sebab kenyataan menunjukkan bahwa laju peluruhan adalah tidak tetap atau konstan.

Kita hanya dapat memberikan suatu kebolehjadian bahwa atom itu akan meluruh dalam waktu tertentu, misalnya dalam dt detik.

Laju peluruhan suatu isotop zat radioaktif ditentukan dengan waktu paruh, yaitu waktu yang diperlukan oleh suatu zat radioaktif untuk meluruh sehingga separuhnya. Misalnya, waktu paruh radium adalah 1,62 x 10³ tahun. Artinya setelah 1,62 x 10³ tahun, berat radium yang meluruh atau berat radium sama dengan setengahnya. Setelah 1,62 x 10 tahun berikutnya tinggal setengahnya lagi dan seterusnya.

Waktu paruh biasanya dinotasikan dengan t½.

Jadi:

Waktu paruh t½ adalah ukuran kadar peluruhan suatu isotop zat radioaktif yang tidak stabil. Contoh waktu paruh N adalah 10 menit artinya keaktifannya akan berkurang menjadi separuhnya setelah 10 menit.
Setiap jenis isotop zat radioaktif yang tidak stabil mempunyai harga paruh waktu tertentu. Waktu paruh suatu unsur radioaktif adalah suatu ketetapan yang tidak dipengaruhi oleh perubahan fisika atau kimia.
Semakin pendek waktu paruh makin kurang stabil isotop zat radioaktif tersebut. Dan semakin lama waktu paruhnya semakin stabil isotop zat radioaktif tersebut. Jadi isotop dengan waktu paruh satu tahun lebih stabil daripada isotop zat radioaktif yang mempunyai waktu paruh satu detik.
Rumus untuk waktu paruh t½

Jika dalam waktu dt detik kebolehjadian meluruh setiap inti suatu isotop zat radioaktif adalah dN dan λ adalah tetapan peluruhan dan N adalah inti yang tidak meluruh, maka:

dN = -λ dt N sehingga $frac{dN}{N}$ = -λ dt
Setelah disintegrasi meluruh akan diperoleh persamaan $N_t$ = $N_0$ x $e^{-λ}$
$N_0$ = jumlah inti pada awalnya
Untuk t = t½ berrarti menjadi N = $frac{N_0}{Z}$ sehingga persamaan di atas akan menjadi:
$frac{N_0}{Z}$ = $N_0$ x $e^{-λ}$
Sehingga t½ = $frac{lnZ}{λ}$ atau t½ = $frac{0,693}{λ}$

Itulah beberapa informasi tentang zat radioaktif, sifat-sifat sinar radioaktif, serta peluruhan. Jika ada yang ingin ditanyakan, jangan sungkan mampir ke kolom komentar.