Kimia Inti

A.  Unsur Radioaktif 

  Unsur radioaktif secara sepontan m emancarkan radiasi, yang berupa partikel atau 

gelombang elek tromagnetik (no npartikel). Jenis-jenis radi asi yang dipancarkan unsur 

radioaktif adalah: 

1.   Partikel α  (Sinar α ), terdiri dari inti 2He4 yang bermuatan positip (2He4)2+. 

2.   Partikel β  (Sinar β ) atau -1e0, sama dengan elektron (e), bermuatan negatip. 

3.   Sinar γ , mirip dengan sinar-x, berupa foton dengan panjang gelombang sangat pendek  

(1 - 10-3 Å). 

4.   Partikel  β + ( +1e0), merupakan e lektron ber muatan positip  (pos itron). Um umnya 

dipancarkan oleh inti zat radioaktif buatan. 

5.   Elektron capture, sering bersam aan denga n pem ancaran positron, sebuah elektron pada 

kulit dalam diserap inti. 

  1p1  +  -1e0 ⎯→   0n1

Kekosongan elektron diisi elektron pada kulit luar dengan memancarkan sinar-x. 

 

B.  Peluruhan Inti 

1.   Penulisan Nuklida 

Nuklida adalah suatu inti atom yang ditandai dengan jumlah proton (p) dan neutron (n) 

tertentu, dituliskan:   zXA  

X = lambang unsur 

Z = nomor atom = jumlah proton (p) 

A = bilangan massa = jumlah proton dan neutron (p + n) 

 

2.   Isotop Stabil dan Isotop Tidak Stabil 

Nuklida-nuklida dari unsur yang sam a (de ngan jum lah proton sam a) tetapi jum lah 

neutron berbeda disebut isotop. Contoh isotop oksigen adalah: 8O16, 8O17, 8O18

Isotop yang m empunyai inti stabil disebut isot op stabil. Isotop tidak stabil m empunyai inti 

tidak stabil yang m erupakan nuklida radioak tif dan akan m eluruh. Nuklida yang dikenal  

terdapat lebih dari 3 000 nuklida, sekitar 280 di  antaranya adalah nuklida stabil dan lainnya 

adalah nuklida radioaktif. Beberapa contoh isotop stabil dan isotop tidak stabil adalah: 

Unsur   Isotop  stabil   Isotop  tidak stabil 

H   H1, H2   H 3

K   K39, K41   K38, K40, K42, K44

Co   Co59    C o57, Co58, Co60, Co61

Pb   Pb206, Pb208   Pb205, Pb207, Pb209

3.   Peluruhan Radioaktif Alam dan Radioaktif Buatan 

a.  Radioaktif Alam 

Unsur/nuklida radioaktif alam  yaitu unsur/nuk lida radioaktif yang dapat ditem ukan di 

alam, umumnya ditemukan dalam kerak bumi.  Semua unsur/nuklida radioaktif alam  yang 

bernomor atom tinggi akan termasuk salah satu dari deret radioaktif berikut: 

1)  Deret uranium, dimulai dari 92U238 berakhir pada 82Pb206. 

92U238  ⎯→   82Pb206  +  8 2α 4  +  6 -1β 0

2)  Deret thorium, dimulai dari 90Th232 berakhir pada 82Pb208. 

90Th232  ⎯→   82Pb208  +  6 2α 4  +  4 -1β 0

3)  Deret aktinium, dimulai dari 92U235 berakhir pada 82Pb207. 

92U235  ⎯→   82Pb206  +  7 2α 4  +  4 -1β 0

 

Unsur radioaktif bernomor atom rendah jarang ditemui. Contohnya: 19K40

19K40  ⎯→   20Ca40  +  -1β 0

 

b.  Radioaktif Buatan 

Unsur/nuklida radioaktif buatan adalah unsur/n uklida radioaktif yang  tidak terdapat di 

alam, tetapi dapat dibuat dari unsur/nuklid a alam . Isotop buatan pe rtama kali dibuat 

Rutherford (1919), adalah 8O17 yang tidak radioaktif. 

7N14  +  2He4  ⎯→   8O17  +  1H1

Isotop radioaktif buatan pertama adalah 15P30 (1934) 

13Al27  +  2He4  ⎯→   15P30  +  0n1

  15P30  ⎯→   14Si30  +  +1e0  

Unsur buatan yang pertama adalah neptunium (Np) 

  92U238  +  0n1  ⎯→   92U239

  92U239  ⎯→   93Np239  +  -1e0

Deret radioaktif buatan dimulai dari 93Np235 berakhir pada 83Bi209. 

 

c.  Laju Peluruhan Radioaktif 

1.  Persamaan Laju Peluruhan 

  Peluruhan radioaktif term asuk reaksi or do pertam a. Peluruhan unsur radioaktif 

sebanding dengan jumlah atomnya (N). 

dN 

−  ⎯    ∼   N 

dt 

dN 

−  ⎯    =  k.N        k = konstanta peluruhan ordo pertama (dt -1) 

dt 

Nt  dN                t 

∫   ⎯    =  −  k   ∫   d.t 

N

0

     N               0 

Nt

ln   ⎯    =  −  k.t 

N0

Nt  = N0.e- k.t

 

2.  Waktu Paruh 

Laju peluruhan m erupakan ukuran kesetabilan inti, biasan ya dinyatakan dalam  waktu 

paruh (t  ½  ), yaitu waktu yang diperlukan untuk m eluruh agar jum lah atom (N 0) m enjadi 

tinggal separuhnya (½ N0). 

½ N0

ln   ⎯⎯    =  −  k.t ½

N0

ln 2          0,693 

t ½  =  ⎯⎯     =   ⎯⎯  

k               k 

 

Di laboratorium  untuk m emudahkan pengukuran ju mlah atom  (N) atau radioaktifitas (A) 

dinyatakan dalam count (banyaknya peluruhan yang tercatat pada detektor) permenit. 

dN 

A  =  c.( −  ⎯  ) 

dt 

c = koefisien deteksi yang bergan tung jenis detektor, orientasi de tektor, jarak detektor dari 

sampel, dan lain-lain. 

Jika c dianggap tetap, maka: 

  A  =  A0.e- k.t

A0  =  radioaktifitas pada saat t = 0 

 

3.  Radioactive Dating 

Istilah radioactive da ting digunakan pada penggunaan ra diasi dari unsur radioaktif  

untuk m enentukan um ur atau usia (dating)  suatu bahan yang m engandung unsur radioaktif 

tersebut. Misalnya batuan yang semula m engandung U 238 dapat ditentukan um urnya dengan 

menghitung kadar Pb206 pada batuan sekarang. U238 akan berhenti meluruh jika telah terbentuk 

Pb206. 

92U238    ⎯→     82Pb206   +  8 2He4   +   6 -1e0  

Jadi setiap 238 gram U238 setelah berhenti meluruh akan menghasilkan 206 gram Pb206. Waktu 

paruh U238 adalah 4,5 x 10 9 tahun. Setelah 4,5 x 10 9 tahun, 1 gram U238 akan mengahsilkan (½ 

x 1 = 0,5) gram U238  dan ( ½ x 206⁄ 238 = 0,43) gram Pb206. 

Jika dimisalkan sedikit sampel batuan tersebut mengandung 1 gram  U238 dan 0,76 gram Pb206, 

maka: 

238 

Massa U238 semula (N0) = 1 + ( ⎯⎯  x  0,76) gram = 1,88 gram 

206 

Umur batuan (t) dapat dicari dengan persamaan: 

1                0,693 

ln   ⎯⎯    =  −  ⎯⎯⎯⎯   x  t 

1,88            4,5 x 109

4,5 x 109     1,88 

Jadi umur batuan tersebut (t) = ( ⎯⎯⎯⎯   )  x  ln   ⎯⎯     tahun   = 4,099 x 109 tahun 

0,693   1 

 

Umur sisa m ahluk hidup (fosil) dapat dite ntukan dengan m engukur radioaktifitas atau 

laju peluruhan C14 pada sisa m ahluk hidup dan diba ndingkan dengan laju peluruhan C 14 pada 

mahluk hidup sekarang ( ≈  laju peluruhan C 14 sem ula). Penggunaan radiasi C 14 untuk 

menentukan umur sisa mahluk hidup ini disebut Radiokarbon Dating.  

Misal radioaktifitas C14 pada fosil sisa tumbuhan = 10 peluruhan permenit pergram C14 

(= A), Radioaktifitas C 14 pada tum buhan sekarang = 50 peluruhan perm enit pergram C 14 (= 

Ao). Waktu paruh C14  = 5 730 tahun. Maka umur fosil (t) dicari dengan persamaan: 

10           0,693 

ln   ⎯    =  −   ⎯⎯   . t 

50           5 730 

50       0,693 

ln   ⎯    =  ⎯⎯   . t 

10       5 730 

5 730   50 

t = ⎯⎯⎯  x ln ⎯  tahun = 13 307,47 tahun 

0,693   10 

 

Contoh soal: 

1.  Waktu paruh U238 adalah 4,5 x 10 9 tahun. Setelah berapa lama U238 akan tersisa tinggal 30 

% dari semula ? 

2.  Waktu paruh Ra 226 adalah 1 600 tahun. Setelah berapa lam a 2 gram Ra226 menjadi tinggal 

0,125 gram ? 

3.  Aktivitas C14 dari contoh fosil tulang adalah 1/10 aktivitas C14 pada mahluk hidup sekarang. 

Berapa umur fosil tersebut jika waktu paruh C14 adalah 5 730 tahun ? 

D.  Reaksi Inti. 

Pada reaksi inti biasanya m assa s ebelum  reaksi tid ak sam a dengan m assa sesudah 

reaksi. Hal ini karena terjadi perubahan m assa m enjadi energi atau sebaliknya. Menurut 

Einstein: 

E = m.c2

c = 2,998 x 10-10 cm/dt  

1 sma ≈  931,4 MeV 

1 eV = 1,6021 x 10-12 erg 

1 erg = 10-7 joule 

1 MeV = 1,6021 x 10-13 J 

Misal selisih massa 0,1587 gram setara dengan pelepasan energi sebesar ±  14 300 juta Joule. 

Dikenal ada tiga m acam reaksi in ti, yaitu reaksi penem bakan dengan partikel, reaksi f isi, dan 

reaksi fusi. 

1.   Reaksi penembakan dengan partikel. 

Sebagai partikel penem bak (peluru) da pat berupa partikel ringan, m isalnya: 2α 4 ,  1p1 , 

0n1 ,  1D2 atau partikel berat, misalnya: 6C12 ,  7N14 ,  8O16. Rutherford (1919) dengan penem bak 

partikel α  berhasil mengubah 7N14 menjadi 8O17

7N14  +  2He4   ⎯→    8O17  +  1H1

atau dapat dituliskan: 

7N14 (α ,p) 8O17

Irene Curie (1933) dengan penembak partikel α  berhasil mengubah 13Al27 menjadi 15P30

  13Al27  +  2He4   ⎯→    15P30  +  0n1

Partikel kecil untuk penembak  diperoleh dari proses peluruhan isotop atau dari reaktor  

nuklir. Penem bakan dapat dengan pem ercepat partikel  (particle accelerator)  m isalnya 

siklotron. Dengan siklotron penem bak dapat  juga partikel besar.  Dengan siklotron  Glenn 

Seaborg dapat membuat unsur-unsur transuranium nomor atom 93 sampai dengan 105. 

Contoh: 

92U238  +  6C12   ⎯→    98Cf 246  +  4 0n1

92U238  +  7N14   ⎯→    99Es247  +  5 0n1

92U238  +  8O16   ⎯→    100Fm249  +  5 0n1

96Cm246  +  6C13   ⎯→    102No254  +  5 0n1

98Cf 249   +  6C12   ⎯→    104Ku257  +  4 0n1

 

2.   Reaksi fisi/pembelahan. 

Reaksi fisi m erupakan reaksi antara neut ron dengan suatu nuklida dari atom  berat, 

menghasilkan 2 m acam nuklida lain yang lebi h ringan. P ertama kali ditem ukan oleh  Otto 

Hahn (1939).  Fermi  (1914) m enemukan transuranium  dengan cara m enembak Uranium  

menggunakan neutron. Neutron cepat adalah neut ron yan g m emiliki energi tingg i (energ i 

kinetik) ±  14 MeV, dihasilkan dari  generator neutron, kemudian dilewatkan pada akselerator. 

Reaksi yan g terjadi dalam  reaktor : (n *,2n). Nuklida yang bereaksi  dengan neutron cepat 

umumnya 92U238 . 

  92U238   +   n*    ⎯→     56Ba138   +   37Rb99   +   2n 

Reaksi fisi dengan neutron  termal banyak dijumpai pa da r eaktor in ti. Nuklida  92U235 paling 

sering bereaksi fisi dengan neutron term al. Bila  92U235 ditembak dengan neutron term al akan 

menghasilkan nuklida baru dengan 2 atau 3 neutron dengan energi sebesar ±  200 MeV. 

92U235   +   n    ⎯→     56Ba138   +   36Kr 96   +   3n   +   200 MeV 

Neutron baru yang dihasilkan m empunyai energi  ±  2 MeV. Jika digunakan untuk reaksi fisi 

selanjutnya neutron ini m asih m empunyai  energi yang cukup tinggi, sehingga perlu 

diperlambat dengan m oderator (misalnya: air, air berat, grafit, berilium ) hingga  ±  0,025 eV. 

Bila reak tor inti dileng kapi m oderator, m aka reaksinya dapat dikendalikan dengan batang 

kendali untuk menyerap neutron, dan reaksi berlangsung secara berantai. 

 

3.   Reaksi fusi/penggabungan. 

Reaksi fusi m erupakan reaksi penggabungan  inti-inti ringan m enjadi inti baru yang 

lebih berat. Reaksi ini hanya berlangsung pada suhu tinggi (juta ° C), untuk memperoleh energi 

aktivasi agar inti-inti ringan dapat berga bung. Dalam  pros es penggabungan ini dihasilkan 

energi yang besar. Diperkirakan energi yang dipancarkan matahari adalah hasil fusi nuklir inti-

inti hidrogen menjadi inti helium: 

 4  1H1    ⎯→     2He4   +   2 1e0

Reaksi fusi terjadi pada bom  hidrogen, yang energi aktivasinya di peroleh dari reaksi fisi yang 

terjadi dalam bom: 

1H2   +   1H3   ⎯→     2He4   +   0n1   +    energi 

Sebagai sumber energi, penggunaan reaksi  fusi lebih m enguntungkan karena energi 

yang dihasilkan lebih besar dan tidak m enghasilkan isotop radioaktif. Isotop yang dihasilkan 

bersifat setabil, misalnya helium. Kesulitannya, reaksi fusi terkontrol perlu tem pat yang dapat 

menahan suhu tinggi (±  50 juta° C sampai dengan 200 juta° C). 

 

E.  Reaktor Inti. 

  Reaktor inti m erupakan tem pat berlangsungnya  reaksi pem belahan inti (reaksi fisi)  

secara terk endali. Reaktor inti yang  pertam a dibuat oleh  Fermi (1942). Berdasarkan tujuan 

penggunaannya, reaktor inti dibedakan menjadi reaktor penelitian dan reaktor daya. 

1.   Reaktor Penelitian. 

Reaktor Penelitian digunakan untuk tujuan  penelitian. R eaktor in i d idesain seba gai 

sumber neutron yang dapat digunakan untuk menghasilkan radioisotop, mengukur fluks, untuk 

analisa, dan sebagainya. Jenis reaktor penelitian misalnya: 

a.  Reaktor jen is TRIGA  (Training Research and Isotop e Production General Atomic) , 

menghasilkan fluks ne utron sekitar 10 11 - 10 12 nV. Digunakan untuk m enghasilkan 

radioisotop untuk keperluan penelitian fisika dan analisis berbagai bidang.

b.  Reaktor uji m aterial m enghasilkan fluks neutron dalam  orde 10 14 - 10 16 nV. Digunakan 

untuk tujuan reaksi, untuk m enguji m aterial, bahan bakar, kom ponen reaktor yang 

nantinya akan digunakan untuk komponen reaktor daya. 

 

2.   Reaktor Daya/Reaktor Nuklir. 

Reaktor daya ditujukan untuk m emulai reaksi  pembelahan (fisi) untuk m enghasilkan 

reaksi berantai, dapat m engendalikan reaksi  dan m emanfaatkan energi yang dihasilkan. 

Neutron yang dihasilkan adalah neutron  cepat dengan energi 2 MeV. Neutron yang 

menghasilkan reaksi fisi selanjutnya adalah  neutron termal dengan energi 0,025 eV. Nuklida 

yang digunakan dalam reaktor inti umumnya 92U235. 

92U235   +   0n1    ⎯→     56Ba138   +   36Kr96   +   3n   +   200 MeV 

Setiap 1 m ol  92U235 menghasilkan energi  ±  200 MeV, setara dengan  energi yang dihasilkan 

pada pembakaran 500 ton batubara. 

Komponen utama reaktor nuklir terdiri dari: 

a.  Bahan bakar. Bahan bakar ditem patkan dalam teras reaktor. Umumnya berupa pelet UO 2 

dibungkus dalam  kelongsong agar produkny a tetap terkungkung dalam  kelongsong 

tersebut. Uranium yang digunakan adalah uranium alam yang diperkaya dengan 92U235. 

b.  Moderator. Moderator umum nya berupa grafit, air berat, at au air biasa. Berfungsi untuk 

menurunkan energi neutron m elalui tumbukan. Diharapkan pada setiap tum bukan a ntara 

neutron dengan moderator, neutron akan kehilangan energi. 

c.  Batang kendali. Batang kendali berfungsi untuk mengendalikan jumlah reaksi yang terjadi 

dalam reaktor, dengan cara m enyerap neut ron. Bahan batang kendali harus m empunyai 

kemampuan menyerap neutron yang tinggi, seperti kadmium, boron, dan hafnium. 

d.  Pendingin. Umumnya reaktor m enggunakan moderator juga sebagai pendingin, m isalnya 

air yang disirkulasikan m enggunakan pompa. Pendingin lain yang bias a digunakan adalah 

helium, CO2, dan logam cair. 

e.  Penukar panas  (heat exchanger). Pendingin primer merupakan rangkaian tertutup. Bahan 

pendingin itu dikem balikan ke dalam  reaktor menggunakan pom pa, sedangkan panasnya 

dipindah pada sistem penukar panas. 

f.  Perisai radiasi. Perisai radiasi berfungsi menahan radiasi agar tidak keluar dari reaktor. 

 

F.   Dampak Radiasi. 

1.   Penggunaan Zat Radioaktif. 

Zat radioaktif banyak digunakan dalam  bida ng pertanian, kedokteran, industri, dan 

analisis, misalnya : 

a.  P32 digunakan untuk m empelajari penyerapa n pospor dalam  pupuk oleh tanam an, 

mempelajari fotosintesis pada tanaman. 

b.  Na24 dalam NaCl digunakan untuk diagnosa sirkulasi darah. 

c.  I131 untuk diagnosa fungsi kelenjar th iroid atau untuk terapi. Radiasi  γ  dapat merusak 

sebagian dari kegiatan thiroid dalam hiperthiroidism. 

d.  Radiasi γ  dari Co60 untuk penyembuhan tumor dan kangker. 

e.  Radiasi γ  dari Ra untuk pemandulan hama jantan. 

f.  O18 untuk mempelajari mekanisme reaksi esterifikasi. 

g.  U235 digunakan dalam reaktor nuklir (PLTN). 

2.   Bahaya/Efek Radiasi Bagi Tubuh Manusia 

Radiasi dari zat radioaktif dapat mengionkan partikel atau molekul zat yang dilaluinya, 

termasuk sel-sel tum buhan, hewan, dan m anusia. Daya mengionkan ini sebanding dengan 

energi radiasinya. Daya tem bus partikel/sinar  radioaktif berbeda-beda, dan bergantung pada 

energinya. Dalam aluminium perbandingan daya tem bus partikel α  : β  : γ  = 1 : 100 : 10 000. 

Di udara partikel  α  dapat m enembus sekitar 2,8 c m sa mpai 8,5 c m. Se tiap cm  uda ra yang 

dilintasinya, partikel α  dapat menghasilkan 50 000 sam pai 100 000 pasang ion (pasangan ion 

positif dan  elektron), partikel  β  m enghasilkan beberapa ratus pasang ion, dan sinar  γ  

menghasilkan beberapa pasang ion. Dengan energi yang sama, jumlah pasangan elektron yang 

dihasilkan partikel  α , β , dan  γ  juga ham pir sa ma karena  β  melintas lebih jauh dari  α  dan  γ  

lebih jauh lagi. 

Penggunaan radiasi dapat secara eksternal, yaitu dengan memancarkan radiasi dari luar 

tubuh, maupun secara internal, yaitu dengan memasukkan radioaktif ke tubuh, sehingga tubuh 

menjadi radioaktif. Akibat radiasi dapat  menimbulkan gangguan pada sel-sel tubuh, yang 

dapat terjadi dengan segera (d alam waktu pendek setelah ra diasi), maupun setelah beberapa 

lama radiasi. Efek radiasi bagi tubuh dapat berupa efek somatik maupun genetik. 

a.  Efek somatik (somatic effects). 

Efek somatik radiasi m empengaruhi sel som atik, sehingga pengaruhnya muncul pada diri 

yang bersangkutan dan tidak menurun ke generasi berikutnya. 

1).  Efek som atik nonstokostik. Efek som atik radiasi bersifat nonstokostik jika ada 

hubungan sebab akibat yang pasti antara dosi s radiasi yang diterim a dengan pengaruh 

yang ditimbulkan. Umumnya terjadi pada ja ringan yang memiliki laju penggantian sel 

yang tinggi. Akibatnya fungsi jaringan akan hilang. 

2).  Efek som atik stokostik. Efek somatik  radiasi bersifat stokostik jika tidak dapat 

dipastikan adanya hubungan antara dosis ra diasi yang diterim a tubuh dengan akibat 

yang ditim bulkan. Um umnya tidak segera m uncul se telah radiasi.  Bisa te rjadi jika 

terkena radiasi dosis tinggi (dosis akut) atau dosis rendah waktu lama (dosis kronis). 

b.  Efek Genetik (genetic effects). 

Efek genetik radiasi mem pengaruhi sel-sel ge rminal dan muncul pada keturunan. Efek 

genetik bersifat stokostik dan m uncul pada  korban radiasi. Radi asi dosis rendah dapat  

menyebabkan perubahan pada DNA  sehingga terjadi m utasi gen yang dapat m uncul pada 

beberapa keturunan. 

 

3.   Penaggulangan Bahaya Radiasi. 

Secara tekn is, untuk m engurangi tingkat ba haya radiasi terhadap tub uh pengguna 

radiadi dapat dengan cara m engatur waktu radi asi, m engatur jarak radiasi, dan mem asang 

perisai antara sum ber radiasi dengan tubuh.  Secara nonteknis, untuk m enanggulangi bahaya 

radiasi dapat dengan mengontrol atau mengawasi pemaparan yang dapat menimbulkan bahaya 

radiasi, diantaranya denga n cara m enghilangkan bahaya, m engawasi bahaya, m engawasi 

pekerja radiasi, dan dibuat peraturan. U ndang Undang Republik Indonesia nom or 10 tahun 

1997 tentang Ketenaganukliran mengatur tentang pembangunan, pengangkutan, penyimpanan, 

penyediaan, penggunaan tenaga nuklir dan keselamatan kerja terhadap radiasi.