KIMIA NUKLIR
1. Uranium ore - material dasar bahan bakar nuklir
2. Yellowcake - bentuk uranium guna dikirim ke pabrik pengkayaan uranium
3. UF6 - uranium dalam pengkayaan
4. Bahan bakar nuklir - berbentuk padat, secara kimia bersifat inert
Setiap
inti mengandung proton dan neutron. inti yang tidak stabil mereka
memancarkan partikel dan atau radiasi elektromagnetik secara spontan
atau disebut radioaktivitas. elemen yang memiliki nomor atom lebih besar
dari 83 adalah radioaktif contohnya isotop polonium, polonium-210
(210Po), meluruh secara spontan 206Pb dengan memancarkan partikel
α. Jenis radioaktivitas lain, yang dikenal sebagai transmutasi nuklir,
yaitu hasil dari pemboman inti oleh neutron, proton, atau inti lainnya.
- Perbandingan Reaksi Kimia dan Reaksi Nuklir Reaksi Kimia
Tabel 19.1 merangkum perbedaan reaksi kimia
Reaksi Kimia Reaksi Nuklir
1. Atom disusun kembali dengan memutuskan 1. unsur ( atau isotop dari unsur yang sama
dan membentuk ikatan kimia. diubah dari satu unsur ke unsur yang lainnya
2. Hanya elektron dalam orbital atom / molekul 2. Proton, neutron, elektron, dan partikel
yang terlibat dalam pemutusan&pembentukan ikatan. elementer lainnya mungkin terlibat
3. Reaksi disertai dengan penyerapan atau 3. Reaksi disertai dengan penyerapan atau pelepasan energi dalam jumlah yang relatif kecil pelepasan energi dalam jumlah besar
4. Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu,tekanan 4. Laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi oleh konsentrasi, dan katalis suhu, tekanan, dan katalis
superskrip
dalam setiap kasus menunjukkan nomor massa (jumlah total neutron dan
proton) dan subskrip adalah nomor atom (jumlah proton). Jadi, "nomor
atom" proton adalah 1, karena terdapat satu proton, dan "nomor massa"
juga . 1, karena hanya ada satu proton tetapi tidak ada neutron.
Sebaliknya, "nomor massa" neutron adalah 1, tetapi "nomor atom" -nya
nol, karena tidak ada proton. Untuk elektron, "nomor massa" adalah nol
(tidak ada proton atau neutron), tetapi "nomor atom" adalah 21, karena
elektron memiliki muatan negatif satuan.
Simbol 20e mewakili sebuah elektron di dalam atau dari orbital atom. Simbol 20b
mewakili sebuah elektron yang, meskipun secara fisik identik dengan
elektron lain, berasal dari inti (dalam proses peluruhan di mana neutron
diubah menjadi proton
dan elektron) dan bukan
dari orbital atom. Positron memiliki massa yang sama dengan elektron,
tetapi memiliki muatan 11. Partikel α memiliki dua proton dan dua
neutron, sehingga nomor atomnya adalah 2 dan nomor massanya adalah 4.
Dalam menyeimbangkan persamaan nuklir apa pun, kami mengamati aturan berikut:
• Jumlah total proton ditambah neutron dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor massa).
• Jumlah total muatan nuklir dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor atom).
Jika
kita mengetahui nomor atom dan nomor massa semua spesies kecuali satu
dalam persamaan nuklir, kita dapat mengidentifikasi spesies yang tidak
diketahui dengan menerapkan aturan ini, seperti yang ditunjukkan pada
Contoh 19.1, yang menggambarkan bagaimana menyeimbangkan persamaan
peluruhan nuklir.
Positron
adalah antipartikel elektron. Pada tahun 2007 fisikawan disiapkan
dipositronium (Ps 2), yang hanya berisi elektron dan positron. Diagram
di sini menunjukkan posisi inti pusat yang mengandung positron (merah)
dikelilingi oleh elektron (hijau). Ps 2 spesies ada kurang dari satu
nanodetik sebelum elektron dan positron memusnahkan satu sama lain
dengan emisi γ sinar.
19.2. Stabilitas Nuklir
Inti
menempati bagian yang sangat kecil dari total volume atom, tetapi ia
mengandung sebagian besar massa atom karena baik proton maupun neutron
berada di sana.mempelajari stabilitas inti atom, akan sangat membantu
untuk mengetahui sesuatu tentang kerapatannya, karena ia memberi tahu
kita betapa rapatnya partikel-partikel tersebut.
contoh :
sebuah
nukleus memiliki jari-jari 5 3 1023 pm dan massa 1 3 10222 g.
Angka-angka ini secara kasar sesuai dengan nukleus yang mengandung 30
proton dan 30 neutron. Kepadatan adalah massa / volume, dan kita dapat
menghitung volume dari jari-jari yang diketahui (volume bola adalah 4
3pr3, di mana r adalah jari-jari bola).
Faktor
utama yang menentukan apakah sebuah inti stabil adalah rasio
neutronto-proton (n / p). Untuk atom stabil dari unsur-unsur yang
memiliki nomor atom rendah, nilai n / p mendekati 1. Dengan meningkatnya
nomor atom, rasio neutron-ke-proton dari inti stabil menjadi lebih
besar dari 1. Deviasi pada nomor atom yang lebih tinggi ini muncul
karena sejumlah besar neutron dibutuhkan untuk melawan tolakan yang kuat
di antara proton dan menstabilkan inti. Aturan berikut berguna dalam
memprediksi stabilitas nuklir:
1. Inti yang
mengandung 2, 8, 20, 50, 82, atau 126 proton atau neutron umumnya lebih
stabil daripada inti yang tidak memiliki bilangan ini .
Tabel 19.2 .Jumlah Isotop Stabil dengan Bilangan Genap dan Ganjil dari Proton dan Neutron
Neutron Proton Jumlah Isotop Stabil
Odd Even 50
Even Odd 53
Even Even 164
adalah
10 isotop stabil timah (Sn) dengan nomor atom 50 dan hanya 2 isotop
stabil antimon (Sb) dengan nomor atom 51. Nomor 2, 8, 20, 50, 82, dan
126 dipanggil angka ajaib. Signifikansi angka-angka ini bagi stabilitas
inti serupa dengan jumlah elektron yang terkait dengan gas mulia yang
sangat stabil (yaitu, 2, 10, 18, 36, 54, dan 86 elektron).
2. Inti dengan jumlah proton dan neutron genap umumnya lebih stabil dibandingkan dengan jumlah partikel ganjil (Tabel 19.2)
3.Semua
isotop unsur dengan nomor atom lebih tinggi dari 83 bersifat
radioaktif. Semua isotop teknesium (Tc, Z 5 43) dan promethium (Pm, Z 5
61) bersifat radioaktif.
Gambar
19.1 Plot neutron versus proton untuk berbagai isotop stabil, diwakili
oleh titik. Garis lurus mewakili titik-titik di mana rasio
neutron-proton sama dengan 1. Area yang diarsir mewakili sabuk
stabilitas.
Gambar
diatas menunjukkan plot jumlah neutron versus jumlah proton dalam
berbagai isotop. Inti stabil terletak di area grafik yang dikenal
sebagai sabuk stabilitas. Sebagian besar inti radioaktif terletak di
luar sabuk ini. Di atas sabuk stabilitas, nuklei memiliki rasio
neutron-ke-proton yang lebih tinggi daripada yang ada di dalam sabuk
(untuk jumlah proton yang sama). Untuk menurunkan rasio ini (dan
karenanya bergerak menuju sabuk stabilitas), inti ini menjalani proses
berikut, disebut β- emisi partikel
1 1 0
0n => 1p + -1b
Emisi
partikel beta menyebabkan peningkatan jumlah proton dalam inti dan
penurunan jumlah neutron secara bersamaan. Beberapa contohnya adalah
14 14 0
6C => 7N + -1b
40 40 0
19K => 20Ca + -1b
97 97 0
40Zr => 41Nb + -1b
Di
bawah sabuk stabilitas inti memiliki rasio neutron-ke-proton yang lebih
rendah daripada yang ada di sabuk (untuk jumlah proton yang sama).
Untuk meningkatkan rasio ini (dan dengan demikian bergerak ke atas
menuju sabuk stabilitas), inti ini mengeluarkan positron
1 1 0
0n => 1p + +1b
atau menjalani penangkapan elektron. Contoh emisi positron adalah
38 38 0
19K => 18Ar + +1b
Penangkapan
elektron adalah penangkapan elektron — biasanya elektron 1s — oleh
inti. Elektron yang ditangkap bergabung dengan proton untuk membentuk
neutron sehingga nomor atom berkurang satu sedangkan nomor massanya
tetap sama. Proses ini memiliki efek bersih yang sama dengan emisi
positron:
37 0 37
18Ar => -1e + 17Cl
55 0 55
26Fe => 21e + 25Mn
Energi Pengikat Nuklir
Ukuran
kuantitatif stabilitas nuklir adalah energi ikat nuklir, yang merupakan
energi yang dibutuhkan untuk memecah inti menjadi komponen proton dan
neutronnya. Kuantitas ini merepresentasikan konversi massa menjadi
energi yang terjadi selama reaksi nuklir exo termik.
Konsep
energi ikat nuklir berevolusi dari studi sifat-sifat nuklir yang
menunjukkan bahwa massa inti selalu lebih kecil dari jumlah massa
nukleon, yang merupakan istilah umum untuk proton dan neutron dalam
sebuah inti. Misalnya, file19Isotop F memiliki massa atom 18,9984 amu.
Inti memiliki 9 proton dan 10 neutron dan karenanya total 19 nukleon.
Menggunakan massa yang diketahui dari1Atom H (1,007825 amu) dan neutron
(1,008665 amu), kita dapat melakukan analisis berikut. Massa 91Atom H
(yaitu massa 9 proton dan 9 elektron) adalah :
9x1.007825amu=9.070425amu
dan massa 10 neutron adalah
10 x 1.008665 amu= 10.108665 amu
Oleh karena itu, massa atom a 19F dihitung dari jumlah yang diketahui elektron, proton, dan neutron adalah :
9.070425 amu + 10.08665 amu =19.15708 amu
yang lebih besar dari 18.9984 amu (massa terukur dari 19F) oleh 0,1587 amu.
Perbedaan
antara massa atom dan jumlah massa pro-ton, neutron, dan elektronnya
disebut cacat massa. Teori relativitas memberi tahu kita bahwa
kehilangan massa muncul sebagai energi (panas) yang dilepaskan ke
lingkungan. Jadi, formasi dari19F eksotermik. Hubungan kesetaraan energi
massa Einstein menyatakan hal itu
E =mc^2
di
mana E adalah energi, m adalah massa, dan c adalah kecepatan cahaya.
Kita bisa menghitung besarnya energi yang dilepaskan dengan menulis
𝛥E = (𝛥m)c2
di mana 𝛥E dan 𝛥m didefinisikan sebagai berikut:
𝛥E = energi produk - energi reaktan
𝛥m = massa produk - massa reaktan
Jadi, perubahan massa diberikan oleh
𝛥m=18,9984 amu - 19,15708 amu
= -0.1587 pagi
Karena
19F memiliki massa yang kurang dari massa yang dihitung dari jumlah
elektron dan nukleon yang ada, ¢ m adalah besaran negatif. Akibatnya, ¢ E
juga merupakan besaran negatif; yaitu, energi dilepaskan ke lingkungan
sebagai hasil dari pembentukan inti fluor-19. Jadi kami menghitung ¢ E
sebagai berikut:
𝛥E = (-0,1587amu) (3,00 x 108 m/s)
= -1.43 3 1016 amu m2/ s2
Dengan faktor konversi
1 kg = 6.022 x 1026 amu
1J =1 kg m2/s2
𝛥E = (-2,37x 10-11 m/s) (6,002 x 1023 /mol)
=-1,43 x 1013 j/mol
=-1,43 x 1010 kj/mol
oleh karena itu energi ikat nuklir adalah -1,43 x 1010 kj/mol untuk 1 mol inti fluor -19.
Reaksi
kimia hanya berkisar sekitar 200kj.Energi ikar nuklir merupakan
indikasi kestabilan dua inti mana pun,fakta memperhitungkan bahwa mereka
memiliki jumlah nukleon yang berbeda.Untuk lebih berarti mengunakan
enegi ikat inti per nukleon yang didefenisikan sebagai:
Energi ikat per nukleon= Energi pengikat nuklir/jumlah nukleon
Untuk florin -19 nukleus
Energi ikat per nukleon =2,37x 10-11 m/s /19 nukleon
=1,25 x 10-12 j/nucleon
19.3 Radioaktivitas Alami
Inti
di luar sabuk kestabilan, serta inti dengan lebih dari 83 proton,
cenderung tidak stabil. Emisi spontan oleh inti partikel yang tidak
stabil atau radiasi elektromagnetik, atau keduanya, dikenal sebagai
radioaktivitas. Jenis utama radiasiadalah: partikel α (atau inti helium
bermuatan ganda, He21); Partikel β (atau elektron);Sinar, yang panjang
gelombangnya sangat pendek (0,1 nm sampai 1024nm) gelombang
elektromagnetik;emisi positron; dan penangkapan elektron. Disintegrasi
inti radioaktif seringkali merupakan awal dari radioaktifderet
peluruhan, yang merupakan rangkaian reaksi nuklir yang pada akhirnya
menghasilkanpembentukan isotop stabil. Tabel 19.3 menunjukkan rangkaian
peluruhan yang terjadi secara alami.
Kinetika peluruhan Radioaktif
Semua peluruhan radioaktif mematuhi kinetika orde pertama.Oleh karena itu peluruhan radioaktif pada waktu t diberikan oleh:
laju peluruhan pada waktu t = λN
λ = konstanta laju orde pertama
N = jumlah inti radioaktif yang ada pada waktu t.
Peluruhan radioaktif berbasis penentuan tunggal
Waktu paruh isotop radioaktif telah telah digunakan sebagai "jam atom" untuk menetukan usia benda tertentu.
- penanggulangan radio karbon
- Penanggulangan menggunakan Urnanium 238 isotop
- Penanggulangan menggunakan potasium -40 isotop
19.4. Transmutasi Nuklir
Ruang
lingkup kimia nuklir akan sedikit sempit jika studi dibatasi pada unsur
radioaktif alam. Eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford pada tahun
1919,menyarankan radioaktivitas secara artifisial.Ketika dia
memborbardir sampel "a" nitrogen dengan partikel ∝ menunjukan reaksi
berikut:
14 4 17 1
7N + 2a => 8O + 1P
Isotop
oksigen -17 diproduksi dengan emisi proton.Reaksi ini mendemonstrasikan
untuk pertama kalinya kelayakan untuk mengubah satu elemen menjadi
elemen lainnya,dengan transmutasi nuklir.Trnasmutasi nuklir berbeda
dengan peluruhan radioaktif yang disebabkan oleh tumbukan dua partikel.
Akselerator Partikel
Banyak
isotp sintetis dibuat dengan menggunakan neutron sebagai
proyektil.Pendekatan ini sangat cocok karena neutron tidak membawa
muatan oleh karena itu tidak ditolak oleh target inti.Sebaliknya saat
proyektil adalah partikel bermuatan positif harus memiliki energi
kinetik yang cukup besar untuk mengatsi tolakan elektrostatis anatar
keduanya dari mereka sendiri dan inti target.
gambar 19.4
skematis
dari akselerator partikel siklotron. Partikel (ion) yang akan
dipercepat dimulai dari pusat dan dipaksa untuk bergerak dalam jalur
spiral melalui pengaruh medan listrik dan magnet sampai itu muncul
dengan kecepatan tinggi. Medan magnet tegak lurus dengan bidang dees
(disebut juga karena bentuknya), yang berongga dan berfungsi sebagai
elektroda
Pulau Stabilitas
Sintesis
terakhir unsur 117 pada tahun 2010 mengisi tabel periodik hingga 118
yang sudah di buat. ilmuwan nuklir percaya bahwa beberapa unsur yang
lebih berat mungkin menempti sebuah "Pulau Stabilitas" dimana atom-atom
memiliki umur paruh yang lebih lama.Inti atom dapat dianggap konsentris
cangkang proton dan neutron.Inti paling stabil terjadi ketika kulit
terluar terisi.
Langkah - Langkah
1) Masukkan semua alat dan bahan ke skema rangkaian.
2)
Ke terminals mode untuk mengambil ground, lalu ke generator mode untuk
mengambil DC, dan ke instrument untuk mengambil voltmeter, letakkan pada
skema rangkaian
3) Sambungkan setiap kabel pada alat dan bahan.
4) Sebelum diuji, ubah string pada resistor menjadi 250, ubah DC menjadi 10 volts
5) Masukkan program file sensor gas pada program file dalam sensor MQ-2
6) Rangkaian sudah dapat diuji.
Rangkaian Simulasi
Sebelum Dijalankan :
Sesudah Dijalankan:
Prinsip Kerja Rangkaian
Pada rangkaian ini akan mendeteksi gas hidrogen dari percobaan
elektroda platina + larutan HCl. Jika gas terdeteksi oleh sensor, maka
akan megalirkan arus ke resistor, lalu ke npn, lalu ke relay, dan
membuat LED green menyala.
No comments:
Post a Comment