MODUL FISIKA, kel 2 ganjil, kelas 12 MIPA 2

Nama kelompok :

1. Mariatul Kibtya (13)
2. M Abdullah Sholih Al Yafi (15)

3. M Faruqil Hikam (17)
4. M Suci Pujianto (19)
5. Nahdhiyatul Fitri Lisanda (21)
6. Nazihan Alifiyah Assyafi’ (23)

TEORI ATOM

 PENDAHULUAN

Gagasan awal konsep mengenai atom:

1) Demokritos menyatakan atom bersifat diskontinu (tidak dapat dibagi lagi).

2) Aristoteles menyatakan atom bersifat kontinu (dapat dibagi terus menerus).

Konsep dasar atom tersusun atas tiga partikel subatomik, yaitu elektron, proton, dan
neutron.

Teori-teori atom berkembang melalui beberapa teori, antara lain teori atom Dalton, Thomson,
Rutherford, Bohr, dan kuantum.

 TEORI ATOM DALTON, THOMSON DAN RUTHERFORD
 Teori atom dalton
Teori atom Dalton menjelaskan bahwa:

“Atom adalah partikel terkecil suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi.”
 Atom berbentuk bola pejal padat.
 Atom suatu unsur sifatnya sama, atom unsur yang berbeda sifatnya berbeda.
 Atom tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.
 Atom-atom dapat berikatan membentuk senyawa.
 Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap (hukum Lavoisier).
 Perbandingan massa atom-atom pembentuk suatu senyawa selalu tetap (hukum

Proust).

Kelebihan teori atom Dalton:
1. Merupakan teori atom pertama yang memunculkan teori-teori atom lain.
2. Dapat menerangkan hukum dasar kimia Lavoisier dan Proust.

Kekurangan teori atom Dalton:
1. Tidak dapat menjelaskan penyebab perbedaan sifat atom suatu unsur dengan unsur lain.
2. Tidak dapat menjelaskan kelistrikan/muatan materi.
3. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.

 Teori atom thomson
Teori atom Thomson menjelaskan bahwa:

“Atom adalah bola pejal padat bermuatan positif yang didalamnya tersebar elektron-
elektron bermuatan negatif, sehingga saling menetralkan satu sama lain.”

Thomson melakukan percobaan tabung sinar katoda yang bersifat negatif dalam penemuan
elektron.
Kelebihan teori atom Thomson:

1. Dapat menjelaskan keberadaan partikel subatomik.
2. Dapat menjelaskan massa atom.
3. Dapat menjelaskan kelistrikan/muatan atom.
Kekurangan teori atom Thomson:
1. Tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam atom.

 Teori atom rutherford
Teori atom Rutherford menjelaskan bahwa:

“Atom sebagian besar terdiri atas ruang kosong.”
 Massa atom terpusat pada inti atom yang
 bermuatan positif.
 Inti atom dikelilingi elektron yang
 bermuatan negatif pada lintasan tertentu.
Rutherford melakukan percobaan hamburan sinar α yang dibantu oleh Geiger dan Marsden.

Hasil percobaan :

Kelebihan teori atom Rutherford:
1) Dapat menjelaskan peristiwa hamburan sinar α pada lempeng emas.
2) Dapat menjelaskan keberadaan inti atom.
Kekurangan teori atom Rutherford:
1) Tidak dapat menjelaskan kestabilan atom, mengapa elektron tidak jatuh ke inti selama
mengelilingi inti atom.

Menurut hukum fisika klasik, benda bermuatan yang mengelilingi inti akan mengalami
percepatan dan memancarkan energi, lama kelamaan akan jatuh ke inti karena kehabisan
energi.
2) Tidak dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen yang bersifat diskret.

 SPEKTRUM ATOM HIDROGEN
a. Spektrum atom hidrogen adalah spektrum gelombang yang dipancarkan elektron ketika

bertransisi ke tingkat energi yang lebih rendah.
b. Spektrum atom hidrogen bersifat diskret, berbeda dengan spektrum Rutherford yang

bersifat kontinu.
c. Spektrum atom hidrogen terdiri atas :

1) Deret Lyman (berpindah ke kulit n = 1)
2) Deret Balmer (berpindah ke kulit n = 2)
3) Deret Paschen (berpindah ke kulit n = 3)
4) Deret Brackett (berpindah ke kulit n = 4)
5) Deret Pfund (berpindah ke kulit n = 5)
Panjang gelombang pada deret spektrum atom hidrogen dapat dirumuskan:

 TEORI ATOM BOHR
Teori atom Bohr dijelaskan oleh postulat Bohr.

Elektron bergerak dengan lintasan melingkar mengelilingi inti atom di bawah pengaruh gaya
Coulumb (sentripetal).

Elektron mengelilingi inti atom pada orbit/lintasan stasioner (kulit atom) dan pada tingkat
energi tertentu.

Elektron memancarkan energi jika bertransisi dari tingkat energi tinggi ke rendah,
danmenyerap energi jika bereksitasi dari tingkat energi rendah ke tinggi.

Elektron dapat berada pada lintasan stasioner jika momentum sudut elektron memenuhi
aturan tertentu.

Percobaan Franck-Hertz membuktikan kebenaran adanya tingkat energi pada atom.
Percobaan Franck-Hertz membuktikan bahwa terjadi penurunan arus pada tabung uap raksa
yang diberi tegangan dengan kelipatan tertentu.
Kelebihan teori atom Bohr:
1) Dapat menjelaskan kestabilan atom, atom terdiri atas beberapa kulit atom.
2) Dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen yang bersifat diskret.
3) Dapat menjelaskan jari-jari orbit elektron.
4) Dapat membuktikan adanya kuantisasi energi pada atom.
Kekurangan teori atom Bohr:
1) Teori hanya berlaku untuk atom/ion berelektron 1, misalnya H, He+, Li2+
2) Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman.

Efek Zeeman adalah peristiwa terpecahnya deret spektrum atom hidrogen menjadi beberapa
bagian akibat pengaruh medan magnet.
3) Melanggar teori kuantum.

PENGERTIAN BILANGAN KUANTUM
Elektron mengelilingi inti atom menurut lintasan tertentu.Untuk menyatakan tingkat
energi elektron digunakan bilangan kuantum. Ada empat macam bilangan kuantum yang
dapat menggambarkan keadaan elektron, yaitu:
1. bilangan kuantum utama
2. bilangan kuantum azimut
3. bilangan kuantum magnetik
4. bilangan kuantum spin
Bilangan kuantum utama menyatakan nama kulit atom. Energi terendah dimulai dari
kulit yang diberi nama kulit K, sedangkan energi yang lebih tinggi dengan nama kulit L,M, N
dan seterusnya Bilangan kuantum azimut menyatakan nama subkulit. Subkulit yang dikenal
adalah:
1. Orbital s (sharp)
2. Orbital p (principle)
3. Orbitald (diffuse) 4 4 4.Orbitalf (fundamental)

Ada kemungkinan untuk orbital yang lebih tinggi lagi dinyatakan dengan orbital g, h, i dan
seterusnya.

Bilangan kuantum magnetik menyatakan banyaknya orbital yang terdapat dalam
masing-masing subkulit, misalnya pada subkulit energi pada 3 orbitalp, p dan p, Bilangan
kuantum spin menyatakan arah putaran elektron pada sumbunya.

 Bilangan kuantum utama (n)

Untuk menyatakan orbit elektron pada kulit tertentu digunakan notasi K untuk energi
paling rendah kemudian L, M, N dan seterusnya untuk energi yang lebih tinggi. Masing-
masing kulit hanya dapat diisi oleh sejumlah elektron tertentu. Bagaimana mengetahui bahwa
kulit K terdiri dari dua elektron, kulit L maksimal delapan elektron dan berapa elektron
maksimal dapat mengisi kulit M?

Untuk mengetahui hal ini, marilah kita bahas mengenai bilangan kuantum utama (n).
Bilangan kuantum utama n merupakan bilangan yang bernilai bulat yaitu:

n= 1,2,3...
Nama kulit sesuai dengan besar nilai n yaitu:

n:1 kulit K
n:2 kulit L

n:3 kulit M
n:4 kulit N dan seterusnya
Banyaknya elektron maksimal yang dapat mengisi masing-masing kulit dapat dituliskan
dengan rumus:

2n dengan n = 1,2,3...
Misalnya untuk kulit L Kulit L→n: 2, jadi banyaknya elektron maksimal yang mengisi kulit
L adalah: 2x2²= 8 elektron

Dengan cara yang sama dapat dicari jumlah elektron terbanyak pada kulit-kulit yang lainnya.
Untuk atom hidrogen, energi total elektron dinyatakan oleh:

Menurut teori Bohr, besarnya momentum sudut elektron adalah tetapan Planck kali
bilangan bulat atau dituliskan dalam persamaan:

PARTIKEL PENYUSUN INTI

Menurut model atom Bohr, atom tersusun dari inti atom dan elektron yang
mengelilingi inti atom pada kulit kulit atom. Massa atom sebagian besar terkonsentrasi pada
bagian intinya yang tersusun atas neutron dan proton. Kedua patikel ini disebut nukleon dan
nuklida (penyusun inti). Suatu nuklida dengan simbol kimia X, nomor massa Adan nomor
atom Z ditulis sebagai berikut:

Dengan:



X = jenis unsur

Z = nomor atom (jumlah proton)

A =nomor massa (jumlah total neutron dan proton

N = jumlah neutron (A-Z)
 PENGERTIAN ISOTOP, ISOBAR, ISOTON, DAN ISOMER

Nuklida dapat diklasifikasikan berdasarkan kestabilan dan kepadatannya di alam serta
berdasarkan kesamaan jumlah A, Z dan N.

Berdasarkan kestabilan, nuklida-nuklida dapat dikelompokkan sebagai berikut:

a. Nuklida stabil yaitu nuklida yang memiliki A dan Z yang tetap. Sebagai contoh: 162
b. Radionuklida yaitu nuklida yang memiliki A dan Z yang dapat berubah. Nuklida ini

tidak stabil dan secara spontan meluruh menjadi nuklida lain. Radionuklida terdiri
atas radionuklida alam primer, radionuklida alam sekunder, radionuklida alam tersiser
dan radionuklir.

Berdasarkan jumlah A, Z dan N nuklida dapat digolongkan sebagai berikut:

a. Isotop yaitu nuklida-nuklida yang memiliki Z sama tetapi A (nomor massa) berbeda.
Isotop memiliki sifat kimiawi sama, sifat fisika beda.

b. Isoton yaitu nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama, tetapi nomor
massa berbeda. Isoton memiliki sifat fisika sama, sifat kimiawi beda.

c. Isobar yaitu nuklida-nuklida yang memiliki A sama, tetapi Z berbeda. Nuklida-
nuklida yang isobaris umumnya merupakan nuklida-nuklida cermin. Isobar memiliki
sifat kimiawi dan sifat fisika beda.

d. Isomer inti yaitu nuklida yang memiliki A dan Z yang sama dan sifat kimia sama
tetapi tingkat energinya berbeda.

 MASSA ATOM

Para ahli mempunyai beberapa metode untuk mengukur massa dari suatu atom. Salah satunya
adalah dengan menggunakan spektrometer.

Prinsip kerja dari spektrometer adalah sebagai berikut:

1. Atom yang hendak kita ukur ditempatkan pada suatu tempat pemanasan atau pengion,
sehingga terbentuk ion-ion dari atom tersebut.

2. Atom yang sudah bermuatan ini (ion) dilewatkan dengan kecepatan tertentu pada daerah
yang mempunyai medan magnet.

Sesuai dengan teori listrik dan medan magnet, jika sebuah ion dilewatkan pada suatu medan
magnet maka ion tersebut akan mengalami gaya Lorentz. Akibatnya, ion akan menempuh
suatu lintasan yang melingkar.

Berdasarkan teori mekanika dan teori magnet kita bisa menghitung massa ion dengan rumus
sebagai berikut:

Florentz = Fsentripetal

qvB = ^2


m =
^2

m =


Jika ion dipercepat menggunakan medan listrik E dan medan magnet pemercepat B0, maka
kecepatan yang dihasilkan v=E/B0, dengan mensubstitusikan ini ke dalam persamaan di atas
diperoleh:

m = . . 0.


Dengan:

m= massa atom (kg)

q = muatan (C)

B = medan magnet pembelok (Wb/m2 atau T)

B0= medan magnet pemercepat (Wb/m2 atau T)

E = medan listrik pemercepat (V/m)

r = jari-jari lintasan ion (m)

Massa atom sangatlah kecil, sehingga biasanya dinyatakan dalam satuan massa atom (sma)
atau atomic mass unit (amu).

1 sma = 1,66 x 10-27 kg = 931 MeV/c2

Dengan:

C = kecepatan cahaya (3x 10^8 m/s)
 DEFEK MASA DAN ENERGI IKAT INTI

Inti atom tersusun dari proton dan neutron sehingga massa inti seharusnya sama dengan
jumlah total massa nukleon-nukleonnya. Namun, pada kenyataannya massa inti selalu lebih
kecil daripada total massa nukleon-nukleonnya. Menurut kesetaraan massa dan energi yang
dikemukakan Einstein, defek massa ini berubah menjadi energi yang terdapat dalam inti
atom. Energi ini disebut energi ikat inti. Hukum kesetaraan antara massa dan energi adalah:

∆E = ∆m.c2
Dengan:

∆E = energi ikat inti (J)
∆m = defek massa (kg)
c = 3x10^8 m/s

Untuk ∆m dalam sma diperoleh:
∆E = ∆m (931 MeV/sma)

Pada bagian awal telah dijelaskan bahwa suatu unsur dapat dilambangkan dengan 2 X,
dengan A dan Z masing-masing adalah nomor massa dan nomor atom. Dari hubungan ini kita
dapat menentukan nilai energi ikat inti sebagai berikut:

∆E = [Zmp+(A-Z)mn-m ].931 mev

Dengan :
∆E= energi ikat inti suatu unsur

mp = massa proton

mn = massa neutron
m = massa inti
[Zmp+(A-Z)mn-m ] = ∆m (massa defek)

Massa atom dari berbagai unsur yang dipilih yang diperoleh dari pengukuran spektrometer
massa.
Selain dapat memisahkan berbagai unsur dan isotop berbeda, spektrometer massa juga dapat
memisahkan molekul-molekul berbeda. Spektrometer massa digunakan di laboratorium
Fisika, Kimia, Biologi dan Biomedikal.

RADIOAKTIFITAS

Radioaktifitas didefinisikan sebagai pemancaran sinar radioaktif (sinar a. B atau y)
secara spontan oleh inti inti yang tidak stabil (misal U-238) menjadi inti-inti yang lebih stabil.
Perubahan inti atom ini akan membentuk unsur baru. Pada peristiwa ini atom dikatakan
meluruh berdesintegrasi. Atom-atom yang mengalami peluruhan berlaku hukum kekekalan
nomor atom dan nomor massa.

Unsur yang memancarkan sinar radioaktif biasanya adalah inti berat yang tidak stabil.
Inti berat ini meluruh dengan memancarkan sinar radioaktif seperti partikel alfa, beta dan
gamma menjadi inti ringan yang stabil. Dari sekitar 2.300 inti yang telah diketahui, kurang
dari 300 yang merupakan inti stabil. Inti yang meluruh disebut dengan inti induk sedangkan
inti hasil peluruhan disebut inti anak.

 peluruhan a
Inti inti yang memancarkan sinar α (42 ) nomor massanya berkurang 4 dan nomor atomnya
berkurang 2, persamaan reaksinya ditulis:

→ −−24 + 24α
Sifat-sifat sinar alfa (α):

a. Sinar alfa (α) adalah inti atom helium (He) bermuatan +2e dan bermassa 4 sma.
b. Dapat menghitamkan film dengan jejak berupa garis lurus.
c. Memiliki daya tembus paling lemah dibandingkan sinar ß dan sinar y.
d. Memiliki daya ionisasi paling kuat dibandingkan sinar ß dan sinar y.
e. Memiliki jangkauan beberapa cm di udara dan + 10² mm dalam logam tipis.
f. Dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnetik.
g. Kelajuan sinar di udara + 0,054 c-0,07 c (c = kelajuan di ruang hampa).

 Peluruhan b
Inti-inti yang memancarkan sinar beta (tidak lain adalah elektron −01 atau −01 ) nomor
massanya tetap dan nomor atomnya bertambah 1. Persamaan reaksinya ditulis:

→ + 1 + −01 +v

Sifat-sifat sinar beta (B):

a. Sinar B adalah elektron berkecepatan tinggi yang keluar dari inti atom, bermuatan-1e
atau-1,6x 10-19 C.

b. Mempunyai daya tembus lebih besar daripada sinar α tetapi lebih kecil dari sinar γ.
c. Daya ionisasi lebih lemah dari sinar α.
d. Dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnetik.
e. Kecepatan partikel Bantara 0,32 c - 0,9 c.

f. Jejak partikel ß dalam bahan berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialaminya
di dalam atom.

g. Mempunyai jangkauan di udara dan logam lebih besar daripada sinar α.

 Peluruhan g

a. Peluruhan γ terjadi jika inti-inti yang dihasilkan dari peluruhan α dan β berada dalam
tingkat eksitasi bertransisi ke tingkat dasar.

b. Peluruhan γ disebabkan adanya interaksi medan elektromagnet dengan nukleon.
c. Sinar γ adalah gelombang elektromagnet yang berdaya tembus sangat besar.
d. Pada pemancaran sinar γ tidak terjadi perubahan massa maupun nomor atom.

Reaksi inti pemancaran sinar y ini biasanya ditulis sebagai :
→ + 1 + −01 + 00

Sifat-sifat sinar gamma (γ):

a. Tidak dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnetik.
b. Memiliki daya tembus paling kuat tetapi daya ionisasinya paling lemah.
c. Kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya di ruang hampa.
d. Jika mengenai bahan, dapat menimbulkan peristiwa fotolistrik, produksi pasangan

elektron-positron dan hamburan Compton.
e. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang

lebih kecil daripada sinar X, sehingga daya tembusnya lebih besar daripada sinar-X.

PELURUHAN (DISINTEGRASI)

Peluruhan (disintegrasi) adalah peristiwa pecahnya inti radioaktif secara spontan yang
memancarkan sinar radioaktif. Suatu inti radioaktif yang dibiarkan begitu saja makin lama
akan semakin mengecil karena ia terus-menerus memancarkan sinar radioaktif.

Kecepatan peluruhan suatu unsur menjadi unsur baru karena pemancaran sinar
radioaktif bergantung pada jumlah atom dan jenis unsur pemancar.

N = N0 . e ^λ.t
N⁰= jumlah inti atom radioaktif mula-mula

N= jumlah inti atom radioaktif yang tinggal
λ = tetapan peluruhan

t= waktu peluruhan

# Waktu Paro
Waktu paro (T) didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan oleh zat

radioaktif yang meluruh hingga jumlah inti atom radioaktifnya (atau aktivitas radiasinya)
tinggal setengah dari jumlah inti atom radioaktif semula. Dengan penjabaran matematis,
hubungan jumlah inti atom radioaktif sebelum meluruh (N) dengan jumlah inti atom setelah
meluruh (N) dengan waktu paro (T) dapat dituliskan sebagai berikut:

Dengan :
N0 = jumlah inti atom mula-mula (sebelum meluruh)
N = jumlah inti atom setelah meluruh
t = lama peluruhan
T = waktu paro

# Aktivitas Radioaktif
Telah diketahui bahwa unsur-unsur radioaktif alam atau buatan itu selalu meluruh

untuk menuju ke keadaan stabilnya. Aktivitas (kecepatan disintegrasi) adalah besaran yang
menyatakan jumlah peluruhan yang terjadi setiap sekon. Aktivitas unsur radioaktif
bergantung pada jumlah atom yang ada pada saat tertentu.
Jika N adalah jumlah atom radioaktif, maka laju peluruhan radioaktif (aktivitas) dinyatakan
sebagai:

Aktivitas inti radioaktif dapat dinyatakan dalam persamaan:

#Deret Radioaktif
Seringkali suatu peluruhan isotop radioaktif menghasilkan isotop lain yang juga

radioaktif. Inti anak yang radioaktif ini selanjutnya meluruh menghasilkan isotop ketiga yang
juga radioaktif. Proses peluruhan radioaktif ini terus berlangsung sampai diperoleh isotop

yang stabil. Proses peluruhan berturut-turut seperti ini dikatakan peluruhan radioaktif berantai
yang umumnya mengikuti tahapan-tahapan tertentu yang mengikuti suatu deret radioaktif.
Empat deret radioaktif

Delapan isotop pertama dari deret uranium

# Alat-alat deteksi radioaktivitas
Radiasi yang dipancarkan oleh peluruhan radioaktif merupakan radiasi yang tidak

nampak/tidak dapat dirasakan oleh manusia. Untuk itu, diperlukan alat yang dapat mengukur
dan mendeteksi aktivitas suatu unsur atau mengetahui ada dan tidaknya sinar-sinar radioaktif.
Sinar yang dipancarkan oleh radioaktif dapat mengionkan atom dari zat-zat yang dilaluinya.
Alat untuk mendeteksi dan mengukur keaktifan suatu unsur dibuat berdasarkan sifat tersebut.

1. Emulsi Film
Sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif, mengionkan lapisan emulsi sepanjang
lintasan yang dilaluinya di atas permukaan film. Bila film ini dicuci dan dicetak,
lintasan sinar radioaktif dapat dilihat dan diukur. Alat deteksi emulsi film merupakan
alat deteksi yang dapat dipakai untuk melihat jejak-jejak partikel-partikel bermuatan
secara langsung.

2. Pencacah Geiger Muller
Pencacah Geiger Muller yang disebut juga pencacah Geiger (Geiger counter) dibuat
dari sebuah tabung kaca yang tertutup pada lensa ujungnya. Kemudian pada bagian
dindingnya dilapisi logam tipis yang berfungsi sebagai katode. Di tengah-tengah
tabung sepanjang sumbunya dipasang kawat logam kecil yang berfungsi sebagai
anode.

3. Kamar Kabut Wilson
Kamar kabut adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi radioaktif atau
untuk melihat jejak ion berdasarkan prinsip pengembunan.

4. Sintilator
Sintilasi berarti percikan sinar/cahaya. Prinsip kerja sintilator berdasarkan fluoresens
zat. Fluoresens merupakan zat yang akan memancarkan cahaya (berkelip) ketika
terkena radiasi.

D. REAKSI INTI
Reaksi inti pada dasarnya adalah interaksi partikel penembak (projektif) yang terdiri dari
partikel elementer, foton, neutrino atau inti multinukleon dengan suatu inti target. Reaksi
tersebut dapat berupa penghamburan projektil atau eksitasi inti target yang diikuti oleh
transformasi inti menjadi inti lain dengan cara menangkap atau melepaskan partikel.
Pada setiap reaksi-reaksi inti selalu berlaku hukum berikut ini

a) Hukum kekekalan momentum yaitu jumlah momentumsebelum dan sesudah
tumbukan sama.

b) Hukum kekekalan nomor atom yaitu jumlah nomor atom sebelum dan sesudah reaksi
sama.

c) Hukum kekekalan nomor massa yaitu jumlah nomor massa sebelum dan sesudah
reaksi sama.

d) Hukum kekekalan energi total yaitu energi total sebelum dan sesudah reaksi sama.
Orang yang pertama kali melihat reaksi inti adalah Ernest Rutherford. Penulisan suatu reaksi
inti dapat dipersingkat sebagai berikut. Mula-mula tuliskan nuklida yang menjadi target
penembakan. Kemudian di dalam tanda kurung dituliskan partikel penembak (proyektil) dan
partikel yang dipancarkan dengan dipisahkan oleh tanda koma dan diakhiri dengan penulisan
nuklida hasil reaksi.
Secara umum persamaan reaksi inti dapat ditulis dalam bentuk:

Dengan :
X = inti saran
a = partikel penembak
Y = inti baru yang dihasilkan
b = partikel yang dihasilkan

Q = energi reaksi (energi kalor)
Harga Q suatu reaksi inti didefinisikan sebagai perbedaan antara energi diam X+a dan energi
diam Y + b.
Berdasarkan kesetaraan massa dan energi, harga energi reaksi inti Q dirumuskan.

Jika :
Q > 0 = disebut reaksi eksoterm
Q < 0 = disebut reaksi indoterm

# Pembentukan Isotop Radioaktif dari Reaksi Inti
Isotop radioaktif dapat diproduksi melalui suatu reaksi inti. Proses pembentukan isotop baru
yang radioaktif itu dilakukan dengan penembakan isotop yang stabil dengan suatu partikel.

REAKSI FISI DAN REAKSI FUSI DALAM MEKANISME BOM ATOM
DAN SENJATA TERMONUKLIR

Fisis Atom Hidrogen
Penemuan Thomson (1912) tentang sejumah spesies atom dengan sifat-sifat kimia

yang identik namun memiliki massa berbeda yang disebut isotop, mendorong perkembangan
ke arah penentuan massa atom atau inti secara lebih teliti. Cabang khusus ini dalam fisika inti
dirintis oleh Aston pada tahun 1917 yang dikenal sebagai spektroskopi massa. Pentingnya
cabang ini dapat dilihat dari kenyataan bahwa sejumlah besar informasi mengenai gaya dan
struktur inti dapat diperoleh dari hasil pengukuran masa secara teliti, yang di antaranya
menunjukkan adanya perbedaan ruas kanan dan kiri persamaan sebesar tenaga ikat inti.
Menurut model proton-neutron, deuterium memiliki sebuah proton dan sebuah neutron.
Masing-masing nucleon mempunyai spin intrinsic 1/2, sehingga spin total yang mungkin
adalah 0 (jika dua spin tersebut berlawanan arah) atau 1 (jika kedua spin searah) (Wiyatmo,
2014).

Di antara tahun 1919, ketika Rutherford mengumumkan penemuannya tentang
transmutasi nuklir buatan 42 + 147 → 11 + 178 dan tahun 1939, ketika reaksi fisi
ditemukan oleh Hahn, Stassman, Meitner, dan Frisch; hampir seluruh pengetahuan tentang
proses nuklir yang dapat dihasilkan dengan energi penembakan di atas 10 MeV telah
ditemukan. Karena kemudian energi penembakan inti telah dapat ditingkatkan sampai orde
10 BeV, dan banyak tipe-tipe baru raksi inti yang telah dihasilkan, termasuk meson dan
zarah-zarah tak stabil lainnya. Meskipun sekarang telah jelas bahwa zarahzarah tersebut

memainkan peran penting dalam gaya inti.
Seperti yang sudah dipahami secara umum bahwa kelemahan teori Rutherford
disempurnakan oleh Bohr dengan menambahkan 2 postulat (pengandaian), yaitu:

1. Setiap electron akan berputar mengelilingi inti atom dalam lintasan (orbit) tertentu
dan secara fisis perputarannya mempunyai momentum sudut tertentu.

2. Suatu atom tidak akan memancarkan radiasi atau menerima (menyerap radiasi),
apabila elektron yang mengelilingi inti masih tetap pada jalur lintasannya (orbit)
asalnya.

Apabila elektron mengalami perubahan jalur lintasan (orbit), maka atom tersebut akan
memancarkan radiasi atau menerima radiasi (menyerap radiasi). Dan tidak kalah penting
bahwa untuk dapat memahami kajian ini secara utuh maka harus memahami mengenai
postulat Bohr, berikut disampaikan postulat Bohr :

 Postulat 1
Atom hydrogen terdiri dari sebuah electron yang bergerak dalam suatu lintas edar
berupa lingkaran mengelilingi inti atom; gerak electron tersebut dipengaruhi oleh
gaya tarik Coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik. Postulat 1 memberikan
susunan atom hydrogen dan gaya yang bekerja antara inti atom dengan electron.

 Postulat 2
Lintas edar electron dalam atom hydrogen yang mantap, hanyalah yang mempunyai
harga momentum sudut L yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari tetapan
Planck dibagi 2 . Postulat 2 memberikan kuantisasi sistem atom, yang dikuantisasikan
adalah momentum sudut L. Kuantisasi ini juga mengkuantisasikan lintas edar electron
dalam atom.

 Postulat 3
Dalam lintas edar yang mantap, electron yang mengelilingi inti atom tidak
memancarkan energi eletromagnetic, dalam hal ini energi total atom E tidak berubah.
Postulat 3 menyatakan bahwa electron dalam orbit stasioner tidak memancarkan
energi elektromagnetik.

 Postulat 4
Energi elektromagnetik dipancarkan oleh sistem atom apabila sutu electron yang
melintasi orbit mantap dengan energi Ei secara tak sinambung berpindah ke suatu
orbit mantap lainnya berenergi Ef, pancaran energi elektro magnetiknya memiliki
frekuensi yang besarnya sama dengan: = − . Postulat 4 menyatakan bahwa
dalam transisi ℎ dari suatu orbit stabil ke orbit stabil lainnya, electron memancarkan
energi elektromagnetik (foton) dengan frekuensi yang sesuai dengan beda energi atom
pada dua keadaan stabil tersebut.

Model atom hydrogen merupakan model atom yang paling sderhana yang terdiri dari sebuah
electron orbit dan sebuah inti berupa proton. Gaya-gaya yang bekerja pada atom hydrogen
tersebut adalah (Wiyatmo, 2010) :

a) Gaya sentripetal : Dengan menyatakan massa electron, v adalah kecepatan electron, dan
r jari-jari orbit electron.

b) Gaya eletrostatik : Dengan e menyatakan muatan elementer electron.

Orbit electron akan mantap jika:
Reaksi Fisi Nuklir dalam Mekanisme Bom Atom
Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan atom berat menjadi atom-atom yang lebih kecil. Reaksi
fusi adalah reaksi penggabungan atom-atom ringan menjadi atom yang lebih berat. Reaksi
fisi masih dibagi lagi menjadi reaksi fisi terkendali dan reaksi fisi tak terkendali. Reaksi fisi
terkendali adalah reaksi inti yang terjadi di dalam reactor atom, sedangkan reaksi fisi tak
terkendali adalah reaksi inti yang tejadi pada bom atom. Secara garis besar reaksi fisi dapat
dijelaskan sebagai berikut:

X + n → X1 + X2 … + (2-3) n + E

Notasi pada reaksi tersebut adalah:
X = Atom sasaran yang merupakan unsur berat yang dapat membelah sehingga sering
disebut dengan bahan fisil, atau secara popular disebut dengan “bahan bakar”, karena dari
reaksi inti tersebut akan dihasilkan energi (E).
n = neutron penembak yang semula hanya 1, setelah reaksi inti menjadi 2 atau 3 neutron
baru.
X1,2 = radionuklida (unsur radioaktif) baru yang merupakan hasil dari reaksi fisi.
E = Energi yang dihasilkan dari reaksi fisi atau secara umum disebut sebagai energi
nuklir.

Reaksi termonuklir yang dapat terjadi, bisa berupa reaksi fusi inti Hidrogen, reaksi fusi rantai
proton-proton, reaksi pembentukan Helium dan reaksi fusi rantai KarbonNitrogen. Semua
reaksi fusi tersebut menghasilkan energi yang sangat tinggi. Akan tetapi reaksi fusi yang
paling tinggi energinya adalah reaksi fusi rantai Karbon-Nitrogen. Reaksi fusi rantai Karbon-
Nitrogen yang menghasilkan energi amat sangat tinggi adalah sebagai berikut:

C12+ H1 → N13 + ƴ + Energi nuklir

N13 → C13 + β+ + ν + Energi nuklir
C13 + H1 → N14 + ƴ + Energi nuklir
N14 + H1 → O15 + ƴ + Energi nuklir

O15 → N15 + β+ + ν + Energi nuklir
N14 + H1 → C12 + He4 + Energi nuklir

Reaksi Fusi Nuklir dalam Mekanisme Bom Termonuklir

Menurut Agung (1998) fusi nuklir pertama kali dihasilkan di bumi pada awal tahun 30-an,
dengan membombardir suatu target yang mengandung deuterium (isotop hydrogen dengan
masa dua kali hydrogen) dengan deuteron berenergi tinggi pada siklotron. Untuk
mempercepat pancaran deuteron, diperlukan sejumlah besar energi yang sebagian besar
muncul sebagai panas pada target. Sebagai hasil, tida diperoleh energi netto yang berguna.
Pada tahun 1950, pelepasan energi fusi pada skala besar namun tanpa terkendali dilaksanakan

pertama kalinya sebagai uji coba senjata termonuklir oleh AS, Uni Sovyet, Inggris dan
Perancis.

Contoh reaksi fusi adalah:

P

1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + E

T

Notasi reaksi fusi tersebut di atas adalah:

1H2 = atom Hidrogen dua atau atom Deuterium.
1H3 = atom Hidrogen tiga ata atom Tritium.
P>> = tekanan yang sangat tinggi, sehingga wadah untuk terjadinya reaksi fusi (reactor)
harus kuat agar dapat menahan tekanan tinggi tersebut.
T>> = suhu untuk memicu reaksi fusi sangat tinggi, ordenya bisa mencapai 10.000 derajat
Celcius. Suhu setinggi itu dapat dicapai dengan bantuan teknologi laser.
2He4 = atom Helium hasil reaksi fusi yang lebih berat dari pada atom 1H2 maupun atom
1H3.
0n1 = neutron hasil reaksi fusi.
E >>> = energi nuklir (panas) hasil reaksi fusi yang amat sangat tinggi. Ordenya dapat
mendekati 100.000 – 1.000.000 derajat Celcius. Secara teoretis reaksi fusi dapat
menghasilkan panas seperti yang terjadi di matahari.

RADIASI

Radiasi merupakan suatu bentuk energi yang dipancarkan dan diberikan seluruh atau
sebagian dari energinya energi yang dipancarkan dapat berupa sinar a b y sinar-x dan partikel
lainnya. Anda sudah mengetahui efek radiasi yang diakibatkan oleh bom atom yang
dijatuhkan di kota Hiroshima dan Nagasaki di Jepang efek radiasi ini tidak hanya dirasakan
oleh penduduk yang terkena langsung tetapi anak-anak yang dilahirkan pun mendapat efek
radiasi bom atom tersebut. Anda pun tentu masih ingat kasus kebocoran reaktor nuklir
chemobyl di uni Soviet yang membawa dampak negatif terhadap lingkungan sekitarnya.

Akan tetapi di samping akibat yang membahayakan itu radiasi dapat pula dimanfaatkan oleh
manusia untuk berbagai keperluan misalnya dalam bidang kesehatan dan pertanian.

1. Sumber-sumber radiasi

Disadari atau tidak makhluk di permukaan bumi selalu mendapat atau terkena radiasi yang
berasal dari lingkungannya baik itu dari radiasi alam maupun buatan manusia

Lebih dari 2 per 3 radiasi yang diterima berasal dari alam sumber daya alam tersebut antara
lain sebagai berikut:

1. Sinar kosmik yang berasal dari luar angkasa

2. Unsur-unsur radioaktif alam yang terkandung di dalam kerak bumi seperti kalium
thorium dan uranium

3. Tulang tulang binatang atau tulang manusia yang mengandung unsur kalium

Sumber radiasi buatan manusia antara lain sebagai berikut:
1. Alat-alat kedokteran seperti sinar x
2. Radio terapi
3. Reaktor nuklir

2. Dosis maksimum yang diperbolehkan
Tingkat keseriusan akibat radiasi sangat tergantung pada besarnya dosis dan lamanya
penyinaran. Sebagai ukuran satuan untuk radiasi adalah atau Mrem.
(Radiation equivalent for man) yaitu jumlah radiasi pengion yang menghasilkan efek biologi
yang sama dengan sejumlah dosis yang terserap dari sinar x
Sejarah rata-rata manusia menerima dosis radiasi 20 0 mrem /tahun dengan rincian pada tabel
11.6

3. Manfaat radiasi
Penggunaan dan pemanfaatan radiasi untuk manusia diselaraskan dengan pemakaian dan
kebutuhan sinar a sangat terbatas penggunaannya yaitu untuk diagonis dan terapi
Sinar b digunakan untuk pengobatan pada daerah permukaan sinar yang digunakan untuk
mensterilkan alat-alat pembunuh sel kanker dan mendapatkan mutasi gen.

Komponen-komponen utama dari suatu reaktor atom air bertekanan adalah sebagai berikut:
A. Batang control

Batang kontrol ini dibuat dari zat yang dapat menyerap lainnya misal baja kadmium atau baja
boron.

B. Bahan bakar
Bahan bakar ini ditempatkan di dalam teras reaktor pada suatu kontainer tempat yang tertutup
rapat untuk mencegah radiasi yang ditimbulkannya.

C. Moderator atau pendingin primer
Moderator digunakan untuk memperlambat Newton sehingga thermal energy dan molekul
gas pada suhu normal yang dapat digunakan untuk reaksi pembelahan berantai.

D. perisai radiasi
Perisai berfungsi untuk menahan radiasi yang dihasilkan oleh inti inti hasil fisik.

E. Pendingin
Pendingin dapat berbentuk cairan atau gas misalnya karbondioksida CO2 air H2O dan natrium
cair.
Berdasarkan kegunaannya reaktor atom dapat digolongkan sebagai

1. Reaktor penelitian
2. Reaktor produksi radioisotop
3. Reaktor daya
4. Reaktor untuk membuat plutonium dari unsur 238U

4. Radioisotop
Radioisotop adalah isotop radioaktif.

Unsur stabil bila dimasukkan ke dalam reaktor atom akan menjadi tidak stabil.
Misalnya kobalt (co). Setelah dimasukkan ke dalam raktor atom, menyerap neutron dan
menjadi isotop yang Raioaktif dengan memancarkan sinar gamma

Sekarang ini radioisotop yang dihasilkan dari reaktor atom dapat dimanfaatkan untuk
bermacam-macam kebutuhan diantaranya pada bidang kedokteran industri pertanian dan
hidrologi