BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar belakang       Setiap atom memilikiinti atom yang dikelilingiolehelektron-elektron yang bergerakdalamorbitnyamasing-masing.didalamsetipinti atom tersebut (11H) terdapatduajenispartikelyaitu proton danneutron.beberapa atom memilikiinti atom yang tidakstabil,yangsewaktu-waktudapatmengemisikanpartikeldanataugelombangradiasielektromagnetig yang terjadisecaraspontan.      Fenomenasepertiini di dalamkimiaintidikenalsebagairadioaktifitas.Zat yang mengandunginti yang tidakstabildisebutzatradioaktif.semuaunsur yang memilikinomorataodiatas 83 merupakanzatradioaktif.contohnya,isotope Po-210,Ra-226,dan U-235.

Inti yang tidakstabilakanmengemisikanpartikel-partikeltertentumelalui proses yang di sebutsebagai REAKSI INTI atau REAKSI NUKLIR. Reaksiintiberbedadenganreaksikimiapadaumumnya.reaksiintimenyagkutperubahanpadasusunanintiatomnyasedangkanreaksikimiahanyamelibatkanperu

1

bahanelektronpadakulit atom untukpembentukanataupemutusanikatankimia.

  Telahdiketahuibahwa atom terdiriatasinti atom danelektron-elektron yang beredarmengitarinya.Reaksikimiabiasa (sepertireaksipembakarandanpenggaraman), hanyamenyangkutperubahanpadakulit atom, terutamaelektronpadakulitterluar, sedangkaninti atom tidakberubah.Reaksi yang menyangkutperubahanpadaintidisebutreaksiintiataureaksinuklir (nukleus=inti).            Reaksinuklirada yang terjadisecaraspontanataupunbuatan.Reaksinuklirspontanterjadipadainti-inti atom yang tidakstabil.Zat yang mengandungintitidakstabilinidisebutzatradioaktif.Adapunreaksinuklirtidakspontandapatterjadipadainti yang stabilmaupun,inti yang tidakstabil. Reaksinuklirdisertaiperubahanenergiberuparadiasidankalor.Berbagaijenisreaksinuklirdisertaipembebasankalor yang sangatdasyat, lebihbesardanreaksikimiabiasa.

1.2  Rumusan masalah1.      Apa yang di maksud

denganEnergetikaReaksiInti ?2.

BagaimanaMekanismeEnergetikaReaksiInti?

2

1.3  TujuanBerdasarkan rumusan masalah yang telah

dikemukakan diatas, maka tujuan penulisan yang ingin dicapai adalah sebagai berikut :

1.      Untuk mengetahui apa ituEnergetika reaksi inti.

2.      Untuk mengetahui mekanisme EnergetikaReaksiInti.

3

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 EnergetikaReaksiIntiDalamfisika, inti atom

disebutjuganuklir.Jadinuklirmerupakanbagian yang sangatkecildari atom dimanamassasuatu atom terpusatkan. Setiapperistiwa yang berkaitandengannuklirselaluterjadi didalaminti atom.Jikaduaintisalingberdekatan, penyusunankembalinukleondapatterjadisehinggaterbentuksatuataulebihintibaru . Proses sepertiinidisebutreaksinuklir. Dalambahasasederhananyareaksinukliradalahreaksi yang terjadidalaminti atom.Energi yang dikeluarkanolehinti atom padasaatterjadinyareaksiintidisebutenerginuklir.Padaprinsipnyasebuahreaksidapatmelibatkanlebihdariduapartikel yang bertabrakan.

Reaksiiniialah proses yang terjadiapabilapartikel-partikelnuklir (nukleonatauinti) salingmengadakankontak. Reaksinuklirdapatditulisdenganpersamaan:

x+X →Y + y (1)X adalahintiawal, Y intiakhir, sedang adan b

masing-masingadalahpartikeldatangdan yang

4

dipancarkan. Apabilasuatupartikel a ditembakkanpadainti X, makaadabeberapakemungkinan yang terjadi, yaknihamburanelastik, hamburaninelastikdanreaksiinti.

Yang berartisebuahpartikelxmenumbukintiX , hasilreaksiberupaintiY danpartikel y. Persamaan (1) dapatjugaditulissebagai

X(x,y)Y (2)

Contohreaksinukliradalahpartikelalfa yang berasaldarisumberalamiahmenumbukberiliummenghasilkankarbondanpartikel neutron.Persamaanreaksinukliriniadalah

Be+ He→ N+ n01

714

24

49 (3)

Energi reaksi inti yang timbul diperoleh dari penyusutan massa inti, yaitu perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan jumlah massa inti atom sesudah reaksi.Suatu reaksi inti membutuhkan penggunaan kesetaraan massa dan energi yang dirumuskan oleh Albert Einstein

E = mc2

Bila massa nuklida yang tepat diketahui, kita dapat menghitung energi reaksi inti dengan

5

menggunakan rumus diatas. Lambang m menyatakan perubahan massa bersih (dalam satuan kg), sedangkan c adalah kecepatan cahaya(dalam meter/detik). Energi E dinyatakan dalam Joule. Apabila semua massa inti atom dinyatakan dalam sma (satuan massa atom), maka energi total yang dimiliki massa sebesar 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV (1 sma = 1,66 × 10-27 kg, c = 3 × 108 m/s dan 1 eV = 1.6 × 10-19 Joule)            Dalam reaksi inti, energi seringkali dilepaskan atau diserap. Suatu reaksi melepas energi berarti energi kinetik partikel-partikel setelah reaski lebih besar dari energi kinetik partikel-partikel sebelum reaski. Penambahan energi ini datang dari pengubahan energi diam menjadi energi kinetik. Jumlah energi yang dilepas diukur oleh nilai Q reaksi inti, yang didefinisikan sebagi selisih antara energi kinetik akhir dan awal.

DalamreaksinuklirberlakuHukumKekekalanEnergi.Denganmenggunakan system koordinatlaboratorium (LAB coordinatsystem )jikaEi

adalah energy awaldanE f adalahenergiakhir.2.2 SistemKoordinatLaboratorium (SKL)

Jikainti target dianggapdalamkeadaandiam, dinamakansistemlaboratorium.Analisisreaksi yang terjadibilanukleon yang bergerakatauintimenumbukinti lain yang diambisadisederhanakandenganmemakaisistemko

6

ordinat yang bergerakdenganpusatmassapartikel yang bertumbukan. Jikapartikelbermassa mAdanberkelajuan v datangpadasebuahpartikeldiambermassamBjikadilihatdaripengamatdalamlaboratorium. DalamreaksinuklirberlakuHukumKekakalanEnergi. Denganmenggunakansistemkoordinatlaboratorium , jikaEiadalahenergiawaldanEfadalahenergiakhirmaka :

Ei=K x+mx c2+K X+M X c

2 (4)E f=KY +mY c2+K y+M y c

2 (5)

Ei=Ef (6)

Substitusikanpersamaan (4) dan (5) ke(6)sehinggadiperoleh:

K x+mxc2+K X+MX c2=KY+mY c2+K y+M yc

2

[ (KY +K y )−(K X+Kx ) ]=[ (M X+mx )c2− (M Y+m y )c2 ] (7)Harganilaibersih (net) darienergikinetikdisebutenergidisintegrasiataunilai Q darisistemlaboratoriumdapatdijabarkansebagaiberikut :

Q=( KY+K y )−(K X+K x) (8)7

Harga Q inijugasamadenganQ=( MX+mx )c2−(M Y+m y )c2 (9)

Dalamkenyataannyatidakmudahmengukur energy recoil dariintihasilKY, karena geraknya yang lambat. Untuk itu diperlukan cara sebagai berikut. Jika sesudah reaksi inti recoil Y membuat sudut ∅ dengan arah mula-mula dan partikel y membuat sudut θ, dengan menggunakan hokum kekekalan momentum, mengeliminasiKY dan mengambil K X=0 akan diperoleh

Gambar 9.1 reaksiintidalam system koordinatlaboratorium (a) sebelumreaksiinti, (b) sesudahreaksiintiPawal= PakhirPadaarahsumbu xPx + PX = Py + PY

8

θ

ϕ VY

MY

MXmx

vy

vx

a.(sebelum ) b.(sesudah )

PY cosϕPycosθ

PY sin ϕ

Pysin θx

mx v x+0=m y v y cosθ+M Y V Y cosϕ (10) M Y V Y cosϕ=m x vx−m y v y cosθ (11)

Padaarahsumbu y0=m y v ysin θ−M Y V Y sin ϕ (12) M Y V Y sinϕ=m y v y sinθ (13)

Persamaan (11) dan (13) di kuadratkan, maka:¿¿¿

M Y2V Y

2cos2 ϕ=mx2 vx

2−2mx v xm y v y cosθ+m y2 v y

2 cos2θ (14)¿¿

M Y2V Y

2sin2 ϕ=m y2v y

2 sin2θ (15)Lalupersamaan (14) dan (15) dijumlahkan, maka:

M Y2V Y

2cos2 ϕ=mx2 vx

2−2mx v xm y v y cosθ+m y2v y

2 cos2θ

M Y2V Y

2sin2 ϕ=m y2v y

2 sin2θ

M Y2V Y

2cos2ϕ+M Y2V Y

2 sin2ϕ=mx2vx

2−2mx v xm y v y cosθ+m y2 v y

2 cos2θ+m y2v y

2sin2θ

M Y2V Y

2 (cos2 ϕ+sin2 ϕ )=m x2 v x

2−2m x vxm y v y cosθ+m y2 v y

2(cos2θ+sin2θ)

M Y2V Y

2=mx2vx

2+m y2v y

2−2mx vx m y v ycos θ (16)

Denganmenggunakanhubungan :E=KP2

2m=K

mx2vx

2

2mx=K x

2mx K x=m x2 v x

2 , 2m y K y=m y2v y

2 , 2 MY KY=M Y2 V Y

2

Makapersamaan (9.16) menjadi:

9

+

M Y2V Y

2=mx2 vx

2+m y2 v y

2−2mx vx m y v ycos θ

2 MY KY=2mx K x+2my K y−2mx v xm y v y cosθ

KY=mx K x

M Y+m y K y

M Y−¿¿

KY=mx K x

M Y+m y K y

M Y−¿¿

KY=mx K x

MY+m y K y

M Y− 2

M Y¿ (17)

DimanaQ=( KY+K y )−(K X+K x)

Nilai Q darireaksiuntukK X=0 adalahQ=( KY+K y )−K x

KY=Q−K y+K x (18)Substitusikanpersamaan (18) ke (17), sehingga:

Q−K y+K x=mx K x

M Y+m y K y

M Y− 2

M Y¿

Q=mx Kx

M Y+my K y

M Y− 2

MY¿

Q=K y (1+m y

M Y)−K x (1− mx

M Y)− 2

M Y¿ (19)

Persamaan (19) diatasmerupakanpersamaanumumuntukreaksinuklir.Jikanilai Q positifdisebutreaksi exoergic danjika negative disebutreaksi endoergic.2.2 SistemKoordinatPusat Massa (SKPM)

Jikapartikelsebelumtumbukandansetelahtumbukanmasingmemiliki total momentum nol,

10

makasistem yang digunakanadalahsistempusatmassa. Reaksiintidalamsuatueksperimenbiasanyadianalisismenggunakansistempusatmassa. Dalamsistempusatmassa, besarnyakecepataninti target vcvcmdanbesarnyakecepatanpartikeldatangvx’.

Gambar 9.2 Reaksiintidalam system koordinatpusatmassa, (a) sebelumreaksiinti,

(b) sesudahreaksiintiSebelumTumbukan

vx’= vx–vcDenganmensyaratkanjumlahmomentum inti

target danpartikeldatangsamadengannol di pusatmassa, maka:

M Xvc+m xv x' =0

−M X v c+m x(v¿¿ x−vc)=0¿mx v x=MX vc+mx vc

mx v x=(M ¿¿ X+mx)vc ¿

vc=mx vx

M X+mx (9.29)

11

vx–vc vc

MX my

vy’

MY

mx

VY “

(a)sebelum (b)sesudah

Jikakecepatanmx dan M x dalam SKPM adalah vx' dan V X

' , diperoleh:

vx' =vx−vc=v x−

mx v x

MX+mx=

v x(M X+mx)M X+mx

−mx vx

M X+m x

vx' =

vx M X

M X+mx+

v xmx

M X+mx−

mx vx

M X+mx

vx' =

MX

MX+mxvx

(9.30)Dan V X

' =v x−vc=−mx

M X+mxv x

(9.31)Energikinetikkeduapartikelmasing-masingadalah

K x' =1

2mx vx

'2=12mx ( M X

M X+mxvx)

2

=( MX

M X+m x)

2

K x (9.32)K X

' =12MX V X

'2=12M X ( −m xv x

M X+mx)

2

=12M X

mx2 vx

2

(M X+mx )2

K X' =

mx MX

(MX+mx )2K x (9.33)

Energi kinetic total sebelumtumbukanK i'adalah

K i'=K x

' +K X' =( M x

M X+m x)

2

K x+m x M X

(M X+mx )2K x

AtauK i

'=K x M X

M X+m x¿

K i'=( MX

MX+mx)K x (9.34)

SesudahTumbukanKecepatanm y dan M Ysesudahtumbukanadalahv y 'dan

V Y ' dan energi total sistem adalah K f' . Dari

hukumkekekalan momentum diperoleh:

12

m y v y' =M Y V Y '

(9.35)Energikinetikm ydan M Y masing-masing adalah K y

' dan KY

' .K y

' =12m yv y

' 2 (9.36)KY

' =12M Y V Y

' 2= 12M Y( m y

M Yv y

' )2

=m y

M YK y

'2 (9.37)Energikinetik total adalah

K f' =K y

' +KY' =1

2m y v y

' 2+ 12M Y V Y

'2 (9.38)HubunganK i

'danK f 'adalahK i '=K f '−Q (9.39)

Denganmensubtitusikanpersamaan (9.34) ke(9.39)maka:

( M X

M X+m x)K x=K f '−Q

K f '=Q+( M X

M X+mx)K x

¿Q+K x(1−1+MX

M X+mx)

¿Q+K x( M X+mx−M X−mx+MX

M X+m x)

K f '=Q+K x (1− mx

MX+mx) (9.40)

MembandingkanK f 'danK f

denganmenggunakanhubungan:K f=Q+K x (9.41)

13

DiperolehenergikinetikK y ' dan KY '

K y' =

MY

M Y+m y [Q+(1−mx

M X+mx )Kx ](9.42)

KY' =

m y

M Y+m y [Q+(1−mx

M X+mx )K x ](9.43)

SehinggadiperolehhubunganenergikinetikpusatmassasebelumdansesudahtumbukandenganenergikinetikK xdalam SKL.K c (sebelum)=( mx

M X+mx)K x (9.44)

K c (sesudah)=( m y

M Y +m y)Kx (9.45)

2.3 EnergiAmbangUntukReaksi EndoergicEnergiambangadalahenergi minimum yang

diperlukanolehreaksi endoergic.Sebuahpartikelmx

bergerakmendekatipartikelM Xyang diam, dengankecepatan v dalam SKL, energy dalam SKM.K i

'=12mred v

2 (20)

Dimanamredadalahmassareduksi. mred=m x MX

(M ¿¿ X+mx)¿

Energy yang diperlukandalam SKPM untukreaksi endoergic adalah

K i' ≥|Q|

Atau

14

12mred v

2≥|Q|

12

mx M X

(M ¿¿ X+m x)v2≥|Q|¿

12mx v

2≥mx+M X

M X|Q|

12mx v

2≥ (1+mx

M X)|Q|

TetapiK x=12mx v

2= energikinetikDalam SKL, karenaitu

K x≥(1+mx

MX)|Q|

DengandemikianEnergiambang =(K x )min=(1+

mx

MX)|Q|

(21)

Hasil yang samadapatdiperolehdenganmenggunakan SKL:

√K y=a±√a2+b (22)Dimana:

a=√m xm y K x

(M Y+m y)cosθ (23)

b=K x (MY−mx )+QM Y

(M Y+m y)(24)

UntukK x≈0, maka:a≈0danb≈

Q M Y

(M Y+m y )

15

Karena Q negative, maka(a2+b )akan negative. Iniberarti√K yadalah imaginer, K yyang bernilai negative tidakmempunyaiartifisis.Karenaitureaksi endoergic tidakakanterjadijikatidakcukupenergi. Denganmeningkatkan energy kinetic K x, reaksiakanterjadipadasuatuharga minimumdengankondisi(a2+b )=0yaitu:

(K x )θ=−Q [ M Y+m y

M Y+m y−mx−(m xm y

M Y )sin2θ ](25)

Jikapartikelhasilm ydiamatipadasudutθ=0, iniakanmemberikan

(K x )min=−Q [ MY +m y

M Y +m y−m x ] (26)

DenganmenggunakanrelasiM X+m x=M Y+m y+

Qc2

Diperoleh:

(K x )min=−Q [ M X+mx−Qc2

M X−Qc2 ] (27)

Karena energy ekivalendariM X

biasanyasangatbesardibandingkandengan Q makapersamaandapatditulis:(K x )min=−Q [ M X+mx

M X ]=−Q [1+mx

M X ] (28)

16

Jika energy partikeldatangsamadengan energy ambang, partikelhasilakandipancarkanpadasudutθ=0denganenergy:K y=(K x )min

mx m y

(m y+M Y )2(29)

Dalam system laboratorium energy kinetic total timbuldari energy kinetic partikeldatang:K lab=

12mx v x

2(30)Dalam system pusatmassaatau Center of Mass

Coordinate System (CMCS), keduapartikeldaninti( xdan X ) bergerakdan member kontribusipada energy kinetic total:K cm=

12mx (v−V )2+ 1

2M XV

2=( MX

MX+mx)K lab(31)

Dimana V adalahkecepatanpusatmassabesarnyaadalahV=( mx

MX+mx)v x (32)

Jika Q berharap negative diperlukan energy agar reaksidapatberlangsungsebesar:K cm+Q≥0 (33)

17

BAB III

PENUTUP

3.1 KESIMPULANa. reaksinukliradalahreaksi yang

terjadidalaminti atom. Energi yang dikeluarkanolehinti atom padasaatterjadinyareaksiintidisebutenerginuklir. Padaprinsipnyasebuahreaksidapatmelibatkanlebihdariduapartikel yang bertabrakan.

b. BesarEnergi yang dihasilkanolehReaksiNukliradalahQ=( KY+K y )−(K X+K x)

Harga Q inijugasamadenganQ=( MX+mx )c2−(M Y+m y )c2

3.2 SARANSemogamakalahinibermanfaatbagipembaca,

makalahinijauahdarikesempurnaan. Untukitupenulismengharapkankritikdan saran dari pembaca.

18

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, A. 1981. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.Bundjali, Bunbun. (2002). Kimia Inti.  Bandung : Penerbit ITBKrishna P Candra,.2011.Kimia inti.bandung: ITB

19