RADIOKIMIA

A.      SINAR X

J.J. Thomson dan peneliti sinar katoda lainnya mengamati bahwa kadang-kadang benda diluar tabung sinar katoda tampak bersinar selama melakukan percobaan. Wilhelm Roentgen mengamati bahwa pengaruh sinar katoda pada suatu permukaan benda menghasilkan suatu jenis radiasi, sehingga menyebabkan benda-benda pada jarak tertentu dari sumber sinar katoda tampak bersinar. Jenis radiasi ini pada waktu itu belum diketahui, sehingga disebut dengan radiasi sinar x.

Wilhelm Roentgen menemukan bahwa sinar x tidak dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet. Sinar x memiliki daya tembus sangat tinggi terhadap berbagai jenis benda. Panjang gelombang radiasi sinar x kira-kira 1Å (10⁻¹⁰ m).

Sinar x digunakan dalam fotografi untuk mengetahui kondisi bagian dalam suatu benda karena sifat daya tembusnya yang tinggi terhadap berbagai jenis benda. Pada tahun 1986, sinar x digunakan untuk menentukkan posisi tulang yang patah atau retak, hingga saat ini yang dikenal dengan istilah roentgen.

B.      RADIOAKTIVITAS

Roentgen menggunakan dinding gelas tabung sinar katoda sebagai sumber sinar x. Selama percobaan dinding tabung menghasilkan fluoresensi. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Roentgen, Becquerel mencoba menghubungkan fluoresensi suatu benda dengan radiasi sinar x : Apakah fluoresensi suatu benda secara otomatis akan menghasilkan radiasi sinar x?

Becquerel membungkus sebuah lempeng fotografi dengan kertas hitam tebal. Sejumlah kristal uranium dan kalium sulfat ditempatkan di dekat bungkusan yang semuanya di kenai sinar matahari. Seperti yang diharapkan, lempeng fotografi menjadi terekspos. Becquerel berasumsi bahwa sinar matahari menyebabkan kristal mengalami peristiwa fluoresensi. Peristiwa fluoresensi kristal diikuti pemancarkan radiasi sinar x. Radiasi sinar x dapat menembus kertas tebal sehingga lempeng fotografi menjadi terekspos.

Becquerel mencoba mengulangi percobaannya, namun karena langit mendung, ia meletakkan bahan percobaannya di atas meja dalam ruang kerja. Becquerel berasumsi bahwa kertas fotografi hanya terekspos sedikit sebab tidak ada peristiwa fluoresensi oleh sinar matahari. Namun diluar dugaan Becquerel, kertas fotografi yang dibungkus kertas tebal tersebut terekspos sangat kuat sama seperti percobaan sebelumnya.

Becquerel membuat dugaan bahwa radiasi yang menyebabkan kertas fotografi terkespos bukan karena fluoresensi sama sekali. Becquerel membuktikan dugaannya dengan melakukan percobaan dalam ruang gelap. Seperti dugaan Becquerel, kristal uranium terus-menerus memancarkan radiasi yang menyebabkan kertas fotografi terekspos sangat kuat.

Rutherford menunjukkan bahwa ada tiga jenis radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Jenis pertama adalah radiasi sinar α. Sinar α mempunyai daya ionisasi tinggi dan daya tembus rendah terhadap materi. Jenis kedua adalah radiasi sinar β. Sinar β mempunyai daya ionisasi rendah dan daya tembus lebih tinggi dibanding sinar α. Jenis ketiga adalah radiasi sinar γ. Sinar γ tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet dan mempunyai daya tembus paling tinggi.

C.      INTI ATOM

Rutherford, Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan percobaan menggunakan lempeng emas dan beberapa jenis logam lain yang sangat tipis dengan ketebalan 10⁻⁴-10⁻⁵ cm. Partikel-partikel α yang berasal dari unsur radioaktif ditembakkan pada lempeng-lempeng tersebut. Hasil percobaan menunjukkan bahwa:

1.       Sebagian besar partikel α menembus lempeng logam tanpa dibelokkan.

2.       Sebagian (kira-kira 1 dari 20.000) partikel α menembus lempeng logam dan mengalami pembelokkan dengan sudut tertentu.

3.       Sebagian (kira-kira 1 dari 20.000) partikel α tidak menembus lempeng logam sama sekali, tetapi dipantulkan melawan arah datangnya sinar.

Berdasarkan hasil percobaan tersebut, Rutherford membuat asumsi bahwa:

1.       Sebagian besar dari massa atom terpusat pada daerah yang sempit dan memiliki muatan positif. Daerah sempit ini disebut inti atom, sedangkan sebagian daerah atom merupakan daerah yang kososng.

2.       Besarnya muatan positif pada inti atom suatu unsur berbeda dengan muatan inti atom unsur yang lain dan muatannya kira-kira setengah dari massa atom unsur tersebut.

3.       Diluar inti suatu atom netral harus terdapat elektron yang jumlahnya sama dengan satuan muatan inti atom.

D.      ISOTOP

Percobaan J.J. Thomson  menggunakan gas neon dalam tabung sinar katoda menunjukkan bahwa 91% dari atom-atom gas neon mempunyai massa normal dan 9% lainnya memiliki massa  lebih berat dibanding massa normal. Penemuan Thomson menunjukkan bahwa atom-atom dari suatu unsur yang sama dapat memiliki massa yang berbeda. Atom-atom dari unsur yang sama tetapi  memiliki massa yang berbeda tersebut disebut isotop.

E.       PROTON DAN NEUTRON

Pada tahun 1913, H.G.J. Moesley melaporkan hasil percobaannya bahwa radiasi sinar x memiliki panjang gelombang yang bervariasi tergantung dari bahan target. Moesley berhasil menghubungkan panjang gelombang dengan persamaan matemastis sehinggan setiap unsur dapat ditetapkan dengan satuan bilangan bulat. Bilangan bulat tersebut kemudian disebut nomor atom dan terbukti identik dengan muatan inti atom sesuai dengan yang digambarkan oleh Rutherford.

Berdasarkan hasil percobaan Moesley dan Rutherford, konsep inti yang dikembangkan adalah : Inti atom mengandung sejumlah proton yang identik dengan nomor atomnya dan sejumlah partikel netral untuk menyesuaikan massanya. Partikel netral ini disebut neutron.

F.       PARTIKEL DASAR SUATU ATOM

Partikel dasar penyusun atom adalah proton, neutron dan elektron. Proton dan neutron terdapat dalam inti atom. Jumlah proton identik dengan nomor atom sedangkan jumlah proton dan neutron dalam inti merupakan nomor massa atom. Jumlah proton juga menentukan muatan inti suatu atom. Oleh karena itu, suatu atom netral tentu memiliki jumlah elektron yang sama dengan jumlah protonnya.

Muatan listrik elektron merupakan satuan terkecil dari satuan muatan listrik yang ada. Satuan ini merupakan satuan listrik atomik. Proton juga mempunyai satuan muatan listrik atomik, tetapi diberi tanda positif. Muatan dan massa partikel dasar diringkas pada Tabel 1.

Tabel 1. Muatan Listrik dan Massa Partikel Dasar

Partikel Dasar	Muatan Listrik		Massa
	Metrik (C)	Atomik	Metrik (g)	Atomik (sma)
Proton	+1,602 x 10−19	+1	1,673 x 10−24	1,0073
Neurton	0	0	1,675 x 10−24	1,0087
Elektron	-1,602 x 10−19	−1	9,110 x 10−28	0,00055

                  Z

Suatu unsur biasanya dinyatakan dengan lambang AX Jumlah proton dalam inti suatu atom menunjukkan nomor atom (Z). Total massa proton dan neutron disebut nomor massa (A). Jumlah neutron adalah A−Z.

G.     UNSUR-UNSUR RADIOAKTIF

Suatu unsur tersusun oleh atom-atom yang sejenis, yaitu memiliki nomor atom yang sama. Unsur-unsur kimia yang sudah ditemukan hingga saat ini adalah unsur dengan Z=1 sampai Z=118. Semua unsur dengan nomor atom lebih dari 83 adalah unsur radioaktif. Radioaktivitas dapat diukur dengan menggunakan Geiger counter, berupa silinder yang berisi gas bertekanan rendah dan dua elektroda. Radiasi mengionisasi atom dalam silinder dan memungkinkan arus mengalir antara elektroda.

Semua unsur radioaktif meluruh sesuai dengan waktu paruh masing-masing. Waktu paruh dari zat radioaktif adalah waktu yang diperlukan untuk setengah dari jumlah awal inti meluruh. Tingkat peluruhan mengungkapkan kecepatan di mana zat terurai. Unsur-unsur radioaktif yang diketahui hingga saat ini sebagian ada secara alami dan sebagian ada secara buatan.