A. Gaya Ikat Inti Atom
Inti atom terdiri atas proton dan neutron, padahal antara proton dan neutron adalah bermuatan positif dan netral. Menurut hukum Coulomb, hal tersebut akan menimbulkan gaya elektrostatis, yaitu berupa gaya tolak menolak. Akan tetapi mengapa proton-proton tersebut dapat menyatu di dalam inti atom.
Sebenarnya dalam inti atom terdapat interaksi gaya gravitasi dan gaya elektrostatis, akan tetapi gaya gravitasi dapat diabaikan terhadap gaya elektrostatis. Jadi pasti ada gaya lain yang menyebabkan proton-proton dalam inti atom dapat menyatu. Gaya yang menyebabkan nulkeon bisa bersatu di dalam inti disebut gaya ikat inti. Gaya gravitasi menyebabkan gaya tarik-menarik antarmassa nukleon, yaitu proton dengan proton, proton dengan neutron, atau neutron dengan neutron, sedangkan gaya elektrostatis menyebabkan gaya tolak-menolak antara muatan proton dan proton. Gaya ikat inti lebih besar dibandingkan gaya gravitasi dan gaya elektrostatis.
Gaya ikat inti bekerja antara proton dengan proton, proton dengan neutron, atau neutron dengan neutron. Gaya ikat inti bekerja pada jarak yang sangat dekat sampai dengan jarak pada diameter inti atom (10-15 m).
Gaya yang mengikat nukleon-nukleon (proton dan neutron) dalam inti disebut gaya inti atau gaya nuklir. Yukawa mengemukakan beberapa karakteristik gaya-gaya inti yaitu :
1) hanya efektif pada jangkauan pendek.
2) lemah pada jarak jauh yang berorde ukuran atom.
3) tidak tergantung muatan inti.
4) merupakan gaya yang paling kuat di alam.
5) termasuk gaya tolak yang mempertahankan nukleon-nukleon pada jarak rata-rata tertentu.
6) mempunyai komponen tak-sentral.
B. Energi Ikat Inti Atom
Hubungan antara massa inti atom dengan energi ikat inti dapat dijelaskan dengan teori yang dikemukakan oleh Albert Einstein yang menyatakan hubungan antara massa dan energi yang dinyatakan dalam persamaan E = mc2. Di mana E adalah energi yang timbul apabila sejumlah m (massa) benda berubah menjadi energi dan c adalah cepat rambat gelombang cahaya.
Dari hasil pengukuran massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon pada inti atom tersebut, penyusutan/pengurangan massa ini disebut defek massa. Besarnya penyusutan massa inti akan berubah menjadi energi ikat inti yang menyebabkan nukleon dapat bersatu dalam inti atom. Besarnya energi ikat inti dapat diketahui jika besarnya defek massa inti diketahui. Besarnya defek massa dinyatakan dengan selisih jumlah massa seluruh nukleon (massa proton dan neutron) dengan massa inti yang terbentuk yang dapat dinyatakan dalam persamaan :
Δm = ( Zmp + (A – Z) mn ) – mint i
dengan :
Δm = defek massa
mp = massa proton
mn = massa neutron
Z = jumlah proton dalam inti atom
(A – Z) = jumlah neutron pada inti atom
Menurut hasil pengukuran yang teliti jika massa 1 sma berubah menjadi energi setara dengan energi sebesar 931 MeV (Mega elektron volt) atau 1 sma = 931 MeV, sehingga besarnya energi ikat inti dapat dinyatakan :
ΔE = Δm * 931 MeV
dengan :
Δm = defek massa
ΔE = energi ikat inti
Apakah energi ikat inti selalu dapat menggambarkan tingkat kestabilan inti atom? Ternyata tidak selalu. Jika inti memiliki jumlah nukleon yang banyak energi ikatnya juga besar. Namum belum tentu inti tersebut stabil. Pada umumnya inti atom yang mempunyai jumlah neutron lebih banyak mempunyai tingkat kestabilan inti yang lebih rendah. Ada besaran yang mempunyai korelasi / hubungan dengan tingkat kestabilan inti yang disebut tingkat energi ikat per nukleon yaitu energi ikat inti dibagi dengan jumlah nukleon pada inti tersebut yang dinyatakan dalam persamaan :
dengan A menyatakan nomor massa.
Grafik hubungan antara energi ikat per nukleon dengan nomor atom
Gambar di atas memperlihatkan grafik energi ikat per nukleon terhadap banyaknya nukleon dalam berbagai inti atomik. Pada grafik itu energi ikat terbesar adalah 8,8 MeV yaitu pada inti atom besi (26 Fe56). Lebih besar energi ikat pernukleonnya, maka lebih mantap inti atom itu.
Contoh soal :
1. Massa inti atom 20Ca40 adalah 40,078 sma. Jika massa proton = 1, 0078 sma dan massa neutron = 1,0087 sma, defek massa pembentukan 20Ca40 adalah …
Diketahui :
Nomor atom Z = 20
Nomor massa A = 40
N = A – Z = 40 – 20 = 20
Massa inti mi = 40,078 sma
Massa Neutron mN = 1,0078 sma
Massa proton mP = 1,0087 sma
∆m = [(Z . mP + N . mN) - mi]
∆m = [(20 . 1,0078 + 20 . 1,0087) – 40,078]
∆m = [40,33 – 40,078]
= 0,252 sma
2. Apabila massa inti 6C12 = 12, massa proton = 1,00783 sma dan massa neutron = 1,008665 sma (1 sma = 931 MeV) maka energi ikat inti tersebut adalah …
Diketahui :
Diketahui :
Nomor atom Z = 6
Nomor massa A = 12
N = A – Z = 12 – 6 = 6
Massa inti mi = 12,00 sma
Massa Neutron mN = 1,008665 sma
Massa proton mP = 1,00783 sma
∆m = [(Z . mP + N . mN) - mi]
∆m = [(6 . 1,00783 + 6 . 1,008665) – 12,00]
∆m = [(6,04698 6,05199) – 12,00]
∆m = 12,09897 – 12,00 = 0,09897 sma
E = ∆m . 931 MeV
E = 0,09897 . 931 MeV
= 92,141 MeV
Tugas
1. Tuliskanlah 6 karakateristik gaya ikat inti!
2. Apabila massa inti 4Be9 = 9,0121 MeV, massa proton = 1,0078 sma dan massa neutron = 1,0087 sma (1 sma = 931 MeV), berapa energi ikat atom 4Be9 !
Comments