fisika inti

STRUKTUR DAN SIFAT INTI ATOM

Kelompok 1 :Citra Oktavidiana S (13640057)

Qurrotul ‘Uyun (13640072)Siti Maftuhah (13640076)

M.Zainul Muhlisin (13640079)

STRUKTUR DAN

SIFAT INTI ATOM

SUSUNAN INTI ATOMUKURAN DAN BENTUK

INTI ATOM

“STRUKTUR DAN SIFAT INTI ATOM”

Susunan Inti AtomUkuran dan Bentuk

Inti Atom

Waktu Penemu/pencetus Penemuan/ide

± awal abad 20 Thompson - Elektron- Model atom Thompson

1911 Rutherford - Inti atom- Model atom Rutherford

1919 Rutherford - Proton- Inti mengandung proton

Sampai 1932 Fisikawan - Model inti: inti terdiri atas proton dan elektron

1920 Rutherford - Kemungkinan ada objek netral hasil pasangan proton dan elektron

1932 Chadwick - Neutron

1932 Heisrnberg - Model inti: inti terdiri atas proton dan neutron

Hamburan Rutherford

Untuk mempelajari struktur atom, Rutherford membuat eksperimenmenembakkan partikel alfa ke lembar tipis emas. Saat itu masih dipercaya model atomThompson.

Menurut model ini, diperkirakan partikel alfa akan dibelokkan hanya sedikitsaja. Namun ternyata, ada juga partikel alfa yang dihamburkan balik ke belakang(sudut hambur besar).

Eksperimen ini menunjukkan bahwa model atom Thompson salah danmembawa Rutherford pada model atom yang lebih baik yaitu, atom memiliki inti dipusat yang merupakan konsentrasi seluruh massa atom, sementara di sekeliling intiberedar elektron-elektron. Partikel alfa yang lewat dekat dari inti emas akandibelokkan dengan kuat, sementara yang lewat jauh dari inti emas dibelokkan sedikit.Perhitungan sederhana Rutherford (berbekal fisika ‘SMA’) berdasarkan model inisesuai dengan hasil eksperimen.


Inti Atom

Neutron

Proton


Neutron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral) danmemiliki massa 940 MeV/c2 (1.6749 x 10-27 kg, sedikit lebih berat dariproton).

Proton adalah partikel subatomik dengan muatan positif sebesar 1.6 x 10 -19 coulomb dan massa 938 MeV(1.6726231 x 10-27 kg, atau sekitar1836 kali massa sebuah elektron).

Notes :

• Inti terdiri dari Z proton dan N neutron (atau A nukleon).• Z = nomor atom = jumlah proton• N = jumlah neutron• A = nomor massa = jumlah nukleon (A = Z + N)• Nuklida-nuklida yang memiliki Z sama tapi A berbeda disebut isotop.• Nuklida-nuklida yang memilki N sama tapi A berbeda disebut isoton.• Nuklida-nuklida yang memiliki A sama tapi Z berbeda disebut isobar.• Ada sekelompok bilangan yang disebut bilangan ajaib (magic numbers) yaitu, 8, 20, 28, 50, 82,

126, .... Jika Z / N sama dengan salah satu dari bilangan ajaib tersebut, maka terdapat lebihbanyak isotop / isoton dibandingkan jumlah isotop / isoton untuk nilai Z / N yang lain untuknilai A yang sama atau berdekatan.

• Magic number juga menandakan kestabilan inti. (Inti bersifat stabil jika tidak pecah secaraspontan, inti tidak stabil pecah secara spontan.) Inti dengan Z dan / atau N bernilai samadengan salah satu magic number lebih stabil dari yang lain. Contoh inti-inti berikut sangatstabil karena baik Z maupun N sama dengan magic number: , , 16 , . O 40 Ca 48 Ca 208 Pb


Model inti

Inti terdiri atas nukleon. Bagaimana dinamika nukleon?

Mengetahui hal itu diperlukan untuk:• memahami / menjelaskan fenomena inti, misal penemuan, data eksperimen,• menghitung sifat-sifat inti, proses-proses yang melibatkan inti.

dibuatlah model inti

Model bisa menjelaskan sebagian hal, model yang baik bisa menjelaskan banyak hal,meski tidak semua hal.


1. Nukleon dilihat sendiri sendiri (independent), bukan sebagai kelompok atau kesatuan

2. Nukleon dilihat secarabersama (collective), sebagai kelompok atau kesatuan

Model inti dibagi menjadi dua kelompok dasar


Independent :

Inti merupakan kumpulan nukleon yang berdiri sendiri-sendiri, diasumsikannukleon-nukleon tidak saling berinteraksi atau berinteraksi secara lemah.

Pengaruh / interaksi nukleon lain pada / dengan sebuah nukleon diwujudkan dalambentuk suatu potensial, tiap nukleon dikenai potensial tersebut.

Collective :

Dinamika nukleon-nukleon dalam inti dilihat secara bersama, nukleon tidakterisolasi sendiri-sendiri, dengan kata lain nukleon saling berinteraksi, yangditampilkan berupa dinamika kolektif seluruh nukleon.


Independent

Model Gas Fermi

Model Kulit

Model Alfa

Collective

Tetes Cairan

Rotasional

Vibrasional

Gabungan

Model Nilsson


Model Tetes Cairan (Liquid Drop Model)

Beberapa kemiripan sifat inti dengan sifat setetes cairan:

1. Dapat dikatakan, bahwa kerapatan setetes cairan tidak bergantung pada ukurannya. Denganbegitu, jika tetes itu menyerupai bola, maka radiusnya sebanding dengan akar 3 jumlahmolekulnya. Hal serupa ditemui pada inti, bahwa radius inti (inti dianggap menyerupai bola)sebanding dengan A1/3 , sehingga kerapatannya tidak bergantung pada ukurannya.

2. Energi ikat tiap molekul sama, sehingga energi yang diperlukan untuk memisahkan semuamolekul cairan itu sebanding dengan jumlah molekulnya. Pada inti diketahui hal serupa,bahwa energi ikat rata-rata per nukleon (fraksi ikat) konstan, yang berarti, energi yangdiperlukan untuk memisahkan semua nukleon sebanding dengan jumlah nukleon.

3. Pada energi ikat tetes cairan tersebut di atas, dikenakan koreksi efek permukaan,dikarenakan molekul cairan di permukaan kurang terikat dibanding molekul di dalam tetescairan. Untuk energi ikat inti berlaku juga koreksi efek permukaan serupa.


Model Gas Fermi (Fermi Gas Model)

Menghitung semua interaksi antar nukleon dalam inti terlalu rumit. Akan lebih mudah jikasemua interaksi itu secara efektif diganti dengan sebuah potensial, sementara nukleon dianggapberdiri sendiri, tidak saling berinteraksi, namun berada dalam pengaruh potensial tersebut.

Model gas Fermi merupakan model inti independent yang pertama. Dalam model ini, nukleon-nukleon dianggap seperti molekul-molekul gas yang berdiri sendiri, namun dikenai suatupotensial.

Nukleon-nukleon sebuah inti (jumlah total A) digambarkan berada dalam suatu potensial sumurkonstan sedalam dan selebar radius inti R, masing-masing menempati satu keadaan (state) yangberbeda dari yang lain, yang memenuhi laut Fermi (Fermi sea) dari dasar sampai permukaan(permukaan Fermi). Energi tertinggi yang dimiliki nukleon yaitu energi Fermi .


Model Kulit (Shell Model)

Beberapa sifat inti, contoh: kestabilan, jumlah di alam, menunjukkan suatu nilai atau keadaanyang menonjol jika jumlah proton dan / atau neutron inti itu sama dengan salah satu bilanganberikut: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, ..., yang disebut sebagai bilangan ajaib (magic numbers).

Fenomena bilangan ajaib tidak dapat dijelaskan oleh model inti tetes cairan maupun model intigas Fermi. Karena itu, diperlukan model inti lain. Pada atom orang mendapatkan fenomenaserupa, bahwa atom memiliki sifat-sifat yang tidak kontinyu (pada situasi tertentu menonjol)dikarenakan atom memiliki tingkat-tingkat keadaan yang diskrit (struktur kulit).

Ide ini lalu dipakai juga untuk inti, bahwa inti memiliki struktur kulit, tingkat-tingkat keadaanyang diskrit. Model kulit termasuk model independent.


Model kulit berhasil menjelaskan fenomena bilangan ajaib namun gagal menjelaskan beberapasifat / fenomena inti lain, yang menunjukkan gerakan nukleon secara kolektif. Contoh:

• Inti yang turun ke keadaan dasar memancarkan foton. Dari spektrum foton yang dipancarkandapat dipelajari struktur tingkat keadaan eksitasi inti. Pada tingkat eksitasi tertentudidapatkan spektrum yang sederhana, yang menunjukkan adanya modus gerak inti yang lain,bukan seperti yang digambarkan oleh model kulit, yang justru memprediksi spektrumeksitasi yang lebih rumit.

• Momen quadrupol 177Lu didapatkan 25 kali lebih besar dari yang diberikan oleh model kulit.Momen quadrupol yang besar menunjukkan bahwa wujud inti bukan berupa bola yangsimetris ke segala arah. Dengan kata lain, inti mengalami perubahan bentuk (deformasi). Inimenandakan adanya gerak kolektif nukleon dalam tubuh inti, yang justru tidakdipertimbangkan oleh model kulit.

• Pada hamburan inelastik inti mengambil energi dari proyektil untuk eksitasi. Seringkaliperhitungan berdasarkan model kulit memberikan penampang lintang yang lebih kecil daridata eksperimen. Ini menandakan suatu proses eksitasi kolektif nukleon, sesuai suatu modusgerak kolektif tertentu.


Model Rotasional

Telah ditunjukkan bahwa beberapa sifat inti menandakan adanya gerak kolektif nukleon-nukleondalam inti. Gerak kolektif nukleon ini dapat menyebabkan perubahan bentuk (deformasi) intidari bentuk seperti bola.

Deformasi dapat bersifat lunak dan permanen. Deformasi lunak berarti bentuk inti berubah-ubah di sekitar bentuk bola, sementara deformasi permanen menyebabkan perubahan bentukyang permanen, bahwa inti tidak berbentuk seperti bola lagi.

Dua macam gerakan kolektif inti:

• rotasi : menyebabkan deformasi permanen,• getaran : menyebabkan deformasi lunak.

Gerak kolektif seperti rotasi dan getaran juga menghasilkan tingkat-tingkat keadaan. Inti dapatmenjalani transisi antar tingkat-tingkat keadaan ini berupa eksitasi atau peluruhan ke tingkatkeadaan lebih rendah.


Model Vibrasional

Modus gerak kolektif nukleon dalam inti yang lain yaitu getaran / vibrasi. Model vibrasionalmemperhitungkan gerak kolektif tersebut. Menurut model vibrasional, permukaan inti tidakdiam melainkan bergetar, seperti sebuah selaput yang bergetar. Jadi, di sini terjadi gerakankolektif nukleon-nukleon di permukaan inti. Getaran ini membuat bentuk inti tidak tetapmelainkan berubah-ubah secara periodik di sekitar bentuk bola. Modus getaran permukaan intiditandai oleh suatu konstanta λ, contohnya:

λ = 0 untuk modus getaran kembang kempis, yang tidak dipertimbangkan, karena energinyaterlalu besar.λ = 1 untuk modus getaran translasi, yaitu pusat massa inti bergeser bolak balik. Modus ini tidakdimasukkan karena yang diperhitungkan hanya getaran dengan pusat massa inti diam.


Model inti vibrasional dapat menjelaskan, contoh, ‘giant dipole resonance’ pada reaksi (γ,n)pada 208Pb (γ datang ke target 208Pb, lalu neutron yang terhambur dideteksi). Giant dipoleresonance ditunjukkan sebagai sebuah peak besar pada distribusi penampang lintang totalproses tersebut pada energi γ yang datang.

“Proton bergetar terhadap neutron pada suatufrekuensi tertentu. Foton γ yang datang ke intiberinteraksi elektromagnetik dengan proton,tapi tidak dengan neutron. Apabila frekuensi(energi) foton γ sesuai dengan frekuensi getarproton terhadap neutron, maka terjadi resonansi,yang mengakibatkan getaran proton semakinkuat. Kejadian ini ditandai oleh peak padapenampang lintang total.”


Model Nilsson

Telah ditunjukkan beberapa model baik dari kelompok independent maupun kolektif berfungsibaik untuk menjelaskan sifat-sifat inti.

Dalam hal itu terlihat bahwa memperhitungkan hanya salah satu dari dua modus gerak nukleon,yaitu gerak independent dan gerak kolektif, tidak cukup untuk menjelaskan sifat inti.

Lalu orang berusaha menggabungkan kedua ide model independent dan model kolektif.Berangkat dari model kulit (elemen model independent), lalu digunakan potensial yangmengandung juga faktor deformasi inti (elemen model kolektif).


Model Alfa

Model alfa termasuk model kulit (model independent). Pada model ini bukan nukleonyang dilihat sebagai satuan partikel penyusun inti melainkan partikel α. Jadi, nukleon-nukleon didalam inti dipilah-pilah dalam cluster-cluster, yang masing-masing cluster membentuk partikel α(α clustering).

Model ini dapat bermanfaat untuk inti-inti ringan, seperti , 8Be, 20Ne, 28Si juga untukproses-proses seperti peluruhan α.


Jari-Jari Inti

• Sampai sekarang, belum ditemukan cara langsung untuk menentukan jari-jari inti. Padaumumnya ada dua cara yang digunakan untuk menentukan jari-jari inti yang hasilnyaberbeda, karena definisi jari-jari inti dalam kedua cara tersebut berbeda.

• Jika dianggap bulat, maka jari-jarinya:

R = R0 . A1/3

dengan :

A = nomor massa atomR = jari-jari inti (fm)R0 = 1,2 × 10-15 m


Ada dua cara untuk menentukan R0:

Cara NuklirDengan cara ini diukur jari-jari gaya inti (nuclear force radius) yang didefinisikan sebagai jarakdari pusat inti ke jarak jangkauan gaya inti. Jangkauan gaya inti lebih panjang sedikit dari ukuraninti. Cara-cara yang masuk dalam kategori ini :- Hamburan partikel alfa dengan hasil R0 = 1,414 fm- Peluruhan alfa dengan hasil R0 = 1,48 fm-Hamburan neutron cepat dengan hasil R0 = 1,37 fm

Cara ElektromagnetikJari-jari yang diukur ialah jari-jari muatan inti. Percobaan yang termasuk kategori ini:- Hamburan elektron dengan hasil R0 = 1,26 fm- Mesonik atom dengan hasil R0 = 1,2 fm- Inti cermin ( H , He ) dengan hasil 1H3, 3He3) R0 = (1,28 + 0,05) fm- Hamburan proton dengan hasil R0 = (1,25 + 0,05) fm- Pergeseran isotopik dengan hasil R0 = 1,20 fm


Massa Inti

Massa suatu atom berhubungan erat dengan jumlah elektron, proton, dan neutronyang dimiliki atom tersebut. Berdasarkan perjanjian internasional, satu atom dari isotop karbon(disebut karbon-12) yang mempunyai enam proton dan enam neutron memiliki massa tepat 12satuan massa atom (sma). Atom karbon-12 ini dipakai sebagai standar, sehingga satu satuanmassa atom didefinisikan sebagai suatu massa yang besarnya tepat sama dengan seperduabelasmassa dari satu atom karbon-12. Massa satu atom karbon-12 = 1 sma.

1 sma = massa satu atom karbon-12 / 12 = 1,66056 × 10-27 kg

Satuan massa atom juga dapat dinyatakan berdasarkan prinsip kesetaraan massa dan energiyang dikemukakan oleh Einstein. Sehingga diperoleh:

Inti sebuah massa atom hampir mengandung seluruh massanya. Hal ini karena inti merupakantempat terkonsentrasi seluruh massa atom (sesuai model atom Rutherford).


http://1.bp.blogspot.com/-Rcntfzgzwuc/UXZL7ePm8lI/AAAAAAAASDs/Y2sXdW0rhGE/s1600/prinsip-kesetaraan-massa-dan-energi-einstein-2342013.jpg

http://1.bp.blogspot.com/-Rcntfzgzwuc/UXZL7ePm8lI/AAAAAAAASDs/Y2sXdW0rhGE/s1600/prinsip-kesetaraan-massa-dan-energi-einstein-2342013.jpg


Notes :

• u disebut satuan massa atom (sma)

Massa proton mp = 1,007276 u

Massa neutron mn = 1,008665 u

Massa

Partikel kg u MeV/c2

Proton 1.6726 x 10-27 1.007276 938.28

Neutron 1.6750 x 10-27 1.008665 939.57


Contoh Soal

1. Waktu Rutherford mengamati bahwa ada sejumlah partikel alfa yang dihamburkan dengansudut yang besar oleh pelat emas yang tipis, maka disimpulkannya bahwa

a. Sebagian besar massa atom terpusat pada inti

b. Inti bermuatan positif

c. Ukuran inti sangat kecil

d. Kerapatan inti sangat besar

e. Semua jawaban benar

Jawaban : E

2. 4 2 He + 11

5 B14

7 N + ….. ..… n

Jawaban : 1 0 n

fisika inti

Education