Jelaskan prinsip KEKEKALAN massa energi dalam reaksi inti

Table of Contents Show

2. Hukum Kekekalan pada Reaksi Inti
3. Reaksi Fisi dan Reaksi Fisi Berantai
Kekekalan massa vs. penyimpangan
Penyimpangan
Video yang berhubungan

inti atau transmutasi. Perubahan pada inti ini mengakibatkan terjadinya perbedaan dalam nomor massanya, nomor atomnya, ataupun keduanya. Pada tahap pertama penyelidikan manusia terhadap inti atom, para fisikawan mencoba memanfaatkan partikel radioaktif alam, khususnya partikel alfa untuk membombardir inti sehingga terjadilah reaksi inti. Contoh-contoh reaksi inti jenis ini adalah sebagai berikut. 4 9 12 1 2 4 6 He Be C n   �� 15.1 Melalui reaksi inilah Chadwick berhasil menemukan neutron. Contoh reaksi lainnya adalah 4 11 14 1 2 5 7 He B N n   �� 15.2 Transmutasi inti pertama kali berhasil dilakukan Rutherford tahun 1919 dengan membombardir inti target yaitu nitrogen dengan partikel alfa dari zat ardioaktif. Sebagai hasilnya diperoleh inti oksigen-17 dan proton. 4 14 14 1 2 7 7 1 He N O H   �� 15.3 Pada perkembangan selanjutnya para fisikawan berhasil mengembangkan alat pemercepat partikel akselerator partikel yang pertama kali dikembangkan oleh J. Cockcroft dan E. Walton ditahun 1930. Dengan akselerator ini sebuah proton yang telah dipercepat ditumbukkan pada inti lithium menghasilkan dua inti helium. 7 1 4 4 3 1 2 2 Li p He He   �� 15.4

2. Hukum Kekekalan pada Reaksi Inti

Perhatikan suatu reaksi inti dengan dengan inti sasaran X yang ditembak dengan sebuah partikel a, menghasilkan inti baru Y dan sebuah partikel b” a X Y b   �� Reaksi inti seperti ini biasa ditulis dalam bentuk:   , X a b Y Ada beberapa hukum kekekalan yang harus dipenuhi oleh reaksi inti, diantaranya adalah hukum kekekalan energi, hukum kekekalan momentum, hukum kekekalan jumlah nukleon, dan hukum kekekalan muatan. 2 2.1 Hukum Kekekalan Energi dan Hukum Kekekalan Momentum Suatu reaksi inti harus memenuhi: 1 hukum kekekalan momentum: momentum sebelum reaksi sama dengan momentum sesudah reaksi. 2 Hukum kekekalan energi: energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi. Hukum kekekalan energi dan momentum berkaitan dengan proses mekanika secara detil dari reaksi inti tersebut. Dalam reaksi inti ini kita sudah harus menggunakan mekanika relativistik. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi total relativistik sebelum terjadinya reaksi harus sama dengan jumlah energi total sesudah tumbukan. Energi total partikel adalah jumlah antara energi diam dan energi kinetiknya. Hal ini dapat dituliskan   2 2 2 2 1 E K E K m c m c m c m c           dengan 2 2 1 1 v c    Dengan demikian, untuk contoh reaksi di atas harus berlaku. X x Y y E E E E            2 2 2 2 X X x x Y oY Y oy K m c K m c K m c K m c                  2 Y y X x X x Y y K K K K m m m m c        Adapun hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jumlah momentum sebelum reaksi sama dengan jumlah momentum sesudah reaksi. Hal ini dapat dituliskan X x Y y p p p p    bila X X X X p m v   x x x x p m v   Y Y Y Y p m v   3 y y y y p m v   Maka hukum kekekalan momentum dapat dituliskan sebagai berikut. X X X x x x Y Y Y y y y m v m v m v m v        Untuk menghitung energi reaksi Q pada reaksi inti di atas, kita akan menggunakan hukum kekekalan energi, tetapi sebelumnya kita tuliskan kembali reaksi inti di atas: a X Y b Q    �� Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi. Sebelum reaksi ruas kiri, energi dihasilkan oleh inti sasaran X dengan partikel a. Jika X dan a kita sebut reaktan pereaksi, maka energi sebelum reaksi sama dengan energi reaktan. Sesudah reaksi ruas kanan, energi dimiliki oleh inti baru Y, partikel baru b, dan energi reaksi Q. Jika Y dan b kita sebut produk hasil reaksi, maka energi sesudah reaksi sama dengan energi produk ditambah dengan energi reaksi. Sesuai dengan hukum kekekalan maka: energi sebelum reaksi = hukum sesudah reaksi energi reaktan = energi produk + energi reaksi energi reaksi = energi reaktan – energi produk Oleh karena massa 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV, maka untuk semua massa dalam satuan sma berlaku: Energi reaktan = m a + m X 931 MeV Energi produk = m Y + m b 931 MeV     931 a x Y b Q m m m m MeV � �     � � 2.2 Reaksi Eksotermik, Endotermik dan Harga-Q Reaksi eksotermik adalah reaksi dengan energi kinetik partikel-partikel sebelum reaksi termasuk foton bila pada reaksi itu melibatkan foton  lebih besar daripada energi kinetik partikel-partikel sesudah reaksi. atau Q 0, energi dibebaskan dan disebut reaksi eksotermik. Dari pembahasan di atas untuk reaksi eksotermik ini jumlah energi diam partikel-partikel sebelum reaksi lebih besar dari energi diam partikel-partikel sesudah reaksi. Ini artinya setelah 4 reaksi energi kinetik partikel-partikel hasil reaksi bertambah besar. Salah satu contoh reaksi seperti ini adalah reaksi fisi dan reaksi fusi yang digunakan sebagai sumber energi nuklir. Sebaliknya, reaksi endotermik adalah reaksi dengan energi kinetik partikel-partikel sebelum reaksi termasuk foton bila pada reaksi itu melibatkan foton lebih kecil daripada energi kinetik partikel-partikel sesudah reaksi. atau Q 0, energi diserap dan disebut reaksi endotermik Ini artinya sebagian energi kinetik partikel yang bereaksi diubah menjadi massa. Reaksi seperti ini hanya dapat berlangsung bila energi kinetik partikel-partikel yang bereaksi di atas harga tertentu. Harga ini disebut nilai ambang reaksi. Karena adanya hukum kekekalan momentum yang harus dipenuhi, maka pada umumnya nilai ambang energi ini lebih besar dari Q. CONTOH 15- 1 Energi Reaksi Inti Jika nitrogen ditembak dengan partikel alfa, maka dihasilkan sebuah inti oksigen dan sebuah proton sesuai dengan reaksi inti berikut. 4 14 14 1 2 7 7 1 He N O H   �� Tentukan energi reaksi yang terlibat dalam reaksi di atas. Diketahui massa-massa diam 4 2 He = 4,00260 sma; 14 7 N = 14,00307 sma; 17 8 O = 16,99913 sma ; 1 1 H = 1,007883 sma Penyelesaian: Energi reaksi sama dengan energi reaktan dikurangi energi produk. Reaktan adalah partikel- partikel di sebelah kiri anak panah dan produk adalah partikel-partikel di sebelah kanan anak panah. Energi reaktan = 4,00260 + 14,00307 931 MeV = 16763,279 MeV Energi produk = 16,99913 + 1,00783 931 MeV = 16764,48 MeV ----------------------------------------------------------------- - energi reaksi = - 1,20076 MeV 5 Oleh karena energi reaksi bertanda negative, maka reaksi inti ini tergolong dalam reaksi endotermik, yakni reaksi yang menyerap energi selama berlangsung proses reaksi. 2.3. Hukum Kekekalan Nomor Atom dan Nomor Massa Selain memenuhi hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum, suatu reaksi inti juga harus memenuhi hukum kekekalan nomor atom dan nomor massa sebagai berikut. 1 Hukum kekekalan nomor atom; jumlah nomor atom sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor atom sesudah reaksi. 2 Hukum kekekalan nomor massa: jumlah nomor massa sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor massa sesudah reaksi. Hukum kekekalan jumlah nukleon dapat dinyatakan sebagai jumlah nukleon proton atau netron harus sama sebelum dan sesudah reaksi. Adapun hukum kekekalan muatan adalah jumlah muatan inti jumlah proton sebelum dan sesudah reaksi inti harus sama. Perhatikan contoh reaksi secara umum 1 2 3 4 1 2 3 4 A A A A Z Z Z Z X x Y y   �� Berdasarkan hukum kekekalan nukleon, maka harus dipenuhi 1 2 3 4 A A A A    Sedangkan berdasarkan hukum kekekalan muatan nomor massa atau jumlah proton maka harus dipenuhi: 1 2 3 4 Z Z Z Z    Perhatikan reaksi berikut. 1 19 16 4 1 9 8 2 H F O He   �� Jumlah nomor atom sebelum reaksi = 1 + 9 = 10 Jumlah nomor atom sesudah reaksi = 8 + 2 = 10 � � � sama Jumlah nomor massa sebelum reaksi = 1 + 19 = 20 Jumlah nomor massa sesudah reaksi = 16 + 4 = 20 � � � sama 6 CONTOH 15- 2 Hukum Kekekalan Nomor Atom dan Nomor Massa Radium 226   226 88 Ra adalah unsur tidak stabil dan memancarkan sebuah partikel  . Tentukan inti partikel baru yang terbentuk dengan menyatakan nomor massa dan nomor atomnya. Penyelesaian: Peluruahn radium dapat ditampilkan dengan reaksi inti berikut 226 4 88 2 A Z Ra X He  �� Jumlah nomor massa sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor massa sesudah reaksi: 226 = A + 4 226 - 4 = A 222 = A atau A = 222 Jumlah nomor atom sebelum reaksi sama dengan jumlah nomor atom sesudah reaksi: 88 = Z + 2 88 - 2 = Z 86 = Z atau Z = 86 Inti partikel baru 222 86 X , memiliki nomor massa 222 dan nomor atom 86.

3. Reaksi Fisi dan Reaksi Fisi Berantai

Hukum kekekalan massa merupakan massa yang dapat diubah menjadi energi.[1] Hukum kekekalan massa atau dikenal juga sebagai hukum Lomonosov-Lavoisier adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut (dalam sistem tertutup Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan). Pernyataan yang umum digunakan untuk menyatakan hukum kekekalan massa adalah massa dapat berubah bentuk tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Untuk suatu proses kimiawi di dalam suatu sistem tertutup, massa dari reaktan harus sama dengan massa produk. Hukum kekekalan massa digunakan secara luas dalam bidang-bidang seperti kimia, teknik kimia, mekanika, dan dinamika fluida. Berdasarkan ilmu relativitas spesial, kekekalan massa adalah pernyataan dari kekekalan energi. Massa partikel yang tetap dalam suatu sistem ekuivalen dengan energi momentum pusatnya. Pada beberapa peristiwa radiasi, dikatakan bahwa terlihat adanya perubahan massa menjadi energi. Hal ini terjadi ketika suatu benda berubah menjadi energi kinetik/energi potensial dan sebaliknya. Karena massa dan energi berhubungan, dalam suatu sistem yang mendapat/mengeluarkan energi, massa dalam jumlah yang sangat sedikit akan tercipta/hilang dari sistem. Namun, dalam hampir seluruh peristiwa yang melibatkan perubahan energi, hukum kekekalan massa dapat digunakan karena massa yang berubah sangatlah sedikit.

Hukum kekekalan massa berlaku pada reaksi kimia, di mana massa pereaksi harus sama dengan massa produk. Hukum kekekalan massa dapat terlihat pada reaksi pembentukan hidrogen dan oksigen dari air. Bila hidrogen dan oksigen dibentuk dari 36 g air, maka bila reaksi berlangsung hingga seluruh air habis, akan diperoleh massa campuran produk hidrogen dan oksigen sebesar 36 g. Bila reaksi masih menyisakan air, maka massa campuran hidrogen, oksigen dan air yang tidak bereaksi tetap sebesar 36 g.

Air -> Hidrogen + Oksigen (+ Air) (36 g) (36 g)

Hukum kekekalan massa diformulasikan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1789. Oleh karena hasilnya ini, ia sering disebut sebagai bapak kimia modern. Sebelumnya, Mikhail Lomonosov (1748) juga telah mengajukan ide yang serupa dan telah membuktikannya dalam eksperimen tersebut. Sebelumnya, kekekalan massa sulit dimengerti karena adanya gaya buoyan(gaya apung) atmosfer bumi. Setelah gaya ini dapat dimengerti, hukum kekekalan massa menjadi kunci penting dalam mengubah alkemi menjadi kimia modern. Ketika ilmuwan memahami bahwa senyawa tidak pernah hilang ketika diukur, mereka mulai melakukan studi kuantitatif transformasi senyawa. Studi ini membawa kepada ide bahwa semua proses dan transformasi kimia berlangsung dalam jumlah massa tiap elemen tetap.

Kekekalan massa vs. penyimpangan

Ketika energi seperti panas atau cahaya diijinkan masuk ke dalam atau keluar dari sistem, asumsi hukum kekekalan massa tetap dapat digunakan. Hal ini disebabkan massa yang berubah karena adanya perubahan energi sangatlah sedikit. Sebagai contoh adalah perubahan yang terjadi pada peristiwa meledaknya TNT. Satu gram TNT akan melepaskan 4,16 kJ energi ketika diledakkan. Namun, energi yang terdapat dalam satu gram TNT adalah sebesar 90 TJ (kira-kira 20 miliar kali lebih banyak). Dari contoh ini dapat terlihat bahwa massa yang akan hilang karena keluarnya energi dari sistem akan jauh lebih kecil (dan bahkan tidak terukur) dari jumlah energi yang tersimpan dalam massa materi.

Penyimpangan

Penyimpangan hukum kekekalan massa dapat terjadi pada sistem terbuka dengan proses yang melibatkan perubahan energi yang sangat signifikan seperti reaksi nuklir. Salah satu contoh reaksi nuklir yang dapat diamati adalah reaksi pelepasan energi dalam jumlah besar pada bintang. Hubungan antara massa dan energi yang berubah dijelaskan oleh Albert Einstein dengan persamaan E = m.c2. E merupakan jumlah energi yang terlibat, m merupakan jumlah massa yang terlibat dan c merupakan konstanta kecepatan cahaya. Namun, perlu diperhatikan bahwa pada sistem tertutup, karena energi tidak keluar dari sistem, massa dari sistem tidak akan berubah.

^ Sulastri dan Rahmadani, R.F.I. (2017). Kimia Dasar 1 (PDF). Banda Aceh: Program Studi Pendidikan Kimia. hlm. 55. ISBN 978-602-5679-02-5. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)[pranala nonaktif permanen]