MODEL-MODEL INTI

MODEL-MODEL INTI      

 

PENDAHULUAN

Struktur atom ditemukan oleh Rutherford, ahli fisika inggris,pada tahun 1911. Tetapi struktur atom Rutherfrod (struktur atom menurut pengamatan rutherfrod) kurang jelas. MenurutRutherfrod atom terdiri dari inti yang dikelilingi planet. Tapi Rutherfrod tidak dapat menjelaskan berapa jauh jarak elektron dari inti. Bohr memperbaiki model atom Rutherfod.

Dalam membahas sifat-sifat nukleus terdapat tiga model inti yang dianggap sebagai dasar dalam membahas sifat-sifat nukleus tersebut. Model-model inti tersebut antara lain :

1.      Model tetes cairan,

2.      Model kulit inti,

3.      Model kolektif inti.

Ketiga model inti tersebut akan diuraikan  dalam modul ini.

MATERI / ISI

1.       Model Tetes Cairan

Gambar 1  stuktur model tetesan cairan

Model tetes cairan dikembangkan oleh Niels Bohr, Wheeler, dan Frenkel. Model ini memperlakukan inti sebagai suatu massa homogen dan setiap nukleon  berinteraksi secara kuat dengan tetangga terdekatnya (Bunbun Bunjali, 2002). Nukleon-nukleon penyusun nucleus saling tarik-menarik sehingga jarak antar nucleon menjadi sangat rapat. Gaya interaksi adalah gaya jarak pendek yang bersifat jenuh dan tidak tergantung pada muatan  dan spin nukleon, sehingga energi interaksi antarnukleon merupakan fungsi kontinu dari massa inti ( nomor massa A). Nukleon-nukleon yang ada di permukaan nukleus mendapatkan gaya tarikan yang lebih kuat kearah dalam nucleus cenderung menjadi bulat seperti setetes cairan. (Retug, 2005)

C. V. Wieszacker pada tahun 1935 mendapati bahwa sifat-sifat inti berhubungan dengan ukuran, masa dan energi ikat. Hal ini mirip dengan yang dijumpai pada tetes cairan. Kerapatan cairan adalah konstan, ukurannya sebanding dengan jumlah partikel atau molekul di dalam cairan, dan penguapannya (energi ikatnya) berbanding lurus dengan massa atau jumlah partikel yang membentuk tetesan.

Gambar 2 model tetesan cairan

Model ini disebut model tetes cairan karena adanya sejumlah kesamaan kelakuan antara inti dan tetesan suatu cairan. Kesamaan kelakuan tersebut adalah:

1)      Baik tetes cairan maupun inti, keduanya bersifat homogen dan tidak dapat dimamfatkan. Tetes cairan tersusun oleh sejumlah atom atau molekul , sedangkan inti tersusun atas nukleon . Implikasi dari hal ini adalah volume inti sebanding dengan massa A. Maka jari-jari inti R = r₀ A  , dengan r₀ suatu tetapan dengan orde 1,2 – 1,5 F.

2)      Kemiripan inti dengan tetesan larutan ideal ditunjukkan dengan anggapan bahwa gaya interaksi antarnukleon adalah sama, tidak memperhatikan muatan maupun spin nukleon, yakni f _n-n f _n-p f _p-p

3)      Analog dengan suatu tetes cairan, inti atom akan menunjukkan adanya gaya tegangan permukaan, gaya yang sebanding dengan luas permukaan inti, sehingga terdapat gaya sebanding dengan A .

4)      Gambaran umum untuk tetes cairan, yaitu dapat terjadi penggabungan tetesan kecil menjadi tetesan yang lebih besar atau sebaliknya, pemecahan tetesan besar menjadi tetesan yang lebih kecil.

5)      Jika tetes cairan atau inti  ditembaki dengan partikel berenergi tinggi, partikel penembak ditangkap  dan terbentuk suatu inti gabungan  (inti majemuk). Proses termalisasi energi ini dalam inti gabunga dapat berlangsung dalam waktu 10 – 10  detik, berantung pada kecepatan partikel penembak.

6)      Pelepasan kelebihan energi (dieksitasi) pada tetesan atau inti majemuk dapat dilakukan melalui proses berikut :

Pada Tetesan	Pada Inti Majemuk
·     Pendinginan dengan melepaskan panas ·     Penguapan sejumlah partikel ·     Pemecahan tetesan menjadi dua tetesan yang lebih kecil	·       Pendinginan dengan memancarkan radiasi ·       Pemancaran satu atau lebih partikel ·       Pembelahan inti menjadi dua inti yang lebih kecil

Nukleon-nukleon yang berbeda jenis setelah membentuk nukleus  menjadi satu-kesatuan, dan tidak lagi sebagai nukleon yang berdiri-sendiri. Bila nukleus menerima suatu aksi dari luar maka seluruh nukleon penyusun nukleus  memberikan aksi secara bersama-sama.

Dalam keadaan tereksitasi sifat dari nukleus menjadi tidak stabil. Untuk mencapai kestabilan kembali nukleus akan melakukan reaksi nuklir. Hasil dari reaksi nuklir dapat berwujud energi panas, radiasi partikel dan gelombang elektromagnet. Terpancarnya partikel-partikel dari nukleon  dapat dianalogkan dengan teruapkannya melekul-molekul air dari tetes cairan.

Model tetes cairan juga mampu menjelaskan mekanismelogis dari reaksi inti berenergi rendah, menjelaskan gejala pembelahan dan penggabungan inti. Selain itu, model tetes cairan memberikan dasar perhitungan energi pengikat inti dan massa atom secara inti empirik yang dikemukakan Weizsacker yang dapat diaplikasikan dalam menghitung tetapan jari-jari nuklir dan memperkirakan nuklida stabil pada deret isobarik peluruhan.

Model tetes cairan menuntun kita pada formula massa semi empirik (ketergantungan massa nukleus pada A dan Z

Konstanta diperoleh secara eksperimen

Konstanta b5 ditentukan dengan skema berikut

Rata-rata energi ikat per nukleon dapat dihitung sebagai berikut.

Kerapatan setetes cairan tidak bergantung pada ukurannya. Dengan begitu, jika tetes itu menyerupai bola, maka radiusnya sebanding dengan akar 3 jumlah molekulnya.

Hal serupa ditemui pada inti, bahwa radius inti (inti dianggap menyerupai bola) sebanding dengan A^1/3, sehingga kerapatannya tidak bergantung pada ukuranya.Energi ikat tiap molekul sama, sehingga energi yang diperlukan untuk memisahkan semua molekul cairan itu sebanding dengan jumlah molekulnya. Pada inti diketahui hal serupa, bahwa energi ikat rata-rata per nukleon (fraksi ikat) konstan, yang berarti, energi yang diperlukan untuk memisahkan semua nukleon sebanding dengan jumlah nukleon.

Gambar 3 grafik model tetesan air

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

2.        Model Kulit Inti

Model kulit diangkat berdasarkan pada suatu kenyataan  bahwa nuklida  yang memiliki jumlah proton atau netron sesuai dengan bilangan-bilangan bulat tertentu memiliki stabilitas yang tinggi, ia sukar mengalami reaksi nuklir. Bilangan bulat yang dimaksud adalah 2, 8, 20, 28, 50, 82, dan 126.

Contoh nuklida yang yang memiliki nukleus stabil yang mengandung sejumlah proton dan netron yang masing-masing sesuai dengan bilangan tersebut adalah ₈O¹⁶ dan ₁₆S³². Contoh nuklida dengan nukleus yang stabil yang mengandung jumlah proton dan netronnya merupakan bilangan ganjil adalah nuklida dari ₆C¹³ dan ₈O¹⁷. Contoh nuklida dengan dengan nukleus stabil yang jumlah protonnya merupakan bilangan ganjil dan netronnya merupakan bilangan genap adalah nuklida  ₁₅P³¹ dan ₉F¹⁹. Bila beberapa nuklida dengan nukleus yang memiliki jumlah proton dan netronnya merupakan bilangan genap, yang bila disusun secara berurutan dari kecil  ke yang besar hasilnya mirip dengan jumlah maksimum elektron yang dapat mengorbit di orbital elektron utama terluar sesuai dengan konfigurasi elektron dalam uklida-nuklida yang stabil , yang jika dituliskan secara berurutan hasilnya yaitu 2, 8 ,18, 32, 50, 72. Bilangan-bilangan ini sering disebut dengan bilangan ajaib. Oleh karena telah diketahui bahwa elektron-elektron dalam mengorbit  nukleus sesuai dengan tingkatan energi masing-masing , maka susunan nukleon –nukleon dalam nukleon mirip  dengan susunan elektron  pada orbital nuklida.

Nukleon-nukleon pembentuk nukleus bergerak mengorbit pusat nukleus pada orbitalnya masing-masing sesuai dengan tingkat energinya. Energi yang dimiliki  oleh nukleon  yang ada dipermukaan nukleus lebih besar dibandingkan dengan yang ada di pusat nukleus. Untuk mempertahankan  posisinya nukleon yang ada di permukaan nukleus  harus mengeluarkan energinya yang cukup besar. Bila ketersediaan energinya kurang  maka nukleon-nukleon yang ada di permukaan nukleus  akan mudah meninggalkan posisinya. Bila hal ini terjadi  maka susunan nukleon dalam nukleus akan berubah,  artinya menjadi reaksi nuklir.

3.    Model Kolektif Inti

Model kolektif nukleus merupakan hasil penggabungan antara model tetes cairan  dan model kulit nukleus. Dalam model kolektif nukleus susunan nukleon-nukleon penyusun  nukleus berlapis-lapis, akan tetapi  bila nukleus menerima tambahan energi  dari luar maka energi itu akan didistribusikan merata ke seluruh nukleon penyusun nukleus tersebut. Bila dampak dari penyerapan energi itu menyebabkan nukleus dari nuklida memberikan reaksi maka reaksi itu merupakan akumulasi dari reaksi yang diberikan oleh semua nukleon penyusun nukleusnya. (Retug, 2005)

PENUTUP

 

1)      Kesimpulan

C. V. Wieszacker pada tahun 1935 mendapati bahwa sifat-sifat inti berhubungan dengan ukuran, masa dan energi ikat. Hal ini mirip dengan yang dijumpai pada tetes cairan. Kerapatan cairan adalah konstan, ukurannya sebanding dengan jumlah partikel atau molekul di dalam cairan, dan penguapannya (energi ikatnya) berbanding lurus dengan massa atau jumlah partikel yang membentuk tetesan.

Model kulit diangkat berdasarkan pada suatu kenyataan  bahwa nuklida  yang memiliki jumlah proton atau netron sesuai dengan bilangan-bilangan bulat tertentu memiliki stabilitas yang tinggi, ia sukar mengalami reaksi nuklir. Bilangan bulat yang dimaksud adalah 2, 8, 20, 28, 50, 82, dan 126.

2)      Pertanyaan

1.      Seperti kita ketahui model tetes cairan mempunyai sejumlah kesamaan kelakuan antara inti dan tetesan suatu cairan yang sudah disebutkan dalam modul ini, yang menjadi pertanyaan saya. Adakah perbedaan kelakuan antara inti dan tetesan suatu cairan dan tolong sebutkan…?

2.      Coba jelaskan bagaimana  gejala pembelahan dan penggabungan inti dalam model tetes cairan…?

3.      Hitunglah energy ikat per nucleon untuk …?

4.      Nukleon-nukleon pembentuk nukleus bergerak mengorbit pusat nukleus pada orbitalnya masing-masing sesuai dengan tingkat energinya. Yang menjadi pertanyaannya adalah sebutkan energy atau tingkat energy apa sajakah itu…?