Selamat datang di kumpulan contoh soal kimia transmutasi nuklir! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu Anda memahami lebih dalam konsep-konsep penting dalam kimia inti, khususnya mengenai transmutasi nuklir. Transmutasi nuklir adalah proses perubahan satu unsur menjadi unsur lain melalui reaksi inti, baik secara alami (peluruhan radioaktif) maupun buatan (bombardir partikel). Mempelajari topik ini sangat krusial karena aplikasinya yang luas dalam berbagai bidang, mulai dari kedokteran (radioisotop), energi (reaktor nuklir), hingga penelitian ilmiah. Dengan mengerjakan soal-soal ini, Anda akan diasah kemampuan analisis dan pemahaman Anda tentang persamaan reaksi nuklir, jenis-jenis peluruhan, energi yang terlibat, serta hukum kekekalan massa dan nomor atom dalam reaksi inti. Persiapkan diri Anda untuk menaklukkan setiap tantangan dan tingkatkan kompetensi Anda dalam materi kimia transmutasi nuklir yang kompleks namun menarik ini!
Kumpulan soal ini terdiri dari berbagai tipe, yaitu pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan mencocokkan, yang mencakup berbagai aspek transmutasi nuklir. Setiap pertanyaan telah disusun untuk menguji pemahaman Anda secara komprehensif. Di akhir artikel, Anda akan menemukan kunci jawaban dan pembahasan lengkap untuk setiap soal, memungkinkan Anda untuk mengevaluasi jawaban Anda dan memahami konsep yang mungkin masih membingungkan. Manfaatkan kesempatan ini untuk belajar secara efektif dan mempersiapkan diri Anda menghadapi ujian atau sekadar memperdalam pengetahuan Anda tentang dunia nuklir. Mari kita mulai!
A. Soal Pilihan Ganda (20 Soal)
- Peristiwa perubahan inti atom suatu unsur menjadi inti atom unsur lain secara alami disebut…
- A. Transmutasi alami
- B. Fisi nuklir
- C. Fusi nuklir
- D. Reaksi berantai
- E. Sintesis nuklir
- Partikel yang dipancarkan dalam peluruhan alfa (α) memiliki notasi…
- A. ⁰₋₁e
- B. ⁴₂He
- C. ⁰₊₁e
- D. ¹₀n
- E. ¹₁H
- Jika inti ²³⁸U mengalami peluruhan alfa, inti baru yang terbentuk adalah…
- A. ²³⁴Th
- B. ²⁴²Pu
- C. ²³⁸Pa
- D. ²³⁴Pa
- E. ²³⁶Np
- Peluruhan beta negatif (β⁻) terjadi ketika sebuah neutron dalam inti berubah menjadi…
- A. Proton dan elektron
- B. Proton dan positron
- C. Dua proton
- D. Dua neutron
- E. Elektron dan antineutrino
- Inti ¹⁴₆C mengalami peluruhan beta negatif. Inti anak yang terbentuk adalah…
- A. ¹⁴₅B
- B. ¹⁴₇N
- C. ¹³₆C
- D. ¹³₅B
- E. ¹⁴₈O
- Penangkapan elektron (electron capture) adalah salah satu jenis transmutasi yang menghasilkan…
- A. Peningkatan nomor atom
- B. Penurunan nomor atom
- C. Peningkatan nomor massa
- D. Penurunan nomor massa
- E. Tidak ada perubahan nomor atom maupun massa
- Reaksi transmutasi buatan pertama kali dilakukan oleh Rutherford dengan menembakkan partikel alfa ke inti…
- A. Nitrogen
- B. Oksigen
- C. Helium
- D. Karbon
- E. Uranium
- Produk dari reaksi ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + X adalah…
- A. ¹₁H
- B. ¹₀n
- C. ⁰₋₁e
- D. ⁰₊₁e
- E. ²₁H
- Transmutasi nuklir yang melibatkan penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat disebut…
- A. Fisi nuklir
- B. Fusi nuklir
- C. Peluruhan alfa
- D. Peluruhan beta
- E. Penangkapan elektron
- Proses pembelahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan dengan melepaskan energi sangat besar disebut…
- A. Fusi nuklir
- B. Transmutasi buatan
- C. Fisi nuklir
- D. Peluruhan gamma
- E. Reaksi berantai
- Dalam reaksi transmutasi, jumlah nomor massa dan nomor atom harus…
- A. Berubah secara proporsional
- B. Selalu meningkat
- C. Selalu menurun
- D. Kekal
- E. Tidak dapat diprediksi
- Partikel yang digunakan untuk membombardir inti agar terjadi transmutasi buatan seringkali adalah…
- A. Elektron
- B. Foton
- C. Neutron
- D. Proton
- E. Semua benar
- Inti ³⁰₁₅P yang tidak stabil dapat meluruh melalui emisi positron (beta positif). Inti anak yang terbentuk adalah…
- A. ³⁰₁₄Si
- B. ³⁰₁₆S
- C. ²⁹₁₅P
- D. ³¹₁₅P
- E. ²⁹₁₄Si
- Peluruhan gamma (γ) adalah…
- A. Emisi elektron dari inti
- B. Emisi partikel alfa dari inti
- C. Emisi foton energi tinggi dari inti yang tereksitasi
- D. Emisi positron dari inti
- E. Perubahan neutron menjadi proton
- Radioisotop ¹³¹₅₃I digunakan dalam bidang kedokteran untuk…
- A. Deteksi kanker tulang
- B. Terapi kanker tiroid
- C. Sterilisasi alat medis
- D. Penentuan umur batuan
- E. Sumber energi nuklir
- Reaksi ²⁷₁₃Al + ⁴₂He → ³⁰₁₅P + X. Partikel X adalah…
- A. ¹₁H
- B. ¹₀n
- C. ⁰₋₁e
- D. ⁰₊₁e
- E. ²₁H
- Waktu paruh adalah…
- A. Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari massa zat radioaktif meluruh
- B. Waktu yang dibutuhkan agar seluruh zat radioaktif meluruh
- C. Waktu yang dibutuhkan agar aktivitas radiasi meningkat dua kali lipat
- D. Waktu yang dibutuhkan untuk membuat zat menjadi stabil
- E. Waktu yang dibutuhkan untuk sintesis radioisotop
- Jika suatu sampel radioaktif memiliki waktu paruh 10 jam, berapa banyak yang tersisa setelah 30 jam jika massa awalnya 80 gram?
- A. 40 gram
- B. 20 gram
- C. 10 gram
- D. 5 gram
- E. 2.5 gram
- Transmutasi nuklir buatan dapat dilakukan menggunakan akselerator partikel untuk…
- A. Mempercepat peluruhan alami
- B. Menghasilkan inti yang lebih stabil
- C. Membombardir inti dengan partikel berenergi tinggi
- D. Menurunkan suhu reaksi nuklir
- E. Meningkatkan waktu paruh radioisotop
- Manakah pernyataan yang BENAR mengenai perbedaan fisi dan fusi nuklir?
- A. Fisi melibatkan penggabungan inti ringan, fusi melibatkan pembelahan inti berat.
- B. Fisi menghasilkan energi lebih kecil daripada fusi per nukleon.
- C. Fisi terjadi pada suhu sangat tinggi, fusi pada suhu rendah.
- D. Fisi menghasilkan inti yang lebih ringan, fusi menghasilkan inti yang lebih berat.
- E. Fisi menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, fusi menggunakan uranium.
B. Soal Isian Singkat (5 Soal)
- Proses perubahan inti atom suatu unsur menjadi inti atom unsur lain disebut ____________.
- Partikel yang memiliki nomor massa 0 dan nomor atom -1 adalah ____________.
- Reaksi inti yang terjadi di Matahari adalah reaksi ____________ nuklir.
- Inti ²³⁵U dapat mengalami ____________ nuklir ketika ditembak dengan neutron.
- Radioisotop yang digunakan sebagai detektor kebocoran pipa bawah tanah adalah ____________.
C. Soal Uraian (5 Soal)
- Jelaskan perbedaan mendasar antara transmutasi nuklir alami dan buatan, serta berikan masing-masing satu contoh reaksinya.
- Tuliskan persamaan reaksi lengkap untuk peluruhan alfa dan peluruhan beta negatif dari ²³²₉₀Th. Identifikasi inti anak yang terbentuk.
- Bagaimana konsep waktu paruh digunakan untuk menentukan usia suatu artefak kuno atau batuan? Jelaskan dengan singkat.
- Apa saja aplikasi radioisotop dalam bidang industri selain detektor kebocoran? Sebutkan minimal dua aplikasi dan jelaskan prinsip kerjanya.
- Jelaskan mengapa inti atom yang sangat berat cenderung tidak stabil dan mengalami peluruhan radioaktif. Kaitkan dengan rasio neutron-proton.
D. Soal Mencocokkan (2 Soal)
- Cocokkan jenis peluruhan dengan partikel yang dipancarkan:
- Kolom A (Jenis Peluruhan)
- 1. Peluruhan Alfa
- 2. Peluruhan Beta Negatif
- 3. Peluruhan Positron
- 4. Peluruhan Gamma
- Kolom B (Partikel yang Dipancarkan)
- a. Foton (energi tinggi)
- b. Elektron (⁰₋₁e)
- c. Positron (⁰₊₁e)
- d. Inti Helium (⁴₂He)
- Cocokkan radioisotop dengan aplikasinya:
- Kolom A (Radioisotop)
- 1. ¹⁴₆C
- 2. ⁶⁰₂₇Co
- 3. ¹³¹₅₃I
- 4. ²⁴₁₁Na
- Kolom B (Aplikasi)
- a. Terapi kanker
- b. Penentuan umur fosil
- c. Pelacak aliran darah/kebocoran pipa
- d. Diagnosis fungsi tiroid
Kunci Jawaban dan Pembahasan
A. Pilihan Ganda
- Jawaban: A. Transmutasi alami. Pembahasan: Transmutasi alami adalah perubahan inti atom secara spontan melalui peluruhan radioaktif.
- Jawaban: B. ⁴₂He. Pembahasan: Partikel alfa adalah inti helium yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron, sehingga memiliki nomor massa 4 dan nomor atom 2.
- Jawaban: A. ²³⁴Th. Pembahasan: ²³⁸₉₂U → ⁴₂He + ²³⁴₉₀Th. Nomor massa berkurang 4, nomor atom berkurang 2.
- Jawaban: A. Proton dan elektron. Pembahasan: Dalam peluruhan beta negatif, sebuah neutron (¹₀n) berubah menjadi proton (¹₁H) dan memancarkan elektron (⁰₋₁e) serta antineutrino.
- Jawaban: B. ¹⁴₇N. Pembahasan: ¹⁴₆C → ⁰₋₁e + ¹⁴₇N. Nomor massa tetap, nomor atom bertambah 1.
- Jawaban: B. Penurunan nomor atom. Pembahasan: Dalam penangkapan elektron, sebuah elektron dari kulit atom ditangkap oleh inti, mengubah proton menjadi neutron, sehingga nomor atom berkurang 1.
- Jawaban: A. Nitrogen. Pembahasan: Rutherford melakukan transmutasi buatan pertama pada tahun 1919 dengan menembakkan partikel alfa ke inti nitrogen, menghasilkan oksigen dan proton. ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + ¹₁H.
- Jawaban: A. ¹₁H. Pembahasan: Jumlah nomor massa: 14 + 4 = 18; 17 + X. Maka X memiliki nomor massa 1. Jumlah nomor atom: 7 + 2 = 9; 8 + X. Maka X memiliki nomor atom 1. Jadi, X adalah ¹₁H (proton).
- Jawaban: B. Fusi nuklir. Pembahasan: Fusi nuklir adalah reaksi penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat.
- Jawaban: C. Fisi nuklir. Pembahasan: Fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan.
- Jawaban: D. Kekal. Pembahasan: Sesuai hukum kekekalan massa dan nomor atom dalam reaksi inti, jumlah total nomor massa dan nomor atom sebelum dan sesudah reaksi harus sama.
- Jawaban: C. Neutron. Pembahasan: Neutron sering digunakan karena tidak bermuatan listrik, sehingga tidak mengalami tolakan Coulomb saat mendekati inti atom.
- Jawaban: A. ³⁰₁₄Si. Pembahasan: ³⁰₁₅P → ⁰₊₁e + ³⁰₁₄Si. Nomor massa tetap, nomor atom berkurang 1.
- Jawaban: C. Emisi foton energi tinggi dari inti yang tereksitasi. Pembahasan: Peluruhan gamma adalah pelepasan energi dalam bentuk foton gamma dari inti yang berada dalam keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, tanpa mengubah nomor massa atau nomor atom.
- Jawaban: B. Terapi kanker tiroid. Pembahasan: ¹³¹₅₃I secara khusus menargetkan sel-sel tiroid, sehingga efektif untuk diagnosis dan terapi gangguan tiroid.
- Jawaban: B. ¹₀n. Pembahasan: Nomor massa: 27 + 4 = 31; 30 + X. Maka X memiliki nomor massa 1. Nomor atom: 13 + 2 = 15; 15 + X. Maka X memiliki nomor atom 0. Jadi, X adalah ¹₀n (neutron).
- Jawaban: A. Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari massa zat radioaktif meluruh. Pembahasan: Ini adalah definisi standar dari waktu paruh.
- Jawaban: C. 10 gram. Pembahasan: Setelah 10 jam (1 waktu paruh), massa menjadi 80/2 = 40 gram. Setelah 20 jam (2 waktu paruh), massa menjadi 40/2 = 20 gram. Setelah 30 jam (3 waktu paruh), massa menjadi 20/2 = 10 gram.
- Jawaban: C. Membombardir inti dengan partikel berenergi tinggi. Pembahasan: Akselerator partikel digunakan untuk mempercepat partikel (misalnya proton, deuteron, partikel alfa) agar memiliki energi kinetik yang cukup untuk menembus inti target dan memicu transmutasi.
- Jawaban: D. Fisi menghasilkan inti yang lebih ringan, fusi menghasilkan inti yang lebih berat. Pembahasan: Fisi adalah pembelahan inti berat menjadi inti yang lebih ringan. Fusi adalah penggabungan inti ringan menjadi inti yang lebih berat.
B. Isian Singkat
- Transmutasi nuklir
- Elektron (atau partikel beta negatif)
- Fusi
- Fisi
- ²⁴₁₁Na (Natrium-24)
C. Uraian
- Perbedaan Transmutasi Nuklir Alami dan Buatan: Transmutasi nuklir alami adalah perubahan inti atom secara spontan melalui peluruhan radioaktif (misalnya, peluruhan alfa, beta, gamma) tanpa campur tangan manusia. Contoh: ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He. Transmutasi nuklir buatan adalah perubahan inti atom yang diinduksi oleh manusia dengan menembakkan partikel (misalnya neutron, proton, partikel alfa) ke inti target. Contoh: ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + ¹₁H.
- Persamaan Reaksi Peluruhan ²³²₉₀Th:
- Peluruhan Alfa: ²³²₉₀Th → ⁴₂He + ²²⁸₈₈Ra. Inti anak yang terbentuk adalah Radium-228.
- Peluruhan Beta Negatif: ²³²₉₀Th → ⁰₋₁e + ²³²₉₁Pa. Inti anak yang terbentuk adalah Protaktinium-232.
- Penentuan Usia Artefak/Batuan dengan Waktu Paruh: Konsep waktu paruh digunakan dalam penanggalan radiometrik (misalnya, penanggalan Karbon-14). Dengan mengukur rasio isotop radioaktif (induk) dan isotop stabil (anak) dalam sampel (misalnya, rasio ¹⁴C : ¹²C pada fosil atau rasio uranium:timbal pada batuan), dan mengetahui waktu paruh isotop radioaktif tersebut, kita dapat menghitung berapa kali waktu paruh telah berlalu sejak organisme mati atau batuan terbentuk. Semakin rendah rasio isotop induk, semakin tua usia sampel.
- Aplikasi Radioisotop dalam Industri:
- Pengujian Non-Destruktif (NDT): Radioisotop seperti ⁶⁰Co (Kobalt-60) atau ¹⁹²Ir (Iridium-192) digunakan dalam radiografi gamma untuk mendeteksi retakan atau cacat pada material logam (misalnya, las pipa, komponen mesin) tanpa merusaknya. Radiasi gamma menembus material, dan gambar yang dihasilkan pada film menunjukkan keberadaan cacat.
- Sterilisasi Produk Medis/Pangan: Radioisotop seperti ⁶⁰Co digunakan sebagai sumber radiasi gamma untuk mensterilkan alat-alat medis, kosmetik, atau bahkan makanan (iradiasi pangan) dengan membunuh mikroorganisme tanpa menaikkan suhu atau meninggalkan residu kimia.
- Ketidakstabilan Inti Berat: Inti atom yang sangat berat cenderung tidak stabil karena dua alasan utama: Pertama, gaya tolak elektrostatik antar proton (gaya Coulomb) menjadi sangat dominan dan lebih besar daripada gaya tarik inti kuat yang bekerja pada jarak pendek. Gaya inti kuat hanya efektif pada jarak yang sangat dekat, sedangkan tolakan Coulomb bekerja pada jarak yang lebih jauh. Kedua, rasio neutron-proton (n/p) yang ideal untuk stabilitas inti adalah sekitar 1:1 untuk inti ringan, tetapi meningkat menjadi sekitar 1.5:1 untuk inti berat. Inti berat membutuhkan lebih banyak neutron untuk ‘mengencerkan’ tolakan antar proton. Namun, jika jumlah proton terlalu banyak atau rasio n/p terlalu tinggi/rendah, inti menjadi tidak stabil dan akan meluruh untuk mencapai konfigurasi yang lebih stabil, seringkali dengan memancarkan partikel alfa (mengurangi jumlah proton dan neutron secara signifikan) atau partikel beta.
D. Mencocokkan
- Pasangan yang tepat:
- 1. Peluruhan Alfa → d. Inti Helium (⁴₂He)
- 2. Peluruhan Beta Negatif → b. Elektron (⁰₋₁e)
- 3. Peluruhan Positron → c. Positron (⁰₊₁e)
- 4. Peluruhan Gamma → a. Foton (energi tinggi)
- Pasangan yang tepat:
- 1. ¹⁴₆C → b. Penentuan umur fosil
- 2. ⁶⁰₂₇Co → a. Terapi kanker
- 3. ¹³¹₅₃I → d. Diagnosis fungsi tiroid
- 4. ²⁴₁₁Na → c. Pelacak aliran darah/kebocoran pipa