Contoh Soal Kimia dan Radioaktivitas: Latihan Lengkap dengan Jawaban

Soal Pilihan Ganda

1. Partikel radiasi yang memiliki daya tembus paling kuat adalah…
   A. Partikel alfa (α)
   B. Partikel beta (β)
   C. Sinar gamma (γ)
   D. Sinar X
   Jawaban: C. Sinar gamma (γ)
   Penjelasan: Sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik berenergi tinggi yang tidak bermassa dan tidak bermuatan, sehingga memiliki daya tembus paling kuat dibandingkan partikel alfa dan beta.
2. Waktu paruh (t½) suatu unsur radioaktif adalah 20 menit. Jika mula-mula terdapat 80 gram unsur tersebut, massa unsur yang tersisa setelah 1 jam adalah…
   A. 5 gram
   B. 10 gram
   C. 20 gram
   D. 40 gram
   Jawaban: B. 10 gram
   Penjelasan: 1 jam = 60 menit. Jumlah waktu paruh = 60 menit / 20 menit = 3 kali. Massa sisa = 80 gram × (1/2)³ = 80 gram × 1/8 = 10 gram.
3. Suatu inti atom yang memiliki jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda disebut…
   A. Isobar
   B. Isoton
   C. Isotop
   D. Isomer
   Jawaban: C. Isotop
   Penjelasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (jumlah proton sama) tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda, sehingga nomor massa berbeda.
4. Reaksi inti yang terjadi pada matahari dan bom hidrogen adalah reaksi…
   A. Fisi
   B. Fusi
   C. Peluruhan alfa
   D. Transmutasi
   Jawaban: B. Fusi
   Penjelasan: Reaksi fusi adalah penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat, melepaskan energi sangat besar, dan terjadi pada bintang seperti matahari serta bom hidrogen.
5. Berikut ini yang BUKAN merupakan aplikasi radioisotop dalam bidang kedokteran adalah…
   A. Kobalt-60 (Co⁶⁰) untuk terapi kanker
   B. Iodin-131 (I¹³¹) untuk mendeteksi gangguan tiroid
   C. Karbon-14 (C¹⁴) untuk penentuan umur fosil
   D. Teknesium-99m (Tc⁹⁹ᵐ) untuk pencitraan organ tubuh
   Jawaban: C. Karbon-14 (C¹⁴) untuk penentuan umur fosil
   Penjelasan: Karbon-14 digunakan dalam arkeologi untuk penentuan usia benda purbakala, bukan dalam kedokteran.
6. Defek massa adalah…
   A. Selisih massa inti atom dan jumlah massa nukleon penyusunnya
   B. Selisih massa atom dan massa elektron
   C. Massa total proton dan neutron dalam inti
   D. Massa yang hilang saat terjadi peluruhan beta
   Jawaban: A. Selisih massa inti atom dan jumlah massa nukleon penyusunnya
   Penjelasan: Defek massa adalah perbedaan antara massa inti atom yang terukur dengan jumlah total massa proton dan neutron penyusunnya. Massa ini diubah menjadi energi ikat inti.
7. Unit standar untuk mengukur aktivitas radioaktif adalah…
   A. Gray (Gy)
   B. Sievert (Sv)
   C. Becquerel (Bq)
   D. Joule (J)
   Jawaban: C. Becquerel (Bq)
   Penjelasan: Becquerel (Bq) adalah unit SI untuk aktivitas radioaktif, didefinisikan sebagai satu peluruhan per detik. Gray (Gy) dan Sievert (Sv) adalah unit dosis radiasi.
8. Peluruhan radioaktif yang menghasilkan inti anak dengan nomor atom bertambah satu dan nomor massa tetap adalah peluruhan…
   A. Alfa (α)
   B. Beta (β⁻)
   C. Gamma (γ)
   D. Positron (β⁺)
   Jawaban: B. Beta (β⁻)
   Penjelasan: Dalam peluruhan beta negatif (β⁻), neutron berubah menjadi proton dan elektron (partikel beta), sehingga nomor atom bertambah 1 dan nomor massa tetap.
9. Reaksi inti: ₂³⁵U + ¹n → ₁₄₁Ba + ⁹²Kr + 3¹n + energi merupakan contoh dari reaksi…
   A. Fusi
   B. Fisi
   C. Peluruhan alfa
   D. Transmutasi alami
   Jawaban: B. Fisi
   Penjelasan: Reaksi fisi adalah pemecahan inti berat (Uranium-235) menjadi inti-inti yang lebih ringan (Barium dan Kripton) disertai pelepasan neutron dan energi.
10. Alat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi adalah…
    A. Spektrofotometer
    B. Kromatografi
    C. Pencacah Geiger-Müller
    D. Mikroskop elektron
    Jawaban: C. Pencacah Geiger-Müller
    Penjelasan: Pencacah Geiger-Müller adalah alat yang umum digunakan untuk mendeteksi radiasi pengion seperti alfa, beta, dan gamma.
11. Unsur ₁₉K³⁹ dan ₂₀Ca³⁹ merupakan…
    A. Isotop
    B. Isobar
    C. Isoton
    D. Isomer
    Jawaban: B. Isobar
    Penjelasan: Isobar adalah inti atom yang memiliki nomor massa (jumlah proton + neutron) yang sama, tetapi nomor atom (jumlah proton) berbeda. K³⁹ dan Ca³⁹ keduanya memiliki nomor massa 39.
12. Sinar gamma (γ) adalah…
    A. Partikel bermuatan positif
    B. Partikel bermuatan negatif
    C. Gelombang elektromagnetik
    D. Aliran elektron
    Jawaban: C. Gelombang elektromagnetik
    Penjelasan: Sinar gamma adalah bentuk radiasi elektromagnetik berenergi tinggi, serupa dengan sinar X tetapi dengan panjang gelombang yang lebih pendek dan energi yang lebih tinggi.
13. Radioisotop Iodin-131 (I¹³¹) digunakan untuk mendeteksi gangguan pada kelenjar…
    A. Pankreas
    B. Tiroid
    C. Adrenal
    D. Pituitari
    Jawaban: B. Tiroid
    Penjelasan: Kelenjar tiroid secara selektif menyerap iodin, sehingga Iodin-131 dapat digunakan untuk mendeteksi dan mengobati gangguan tiroid.
14. Yang dimaksud dengan reaksi berantai (chain reaction) dalam reaksi fisi adalah…
    A. Reaksi yang terjadi secara spontan tanpa pemicu
    B. Reaksi yang menghasilkan inti baru yang lebih berat
    C. Reaksi fisi yang neutron hasil fisinya memicu fisi inti lain secara terus-menerus
    D. Reaksi yang hanya terjadi pada suhu sangat tinggi
    Jawaban: C. Reaksi fisi yang neutron hasil fisinya memicu fisi inti lain secara terus-menerus
    Penjelasan: Dalam reaksi fisi berantai, neutron yang dilepaskan dari pemecahan satu inti atom berat kemudian menumbuk inti atom berat lainnya, menyebabkan fisi berlanjut secara eksponensial.
15. Peluruhan radioaktif mengikuti kinetika reaksi orde…
    A. Nol
    B. Satu
    C. Dua
    D. Tiga
    Jawaban: B. Satu
    Penjelasan: Peluruhan radioaktif adalah proses acak yang lajunya hanya bergantung pada jumlah inti radioaktif yang ada, sehingga mengikuti kinetika reaksi orde satu.
16. Salah satu bahaya radiasi terhadap tubuh manusia adalah…
    A. Peningkatan produksi sel darah merah
    B. Kerusakan DNA dan mutasi genetik
    C. Peningkatan nafsu makan
    D. Peningkatan daya tahan tubuh
    Jawaban: B. Kerusakan DNA dan mutasi genetik
    Penjelasan: Radiasi pengion memiliki energi yang cukup untuk merusak ikatan kimia dalam sel, termasuk DNA, yang dapat menyebabkan mutasi, kanker, atau kematian sel.
17. Produk dari peluruhan alfa adalah inti anak dengan nomor atom dan nomor massa yang…
    A. Nomor atom berkurang 2, nomor massa berkurang 4
    B. Nomor atom bertambah 2, nomor massa berkurang 4
    C. Nomor atom berkurang 2, nomor massa tetap
    D. Nomor atom tetap, nomor massa berkurang 4
    Jawaban: A. Nomor atom berkurang 2, nomor massa berkurang 4
    Penjelasan: Partikel alfa adalah inti helium (₂He⁴), sehingga saat inti meluruh dengan memancarkan alfa, nomor atom berkurang 2 dan nomor massa berkurang 4.
18. Radioisotop Karbon-14 (C¹⁴) digunakan untuk…
    A. Menentukan usia benda purbakala
    B. Sterilisasi alat medis
    C. Terapi kanker
    D. Sumber energi nuklir
    Jawaban: A. Menentukan usia benda purbakala
    Penjelasan: Karbon-14 digunakan dalam metode penanggalan radiokarbon untuk menentukan usia bahan organik.
19. Unsur ₆C¹⁴ dan ₇N¹⁴ merupakan…
    A. Isotop
    B. Isobar
    C. Isoton
    D. Isomer
    Jawaban: B. Isobar
    Penjelasan: Kedua unsur memiliki nomor massa yang sama (14) tetapi nomor atom yang berbeda (6 dan 7).
20. Pernyataan yang benar tentang energi ikat inti (binding energy) adalah…
    A. Energi yang dibutuhkan untuk memecah inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya
    B. Energi yang dilepaskan saat inti terbentuk dari nukleon-nukleon penyusunnya
    C. Energi yang terkandung dalam elektron-elektron atom
    D. A dan B benar
    Jawaban: D. A dan B benar
    Penjelasan: Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan saat nukleon-nukleon bergabung membentuk inti (sebagai defek massa), atau energi yang dibutuhkan untuk memecah inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya.

Soal Isian Singkat

1. Tuliskan tiga jenis radiasi utama yang dipancarkan oleh inti radioaktif!

Jawaban: Alfa (α), Beta (β), Gamma (γ)

2. Apa yang dimaksud dengan waktu paruh suatu unsur radioaktif?

Jawaban: Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti radioaktif suatu sampel meluruh.

3. Sebutkan dua perbedaan utama antara reaksi fisi dan reaksi fusi!

Jawaban: Fisi adalah pemecahan inti berat, fusi adalah penggabungan inti ringan. Fisi terjadi pada suhu relatif rendah, fusi memerlukan suhu sangat tinggi. Fisi menghasilkan limbah radioaktif, fusi lebih bersih. (Pilih dua)

4. Radioisotop Kobalt-60 (Co⁶⁰) banyak digunakan dalam bidang kedokteran untuk tujuan apa?

Jawaban: Terapi kanker (radioterapi).

5. Apa nama partikel yang dilepaskan saat suatu neutron dalam inti berubah menjadi proton dan elektron?

Jawaban: Elektron (partikel beta negatif, β⁻).

Soal Esai

1. Jelaskan secara komprehensif dampak positif dan negatif dari penggunaan radioaktivitas dalam kehidupan sehari-hari, serta upaya-upaya yang dilakukan untuk meminimalkan dampak negatifnya!

Jawaban:
Dampak Positif:

• Kedokteran: Diagnostik (CT scan, PET scan, I¹³¹ untuk tiroid, Tc⁹⁹ᵐ untuk pencitraan organ), terapi (Co⁶⁰ untuk kanker).
• Industri: Sterilisasi alat medis dan makanan, deteksi kebocoran pipa, pengujian non-destruktif, pengendalian ketebalan material.
• Pertanian: Pemuliaan tanaman (mutasi genetik), pemberantasan hama, pelacak pupuk.
• Energi: Pembangkit listrik tenaga nuklir (reaksi fisi U²³⁵).
• Arkeologi/Geologi: Penanggalan radiokarbon (C¹⁴) untuk fosil, penentuan usia batuan.

Dampak Negatif:

• Kesehatan: Kerusakan sel, mutasi genetik, kanker, penyakit radiasi akut, kematian.
• Lingkungan: Kontaminasi tanah dan air, limbah radioaktif yang berbahaya dan berumur panjang, potensi kecelakaan nuklir.

Upaya Meminimalkan Dampak Negatif:

• Proteksi Radiasi: Prinsip ALARA (As Low As Reasonably Achievable), penggunaan pelindung (timbal, beton), jarak aman, waktu paparan minimal.
• Manajemen Limbah: Penyimpanan limbah radioaktif jangka panjang di fasilitas aman, daur ulang bahan bakar nuklir, enkapsulasi.
• Regulasi Ketat: Pengawasan oleh badan energi atom (misalnya BATAN di Indonesia) terhadap penggunaan dan transportasi bahan radioaktif.
• Edukasi: Pelatihan bagi pekerja yang berinteraksi dengan bahan radioaktif.
2. Terangkan konsep defek massa dan energi ikat inti. Bagaimana kedua konsep ini menjelaskan kestabilan inti atom?

Jawaban:
Defek Massa: Adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti secara terpisah dengan massa inti atom yang sebenarnya terukur. Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon penyusunnya. Selisih massa ini (defek massa) dikonversi menjadi energi berdasarkan persamaan Einstein, E = mc².
Energi Ikat Inti (Binding Energy): Adalah energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti atom, atau energi yang dibutuhkan untuk memisahkan inti atom menjadi nukleon-nukleon penyusunnya. Energi ini berasal dari defek massa. Semakin besar defek massa, semakin besar energi ikat intinya.
Kestabilan Inti Atom: Energi ikat inti per nukleon adalah indikator utama kestabilan inti. Inti yang paling stabil memiliki energi ikat inti per nukleon tertinggi. Inti yang memiliki energi ikat inti per nukleon lebih rendah cenderung tidak stabil dan akan mengalami peluruhan radioaktif untuk mencapai konfigurasi yang lebih stabil. Inti-inti di tengah tabel periodik (misalnya besi, Fe) umumnya memiliki energi ikat inti per nukleon tertinggi, sehingga sangat stabil. Inti ringan bisa menjadi lebih stabil melalui fusi, sementara inti berat bisa menjadi lebih stabil melalui fisi.

3. Bagaimana prinsip kerja reaktor nuklir untuk menghasilkan energi listrik? Jelaskan peran bahan bakar, moderator, dan batang kendali!

Jawaban:
Prinsip Kerja Reaktor Nuklir: Reaktor nuklir memanfaatkan reaksi fisi berantai terkendali dari inti atom berat (umumnya Uranium-235 atau Plutonium-239) untuk menghasilkan panas. Panas ini kemudian digunakan untuk memanaskan air, menghasilkan uap bertekanan tinggi yang akan memutar turbin, dan turbin ini akan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
Peran Komponen:

• Bahan Bakar: Biasanya Uranium-235 (U²³⁵) yang diperkaya. Ini adalah sumber inti yang akan difisi. Ketika U²³⁵ ditembak oleh neutron, ia akan pecah menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan energi panas, dan menghasilkan 2-3 neutron baru.
• Moderator: Bahan seperti air berat (D₂O), air ringan (H₂O), atau grafit. Peran moderator adalah memperlambat kecepatan neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi. Neutron cepat kurang efektif dalam memicu fisi U²³⁵ berikutnya. Dengan diperlambat, peluang neutron untuk menumbuk inti U²³⁵ lain dan memicu reaksi fisi lebih lanjut menjadi lebih tinggi, sehingga reaksi berantai dapat dipertahankan.
• Batang Kendali: Terbuat dari bahan yang dapat menyerap neutron, seperti kadmium (Cd) atau boron (B). Batang kendali berfungsi untuk mengatur laju reaksi fisi. Dengan menaikkan atau menurunkan batang kendali, jumlah neutron yang tersedia untuk memicu reaksi fisi dapat diatur. Jika reaksi terlalu cepat, batang kendali diturunkan untuk menyerap lebih banyak neutron, sehingga laju reaksi melambat. Sebaliknya, jika reaksi melambat, batang kendali dinaikkan untuk mengurangi penyerapan neutron, sehingga laju reaksi meningkat. Ini memastikan reaksi berantai tetap terkendali dan tidak menjadi tidak terkendali (seperti pada bom atom).
4. Bandingkan dan kontraskan antara radioaktivitas alami dan radioaktivitas buatan (induksi). Berikan contoh masing-masing!

Jawaban:
Radioaktivitas Alami:

• Definisi: Peluruhan inti atom yang tidak stabil secara spontan, terjadi di alam tanpa campur tangan manusia.
• Sumber: Inti-inti radioaktif yang sudah ada sejak terbentuknya bumi (misalnya U²³⁸, Th²³², K⁴⁰, C¹⁴) atau inti anak hasil peluruhan dari deret radioaktif alami.
• Mekanisme: Inti berat meluruh secara bertahap melalui emisi partikel alfa, beta, atau sinar gamma hingga mencapai inti stabil.
• Contoh: Peluruhan Uranium-238 menjadi Timbal-206, peluruhan Karbon-14 menjadi Nitrogen-14.

Radioaktivitas Buatan (Induksi):

• Definisi: Inti atom stabil diubah menjadi inti radioaktif melalui penembakan dengan partikel lain (misalnya neutron, proton, partikel alfa) dalam suatu reaksi inti yang diinduksi oleh manusia.
• Sumber: Reaktor nuklir, akselerator partikel, atau bom atom.
• Mekanisme: Inti stabil menyerap partikel, menjadi inti yang tidak stabil, kemudian meluruh.
• Contoh: Penembakan Aluminium-27 (Al²⁷) dengan partikel alfa menghasilkan Fosfor-30 (P³⁰) yang radioaktif, atau produksi Kobalt-60 (Co⁶⁰) dari Kobalt-59 (Co⁵⁹) dengan penembakan neutron.

Kontras: Perbedaan utama terletak pada asal mula ketidakstabilan inti. Radioaktivitas alami berasal dari inti yang memang sudah tidak stabil di alam, sedangkan radioaktivitas buatan dihasilkan dari inti stabil yang dibuat tidak stabil melalui intervensi manusia.

5. Jelaskan secara rinci bagaimana metode penanggalan radiokarbon (Carbon-14 dating) bekerja untuk menentukan usia benda-benda purbakala!

Jawaban:
Prinsip Dasar: Penanggalan radiokarbon memanfaatkan isotop radioaktif Karbon-14 (C¹⁴) yang memiliki waktu paruh sekitar 5.730 tahun. C¹⁴ terbentuk secara terus-menerus di atmosfer atas ketika neutron dari sinar kosmik menumbuk atom nitrogen (N¹⁴). C¹⁴ ini kemudian beroksidasi menjadi karbon dioksida (CO₂) radioaktif dan berasimilasi ke dalam siklus karbon bumi.
Proses:

• Pembentukan dan Keseimbangan: Semua organisme hidup (tumbuhan dan hewan) terus-menerus bertukar karbon dengan lingkungannya. Mereka menyerap C¹⁴ dari atmosfer (melalui fotosintesis pada tumbuhan, atau memakan tumbuhan pada hewan) dan juga mengandung C¹² yang stabil. Selama organisme hidup, rasio C¹⁴/C¹² dalam tubuhnya kira-kira sama dengan rasio di atmosfer, karena C¹⁴ yang meluruh digantikan oleh C¹⁴ baru.
• Kematian Organisme: Ketika organisme mati, ia berhenti bertukar karbon dengan lingkungannya. Sejak saat itu, tidak ada lagi C¹⁴ baru yang masuk ke dalam tubuhnya. C¹⁴ yang sudah ada di dalam tubuh organisme akan mulai meluruh secara radioaktif menjadi Nitrogen-14 (N¹⁴) dengan waktu paruh 5.730 tahun. Sementara itu, jumlah C¹² yang stabil tetap konstan.
• Penentuan Usia: Para ilmuwan mengambil sampel dari benda purbakala (misalnya kayu, tulang, kain) dan mengukur rasio C¹⁴/C¹² yang tersisa di dalamnya. Dengan membandingkan rasio ini dengan rasio C¹⁴/C¹² di atmosfer saat ini (yang diasumsikan konstan atau dapat dikoreksi dengan kalibrasi), dan mengetahui waktu paruh C¹⁴, mereka dapat menghitung berapa banyak waktu yang telah berlalu sejak organisme tersebut mati. Semakin rendah rasio C¹⁴/C¹², semakin tua usia benda tersebut.

Keterbatasan: Metode ini efektif untuk benda-benda organik dan memiliki rentang waktu sekitar 50.000 hingga 60.000 tahun. Untuk benda yang jauh lebih tua atau tidak mengandung karbon organik, metode penanggalan radiometrik lain dengan isotop berbeda digunakan.

Soal Menjodohkan

1. Jodohkan istilah di kolom kiri dengan definisi atau contoh yang paling sesuai di kolom kanan!
   

   Istilah	Definisi/Contoh
   a. Fisi	1. Peluruhan inti berat menjadi inti yang lebih ringan
   b. Fusi	2. Penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat
   c. Isotop	3. Atom dengan jumlah proton sama, neutron berbeda
   d. Isobar	4. Atom dengan nomor massa sama, proton berbeda

   Jawaban: a-1, b-2, c-3, d-4

2. Jodohkan radioisotop di kolom kiri dengan aplikasi utamanya di kolom kanan!
   

   Radioisotop	Aplikasi Utama
   a. Iodin-131 (I¹³¹)	1. Deteksi gangguan tiroid
   b. Kobalt-60 (Co⁶⁰)	2. Terapi kanker
   c. Karbon-14 (C¹⁴)	3. Penanggalan benda purbakala
   d. Teknesium-99m (Tc⁹⁹ᵐ)	4. Pencitraan organ tubuh

   Jawaban: a-1, b-2, c-3, d-4