Contoh Soal Kimia Inti Lengkap: Uji Pemahamanmu tentang Radioaktivitas dan Reaksi Nuklir!

Soal Pilihan Ganda

1. Unsur yang memiliki jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda disebut…
   A. Isoton
   B. Isobar
   C. Isotop
   D. Isomer
   Jawaban: C. Penjelasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (jumlah proton sama) tetapi memiliki massa atom yang berbeda (jumlah neutron berbeda).
2. Partikel alfa (α) identik dengan inti atom…
   A. Hidrogen
   B. Helium
   C. Litium
   D. Berilium
   Jawaban: B. Penjelasan: Partikel alfa adalah inti atom Helium (₂⁴He) yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron.
3. Jenis radiasi yang memiliki daya tembus paling kuat adalah…
   A. Sinar alfa
   B. Sinar beta
   C. Sinar gamma
   D. Sinar-X
   Jawaban: C. Penjelasan: Sinar gamma adalah radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang tidak bermassa dan tidak bermuatan, sehingga memiliki daya tembus paling kuat.
4. Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari jumlah inti radioaktif meluruh disebut…
   A. Waktu paruh
   B. Waktu hidup
   C. Waktu peluruhan
   D. Waktu aktif
   Jawaban: A. Penjelasan: Waktu paruh (t½) adalah karakteristik inti radioaktif yang menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk setengah dari jumlah inti meluruh.
5. Reaksi nuklir di mana inti berat terpecah menjadi inti-inti yang lebih ringan disebut reaksi…
   A. Fusi
   B. Fisi
   C. Transmutasi
   D. Peluruhan
   Jawaban: B. Penjelasan: Reaksi fisi adalah proses pemecahan inti atom berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, disertai pelepasan energi besar.
6. Isotop ₆¹⁴C digunakan untuk…
   A. Sumber energi nuklir
   B. Diagnosis medis
   C. Penanggalan arkeologi
   D. Sterilisasi alat medis
   Jawaban: C. Penjelasan: Karbon-14 (₆¹⁴C) digunakan dalam metode penanggalan radiokarbon untuk menentukan usia benda-benda organik.
7. Manakah pernyataan yang benar mengenai inti atom yang stabil?
   A. Memiliki perbandingan neutron/proton yang sangat tinggi.
   B. Memiliki jumlah proton dan neutron yang sama banyak.
   C. Berada dalam pita kestabilan.
   D. Selalu memiliki jumlah proton genap.
   Jawaban: C. Penjelasan: Inti atom yang stabil umumnya memiliki perbandingan neutron/proton yang berada dalam rentang tertentu, yang disebut pita kestabilan.
8. Jika suatu unsur memancarkan partikel beta (β⁻), maka…
   A. Nomor massa berkurang, nomor atom tetap.
   B. Nomor massa tetap, nomor atom bertambah 1.
   C. Nomor massa bertambah, nomor atom tetap.
   D. Nomor massa tetap, nomor atom berkurang 1.
   Jawaban: B. Penjelasan: Peluruhan beta negatif (β⁻) mengubah neutron menjadi proton, sehingga nomor atom bertambah 1, sedangkan nomor massa tetap.
9. Reaksi penggabungan dua inti ringan membentuk inti yang lebih berat disebut reaksi…
   A. Fisi
   B. Fusi
   C. Disintegrasi
   D. Transmutasi
   Jawaban: B. Penjelasan: Reaksi fusi adalah penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat, melepaskan energi yang sangat besar.
10. Berikut ini adalah contoh aplikasi radioisotop di bidang kedokteran, kecuali…
    A. Terapi kanker dengan Kobalt-60.
    B. Pencitraan organ dengan Teknesium-99m.
    C. Sterilisasi alat medis dengan sinar gamma.
    D. Penentuan umur fosil dengan Karbon-14.
    Jawaban: D. Penjelasan: Penentuan umur fosil dengan Karbon-14 adalah aplikasi di bidang arkeologi, bukan kedokteran.
11. Berapa jumlah neutron dalam inti ₃⁸⁹⁰Sr?
    A. 38
    B. 52
    C. 90
    D. 128
    Jawaban: B. Penjelasan: Jumlah neutron = Nomor massa (A) – Nomor atom (Z) = 90 – 38 = 52.
12. Elektron yang dipancarkan dari inti atom saat peluruhan beta disebut…
    A. Elektron orbital
    B. Positron
    C. Negatron
    D. Partikel alfa
    Jawaban: C. Penjelasan: Elektron yang dipancarkan dari inti atom dalam peluruhan beta negatif secara spesifik disebut negatron.
13. Energi yang dilepaskan dalam reaksi nuklir berasal dari…
    A. Perubahan energi potensial elektron.
    B. Perubahan massa menjadi energi.
    C. Perubahan ikatan kimia.
    D. Perubahan volume inti atom.
    Jawaban: B. Penjelasan: Sesuai persamaan Einstein E=mc², energi yang dilepaskan dalam reaksi nuklir berasal dari defek massa (perubahan massa yang dikonversi menjadi energi).
14. Inti atom ₂³¹⁰Ne mengalami peluruhan alfa. Inti baru yang terbentuk adalah…
    A. ₂²⁸F
    B. ₂²⁶Na
    C. ₂²⁸Mg
    D. ₂²⁶Ne
    Jawaban: B. Penjelasan: Peluruhan alfa (₄²He) mengurangi nomor massa 4 dan nomor atom 2. Jadi, ₁₀²³Ne → ₂²⁶Na + ₄²He.
15. Sebuah sampel radioaktif memiliki waktu paruh 10 hari. Jika massa awal sampel adalah 80 gram, berapa massa yang tersisa setelah 30 hari?
    A. 40 gram
    B. 20 gram
    C. 10 gram
    D. 5 gram
    Jawaban: C. Penjelasan: Setelah 10 hari (1 waktu paruh), massa tersisa 80/2 = 40 gram. Setelah 20 hari (2 waktu paruh), massa tersisa 40/2 = 20 gram. Setelah 30 hari (3 waktu paruh), massa tersisa 20/2 = 10 gram.
16. Salah satu bahaya utama dari radiasi nuklir terhadap tubuh manusia adalah…
    A. Peningkatan suhu tubuh yang drastis.
    B. Kerusakan DNA dan mutasi sel.
    C. Penurunan tekanan darah.
    D. Peningkatan nafsu makan.
    Jawaban: B. Penjelasan: Radiasi nuklir dapat merusak DNA dalam sel, menyebabkan mutasi, kanker, atau kematian sel.
17. Mengapa reaksi fusi sulit direalisasikan di Bumi untuk produksi energi?
    A. Membutuhkan suhu dan tekanan yang sangat rendah.
    B. Membutuhkan suhu dan tekanan yang sangat tinggi.
    C. Bahan bakar fusi sangat langka.
    D. Produk sampingan fusi sangat radioaktif.
    Jawaban: B. Penjelasan: Reaksi fusi membutuhkan suhu jutaan derajat Celsius dan tekanan yang sangat tinggi untuk mengatasi tolakan inti atom dan menggabungkannya.
18. Transmutasi inti adalah proses…
    A. Perubahan inti atom menjadi inti atom lain.
    B. Perubahan elektron dari satu orbital ke orbital lain.
    C. Perubahan fase materi dari padat ke cair.
    D. Pembentukan molekul baru dari atom-atom.
    Jawaban: A. Penjelasan: Transmutasi inti adalah proses di mana satu unsur berubah menjadi unsur lain melalui perubahan pada inti atomnya.
19. Isotop radioaktif I-131 digunakan untuk mendeteksi dan mengobati penyakit pada organ…
    A. Jantung
    B. Paru-paru
    C. Tiroid
    D. Otak
    Jawaban: C. Penjelasan: Iodium-131 (I-131) secara spesifik digunakan untuk studi dan terapi kelenjar tiroid karena tiroid menyerap iodium.
20. Dalam reaksi inti ₁³H + ₁²H → ₂⁴He + X, partikel X adalah…
    A. Proton
    B. Neutron
    C. Elektron
    D. Positron
    Jawaban: B. Penjelasan: Untuk menyeimbangkan nomor massa (1+2=3 di kiri, 4 di kanan, jadi X harus memiliki massa -1) dan nomor atom (1+1=2 di kiri, 2 di kanan, jadi X harus memiliki muatan 0), partikel X adalah neutron (₀¹n). Terdapat kesalahan dalam perhitungan, seharusnya 1+2 = 3 di kiri, dan 4 di kanan. Ini berarti ada kelebihan 1 massa di kanan. Jika ₁³H + ₁²H → ₂⁴He + X, maka untuk nomor massa: 3+2 = 5, dan 4+massa_X. Jadi massa_X = 1. Untuk nomor atom: 1+1 = 2, dan 2+atom_X. Jadi atom_X = 0. Partikel dengan massa 1 dan muatan 0 adalah neutron. Jadi ₁³H + ₁²H → ₂⁴He + ₀¹n.

Soal Jawaban Singkat

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan defek massa dalam kimia inti!

Jawaban: Defek massa adalah perbedaan antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti atom dengan massa inti atom yang sebenarnya. Perbedaan massa ini diubah menjadi energi ikat inti sesuai persamaan Einstein E=mc².

2. Sebutkan tiga jenis utama radiasi nuklir beserta muatannya!

Jawaban: 1. Sinar alfa (α): Bermuatan positif (+2). 2. Sinar beta (β): Bermuatan negatif (-1) atau positif (+1). 3. Sinar gamma (γ): Tidak bermuatan (netral).

3. Bagaimana prinsip kerja penanggalan radiokarbon menggunakan isotop Karbon-14?

Jawaban: Penanggalan radiokarbon bekerja dengan mengukur rasio Karbon-14 (radioaktif) terhadap Karbon-12 (stabil) dalam sampel organik. Saat organisme hidup, rasio C-14/C-12 konstan karena pertukaran dengan atmosfer. Setelah mati, C-14 meluruh tanpa diganti, sehingga rasionya berkurang seiring waktu, memungkinkan penentuan usia sampel berdasarkan waktu paruh C-14.

4. Tuliskan persamaan reaksi peluruhan alfa untuk inti Uranium-238 (₂₃⁸₉₂U)!

Jawaban: ₂₃⁸₉₂U → ₂₃⁴₉₀Th + ₄₂He (atau α)

5. Apa perbedaan mendasar antara reaktor nuklir dan bom nuklir meskipun keduanya melibatkan reaksi fisi?

Jawaban: Reaktor nuklir mengendalikan reaksi fisi berantai untuk menghasilkan energi secara stabil dan berkelanjutan, biasanya melalui penggunaan moderator dan batang kendali. Bom nuklir dirancang untuk melepaskan energi secara eksplosif dan tidak terkontrol dalam waktu singkat, mencapai massa kritis dengan cepat tanpa mekanisme pengendali.

Soal Esai

1. Jelaskan secara rinci tentang fenomena radioaktivitas alami, termasuk bagaimana inti atom menjadi tidak stabil dan jenis-jenis peluruhan yang terjadi secara alami. Berikan contoh unsur yang mengalami radioaktivitas alami.

Jawangan: Radioaktivitas alami adalah fenomena spontan di mana inti atom yang tidak stabil (radioisotop) memancarkan partikel atau energi untuk mencapai konfigurasi yang lebih stabil. Inti atom menjadi tidak stabil ketika perbandingan neutron/proton tidak berada dalam pita kestabilan, atau ketika inti terlalu besar. Untuk inti ringan, ketidakstabilan terjadi jika perbandingan n/p terlalu tinggi atau terlalu rendah. Untuk inti berat (Z > 83), semua inti bersifat radioaktif. Jenis peluruhan alami meliputi: 1. Peluruhan alfa (α): Pemancaran inti helium (₂⁴He) oleh inti berat untuk mengurangi nomor massa dan nomor atom. Contoh: Uranium-238. 2. Peluruhan beta (β⁻): Pemancaran elektron (₀⁻¹e) ketika neutron berubah menjadi proton, meningkatkan nomor atom. Contoh: Karbon-14. 3. Peluruhan beta positif (β⁺): Pemancaran positron (₀¹e) ketika proton berubah menjadi neutron, mengurangi nomor atom. Contoh: Natrium-22. 4. Penangkapan elektron (EC): Inti menangkap elektron orbital, mengubah proton menjadi neutron, mengurangi nomor atom. Contoh: Kalium-40. 5. Peluruhan gamma (γ): Pemancaran foton energi tinggi oleh inti yang tereksitasi setelah peluruhan partikel, tanpa mengubah nomor massa atau atom. Contoh: Kobalt-60 setelah peluruhan beta.

2. Bandingkan dan kontraskan antara reaksi fisi dan reaksi fusi nuklir. Jelaskan prinsip dasar, kondisi yang diperlukan, produk yang dihasilkan, serta potensi aplikasi masing-masing dalam produksi energi.

Jawaban: Reaksi Fisi: Prinsip dasar adalah pemecahan inti atom berat (misalnya Uranium-235 atau Plutonium-239) menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan, disertai pelepasan energi besar dan beberapa neutron. Kondisi: Dipicu oleh penembakan neutron lambat, tidak memerlukan suhu atau tekanan ekstrem seperti fusi, tetapi butuh massa kritis. Produk: Inti-inti ringan yang seringkali radioaktif, neutron, dan energi. Aplikasi: Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dan senjata nuklir. Reaksi Fusi: Prinsip dasar adalah penggabungan dua inti atom ringan (misalnya Deuterium dan Tritium) menjadi inti yang lebih berat, melepaskan energi yang jauh lebih besar per satuan massa dibandingkan fisi. Kondisi: Membutuhkan suhu sangat tinggi (jutaan derajat Celsius) dan tekanan sangat tinggi untuk mengatasi tolakan elektrostatik antar inti. Produk: Inti yang lebih berat (misalnya Helium) yang umumnya stabil, neutron, dan energi. Aplikasi: Sumber energi Matahari dan bintang, serta senjata termonuklir (bom hidrogen). Potensi aplikasi energi: Fisi sudah diterapkan secara komersial di PLTN, namun menghasilkan limbah radioaktif. Fusi memiliki potensi sebagai sumber energi bersih (sedikit limbah radioaktif jangka panjang) dan bahan bakar melimpah, tetapi masih dalam tahap penelitian dan pengembangan karena kesulitan teknis untuk mencapai dan mempertahankan kondisi ekstrem yang diperlukan.

3. Diskusi tentang bahaya dan manfaat penggunaan radiasi nuklir dan radioisotop dalam kehidupan. Berikan contoh spesifik untuk setiap kategori.

Jawaban: Manfaat Radiasi Nuklir dan Radioisotop: 1. Bidang Kedokteran: Diagnosis (misalnya Teknesium-99m untuk pencitraan organ, Iodium-131 untuk tiroid) dan terapi (misalnya Kobalt-60 atau Iridium-192 untuk radioterapi kanker). 2. Bidang Industri: Sterilisasi alat medis dan makanan (sinar gamma), pengujian non-destruktif (misalnya sinar-X atau gamma untuk mendeteksi retakan material), pengukuran ketebalan material. 3. Bidang Pertanian: Pemuliaan tanaman (mutasi induksi), pengendalian hama (teknik serangga mandul), pelacak pupuk. 4. Bidang Arkeologi/Geologi: Penanggalan radiokarbon (Karbon-14) untuk menentukan usia artefak, penentuan usia batuan (Uranium-Timbal). 5. Sumber Energi: Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) menggunakan fisi nuklir untuk menghasilkan listrik. Bahaya Radiasi Nuklir dan Radioisotop: 1. Kesehatan Manusia: Radiasi ionisasi dapat merusak DNA, menyebabkan mutasi genetik, kanker, penyakit radiasi akut, dan cacat lahir pada dosis tinggi. Contoh: Paparan radiasi berlebihan dari kecelakaan nuklir. 2. Lingkungan: Limbah radioaktif yang dihasilkan dari PLTN atau penggunaan medis memiliki waktu paruh yang sangat panjang dan harus dikelola dengan sangat hati-hati untuk mencegah kontaminasi lingkungan. Kecelakaan nuklir (misalnya Chernobyl, Fukushima) dapat melepaskan materi radioaktif ke atmosfer dan tanah, menyebabkan kontaminasi jangka panjang. 3. Keamanan: Bahan nuklir dapat digunakan untuk membuat senjata nuklir, menimbulkan ancaman keamanan global. Penyalahgunaan radioisotop juga dapat menimbulkan risiko terorisme radiologis (bom kotor). Oleh karena itu, penggunaan radiasi nuklir memerlukan protokol keselamatan yang ketat, regulasi yang kuat, dan manajemen limbah yang efektif.

4. Jelaskan konsep waktu paruh (half-life) dan bagaimana ia digunakan dalam berbagai aplikasi. Sertakan rumus dasar perhitungan waktu paruh dan berikan contoh penerapannya.

Jawaban: Waktu paruh (t½) adalah waktu yang dibutuhkan agar setengah dari jumlah inti radioaktif suatu sampel meluruh. Ini adalah karakteristik intrinsik setiap radioisotop dan tidak dipengaruhi oleh suhu, tekanan, atau kondisi kimia. Rumus dasar: N_t = N₀ × (1/2)ⁿ, di mana N_t adalah jumlah inti tersisa setelah waktu t, N₀ adalah jumlah inti awal, dan n adalah jumlah waktu paruh yang telah berlalu (n = t / t½). Aplikasi: 1. Penanggalan Radiometrik: Misalnya, Karbon-14 (t½ ≈ 5730 tahun) untuk menentukan usia bahan organik hingga 50.000 tahun. Uranium-Timbal (t½ U-238 ≈ 4,5 miliar tahun) untuk menentukan usia batuan dan Bumi. 2. Kedokteran: Pemilihan radioisotop untuk diagnosis atau terapi berdasarkan waktu paruhnya. Isotop dengan waktu paruh pendek (misalnya Teknesium-99m, t½ = 6 jam) ideal untuk pencitraan karena cepat meluruh dalam tubuh, meminimalkan paparan radiasi. 3. Manajemen Limbah Radioaktif: Waktu paruh digunakan untuk menentukan berapa lama limbah harus disimpan dengan aman sebelum aktivitasnya menurun ke tingkat yang aman. Contoh: Jika suatu sampel memiliki waktu paruh 5 hari dan massa awal 100 gram, setelah 10 hari (2 waktu paruh), massa yang tersisa adalah 100 × (1/2)² = 100 × 1/4 = 25 gram.

5. Bagaimana energi dihasilkan dalam reaksi fisi berantai? Jelaskan peran neutron dan bagaimana reaksi ini dapat dikendalikan dalam reaktor nuklir.

Jawaban: Energi dalam reaksi fisi berantai dihasilkan ketika inti atom berat, seperti Uranium-235, menyerap sebuah neutron dan menjadi tidak stabil, kemudian terpecah (fisi) menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan energi yang sangat besar (sesuai E=mc²) dan rata-rata 2-3 neutron baru. Neutron-neutron baru ini kemudian dapat menabrak inti Uranium-235 lainnya, memicu reaksi fisi lebih lanjut, sehingga menciptakan reaksi berantai yang berkelanjutan. Peran Neutron: Neutron adalah pemicu reaksi fisi. Neutron yang dilepaskan dari satu reaksi fisi dapat memicu reaksi fisi berikutnya. Penting untuk mengendalikan jumlah neutron yang tersedia untuk reaksi agar energi yang dilepaskan dapat diatur. Pengendalian Reaksi Fisi dalam Reaktor Nuklir: 1. Moderator: Neutron yang dilepaskan dari fisi memiliki energi tinggi (neutron cepat) dan kurang efektif dalam memicu fisi U-235. Moderator (misalnya air berat, air ringan, atau grafit) digunakan untuk memperlambat neutron menjadi neutron termal (lambat), sehingga meningkatkan probabilitas penyerapan oleh inti U-235. 2. Batang Kendali: Terbuat dari bahan penyerap neutron (misalnya kadmium atau boron), batang kendali dimasukkan atau ditarik dari inti reaktor untuk mengatur laju reaksi. Jika terlalu banyak neutron, batang kendali diturunkan untuk menyerap kelebihan neutron dan memperlambat reaksi. Jika reaksi perlu dipercepat, batang kendali ditarik. Dengan mekanisme ini, jumlah neutron yang tersedia untuk memicu reaksi fisi dapat dijaga pada tingkat yang stabil, sehingga energi dilepaskan secara terkontrol dan berkelanjutan untuk menghasilkan listrik.

Soal Menjodohkan

Jodohkan istilah di kolom A dengan deskripsi atau contoh yang tepat di kolom B!

1. Kolom A: Penanggalan radiokarbon
   Kolom B: Penggunaan Karbon-14
2. Kolom A: Reaksi fisi
   Kolom B: Pemecahan inti berat
3. Kolom A: Sinar gamma
   Kolom B: Radiasi elektromagnetik tanpa massa
4. Kolom A: Waktu paruh
   Kolom B: Waktu peluruhan setengah inti
5. Kolom A: Reaksi fusi
   Kolom B: Penggabungan inti ringan

Soal Menjodohkan 2

Jodohkan radioisotop di kolom A dengan aplikasi utamanya di kolom B!

1. Kolom A: Iodium-131
   Kolom B: Diagnosis dan terapi tiroid
2. Kolom A: Kobalt-60
   Kolom B: Terapi kanker
3. Kolom A: Teknesium-99m
   Kolom B: Pencitraan organ tubuh
4. Kolom A: Karbon-14
   Kolom B: Penanggalan benda organik
5. Kolom A: Uranium-235
   Kolom B: Bahan bakar reaktor nuklir