Pelajari dan kuasai materi energi ikat inti atom dengan koleksi latihan soal fisika terlengkap ini. Energi ikat adalah konsep fundamental dalam fisika nuklir yang menjelaskan kestabilan inti atom dan energi yang dilepaskan atau diserap dalam reaksi nuklir. Memahami massa defek, energi ikat per nukleon, serta hubungan antara massa dan energi (E=mc²) adalah kunci untuk menguasai topik ini. Latihan soal ini mencakup berbagai jenis pertanyaan mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, dirancang untuk menguji pemahaman Anda secara mendalam. Tingkatkan kemampuan analisis dan perhitungan Anda dalam menghitung energi ikat, memprediksi kestabilan inti, dan memahami proses fusi serta fisi nuklir. Persiapkan diri Anda untuk ujian dengan soal-soal berkualitas tinggi yang dilengkapi dengan kunci jawaban dan penjelasan.
Contoh Soal soal fisika materi energi ikat
A. Pilihan Ganda
1. Energi ikat inti adalah energi yang…
- Dibutuhkan untuk memisahkan inti atom menjadi nukleon-nukleon penyusunnya.
- Dilepaskan saat elektron mengelilingi inti atom.
- Dibutuhkan untuk memindahkan elektron dari satu kulit ke kulit lain.
- Dilepaskan saat atom bereaksi secara kimia.
- Terjadi akibat gaya gravitasi antarpartikel inti.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Energi ikat inti adalah energi yang dibutuhkan untuk memisahkan inti atom menjadi nukleon-nukleon penyusunnya atau energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti.
2. Massa defek adalah selisih antara…
- Massa atom dengan massa elektron.
- Massa total nukleon penyusun inti dengan massa inti atom sebenarnya.
- Massa proton dengan massa neutron.
- Massa inti atom sebelum dan sesudah reaksi kimia.
- Massa atom dengan massa inti.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Massa defek adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti dan massa inti atom sebenarnya. Selisih massa ini diubah menjadi energi ikat berdasarkan persamaan Einstein E=mc².
3. Jika sebuah inti atom memiliki 6 proton dan 6 neutron, serta massa inti sebenarnya adalah 12,000 sma. Diketahui massa proton = 1,0073 sma dan massa neutron = 1,0087 sma. Berapakah massa defek inti tersebut?
- 0,086 sma
- 0,090 sma
- 0,096 sma
- 0,100 sma
- 0,104 sma
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Massa total nukleon = (6 × 1,0073 sma) + (6 × 1,0087 sma) = 6,0438 sma + 6,0522 sma = 12,096 sma. Massa defek = Massa total nukleon – Massa inti sebenarnya = 12,096 sma – 12,000 sma = 0,096 sma.
4. Konversi 1 sma (satuan massa atom) setara dengan energi sebesar…
- 9,315 MeV
- 93,15 MeV
- 931 MeV
- 931,5 MeV
- 9315 MeV
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Nilai standar konversi 1 sma ke energi adalah 931,5 MeV. Ini berasal dari persamaan E=mc².
5. Inti atom yang paling stabil umumnya memiliki…
- Energi ikat per nukleon yang paling tinggi.
- Energi ikat total yang paling rendah.
- Jumlah proton dan neutron yang sangat tidak seimbang.
- Massa defek yang sangat kecil.
- Gaya tolak Coulomb yang dominan.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Inti yang paling stabil memiliki energi ikat per nukleon tertinggi. Ini menunjukkan bahwa setiap nukleon terikat dengan sangat kuat dalam inti.
6. Jika massa defek suatu inti adalah 0,05 sma, berapakah energi ikat inti tersebut dalam MeV? (1 sma = 931,5 MeV)
- 4,6575 MeV
- 46,575 MeV
- 465,75 MeV
- 4657,5 MeV
- 0,46575 MeV
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi ikat = Massa defek × 931,5 MeV/sma = 0,05 sma × 931,5 MeV/sma = 46,575 MeV.
7. Apa yang terjadi pada energi ikat inti saat inti atom mengalami reaksi fisi?
- Meningkat, sehingga energi diserap.
- Menurun, sehingga energi diserap.
- Meningkat pada produk, sehingga energi dilepaskan.
- Menurun pada produk, sehingga energi dilepaskan.
- Tidak berubah.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Reaksi fisi adalah pembelahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan. Inti-inti yang lebih ringan ini memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi daripada inti berat asalnya, sehingga energi dilepaskan dalam proses ini.
8. Persamaan Einstein yang menghubungkan massa dan energi adalah…
- E = mc²
- E = hf
- F = ma
- p = mv
- λ = h/p
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Persamaan E=mc² menunjukkan bahwa massa dapat diubah menjadi energi dan sebaliknya. c adalah kecepatan cahaya.
9. Manakah pernyataan yang benar mengenai energi ikat per nukleon?
- Selalu sama untuk semua inti atom.
- Tidak ada hubungannya dengan kestabilan inti.
- Hanya berlaku untuk inti atom ringan.
- Merupakan indikator kestabilan inti atom.
- Berbanding lurus dengan massa defek.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Energi ikat per nukleon adalah energi ikat total dibagi dengan jumlah nukleon (nomor massa). Nilai ini menjadi indikator utama kestabilan inti atom.
10. Jika inti Helium (⁴₂He) memiliki massa 4,0026 sma, massa proton = 1,0073 sma, massa neutron = 1,0087 sma. Berapakah energi ikat inti Helium tersebut? (1 sma = 931,5 MeV)
- 20,15 MeV
- 22,50 MeV
- 25,87 MeV
- 26,99 MeV
- 27,38 MeV
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: E
Pembahasan: Inti Helium memiliki 2 proton dan 2 neutron. Massa total nukleon = (2 × 1,0073) + (2 × 1,0087) = 2,0146 + 2,0174 = 4,032 sma. Massa defek = 4,032 – 4,0026 = 0,0294 sma. Energi ikat = 0,0294 sma × 931,5 MeV/sma ≈ 27,38 MeV.
11. Gaya apakah yang bertanggung jawab untuk mengikat nukleon-nukleon di dalam inti atom?
- Gaya gravitasi
- Gaya nuklir kuat
- Gaya elektromagnetik
- Gaya nuklir lemah
- Gaya Van der Waals
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Gaya nuklir kuat adalah gaya fundamental yang paling kuat dan bertanggung jawab untuk mengikat proton dan neutron bersama-sama di dalam inti, mengatasi gaya tolak Coulomb antarproton.
12. Kurva energi ikat per nukleon menunjukkan bahwa inti-inti dengan nomor massa sekitar 50-60 memiliki…
- Kestabilan paling tinggi.
- Kestabilan paling rendah.
- Massa defek paling kecil.
- Energi ikat total paling kecil.
- Jumlah neutron yang jauh lebih banyak dari proton.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Inti-inti di tengah tabel periodik, seperti Besi (Fe), memiliki energi ikat per nukleon tertinggi, menunjukkan kestabilan paling besar.
13. Apa yang dimaksud dengan reaksi fusi?
- Pembelahan inti berat menjadi inti ringan.
- Perubahan isotop tanpa pelepasan energi.
- Penggabungan dua inti ringan menjadi inti yang lebih berat.
- Pelepasan elektron dari inti atom.
- Peluruhan radioaktif inti atom.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Reaksi fusi adalah penggabungan dua inti ringan menjadi inti yang lebih berat, melepaskan sejumlah besar energi.
14. Dalam konteks energi ikat, jika massa total produk reaksi nuklir lebih kecil dari massa total reaktan, maka reaksi tersebut…
- Melepaskan energi.
- Menyerap energi.
- Tidak melepaskan maupun menyerap energi.
- Hanya terjadi pada inti ringan.
- Hanya terjadi pada inti berat.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Jika massa berkurang, maka massa tersebut diubah menjadi energi sesuai E=mc². Reaksi yang melepaskan energi disebut reaksi eksotermik atau eksoenergetik.
15. Jika inti Karbon-12 (¹²₆C) memiliki massa 12,0000 sma, massa proton = 1,007276 sma, massa neutron = 1,008665 sma. Berapakah massa defeknya?
- 0,08932 sma
- 0,09123 sma
- 0,09345 sma
- 0,095646 sma
- 0,09789 sma
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Inti Karbon-12 memiliki 6 proton dan 6 neutron. Massa total nukleon = (6 × 1,007276) + (6 × 1,008665) = 6,043656 + 6,05199 = 12,095646 sma. Massa defek = 12,095646 – 12,0000 = 0,095646 sma.
16. Mengapa inti atom ringan seperti Hidrogen dan Helium cenderung melakukan fusi daripada fisi?
- Massa defeknya terlalu besar untuk fisi.
- Energi ikat per nukleon mereka meningkat saat bergabung.
- Gaya tolak Coulomb antarprotonnya sangat kuat.
- Mereka terlalu kecil untuk menyerap neutron.
- Reaksi fisi membutuhkan suhu yang sangat tinggi.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Inti ringan memiliki energi ikat per nukleon yang lebih rendah dibandingkan inti yang lebih berat di tengah grafik. Dengan bergabung (fusi), mereka dapat membentuk inti yang lebih stabil dengan energi ikat per nukleon lebih tinggi, sehingga melepaskan energi.
17. Apa peran neutron dalam kestabilan inti atom, terutama dalam hubungannya dengan energi ikat?
- Menyediakan muatan positif untuk menarik elektron.
- Menambah massa inti tanpa berkontribusi pada energi ikat.
- Memberikan gaya tarik nuklir kuat tanpa menambah tolakan Coulomb.
- Berperan sebagai ‘lem’ yang pasif di dalam inti.
- Mengurangi energi kinetik proton.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Neutron memberikan gaya nuklir kuat tambahan yang mengikat inti tanpa menambah gaya tolak Coulomb, sehingga membantu menstabilkan inti, terutama inti berat.
18. Jika energi ikat per nukleon suatu inti adalah 8 MeV dan inti tersebut memiliki nomor massa 100, berapakah energi ikat total inti tersebut?
- 80 MeV
- 800 MeV
- 8000 MeV
- 8 MeV
- 12,5 MeV
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi ikat total = Energi ikat per nukleon × Nomor massa = 8 MeV/nukleon × 100 nukleon = 800 MeV.
19. Pada grafik energi ikat per nukleon terhadap nomor massa, puncak grafik menunjukkan…
- Inti paling stabil.
- Inti paling tidak stabil.
- Inti dengan massa defek terbesar.
- Inti dengan jumlah neutron terbanyak.
- Inti yang mudah mengalami fisi.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Puncak grafik menunjukkan inti dengan energi ikat per nukleon tertinggi, yang berarti inti tersebut adalah inti yang paling stabil.
20. Sebuah inti memiliki massa defek 0,005 sma. Berapakah energi ikat inti tersebut dalam Joule? (1 sma = 1,66 × 10⁻²⁷ kg, c = 3 × 10⁸ m/s)
- 7,47 × 10⁻¹⁵ J
- 7,47 × 10⁻¹⁴ J
- 7,47 × 10⁻¹³ J
- 7,47 × 10⁻¹² J
- 7,47 × 10⁻¹¹ J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Massa defek dalam kg = 0,005 × 1,66 × 10⁻²⁷ kg = 8,3 × 10⁻³⁰ kg. Energi ikat = mc² = (8,3 × 10⁻³⁰ kg) × (3 × 10⁸ m/s)² = 8,3 × 10⁻³⁰ × 9 × 10¹⁶ J = 7,47 × 10⁻¹³ J.
B. Isian Singkat
1. Perbedaan antara massa total nukleon penyusun inti dengan massa inti atom sebenarnya disebut…
Jawaban: Massa defek
2. Satuan standar untuk massa atom adalah…
Jawaban: sma (satuan massa atom) atau u (atomic mass unit)
3. Inti atom yang paling stabil adalah inti dengan energi ikat per nukleon paling…
Jawaban: Tinggi
4. Dalam persamaan E=mc², simbol ‘c’ melambangkan…
Jawaban: Kecepatan cahaya
5. Proses penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat disebut reaksi…
Jawaban: Fusi
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah fisika nuklir berikut dengan definisi yang tepat:
| Premis | Respon |
|---|---|
| A. Energi Ikat Inti | 1. Energi yang dilepaskan ketika nukleon bergabung membentuk inti atom. |
| B. Massa Defek | 2. Selisih massa total nukleon penyusun dengan massa inti atom sebenarnya. |
| C. Nukleon | 3. Istilah umum untuk proton dan neutron. |
| D. MeV | 4. Satuan energi yang sering digunakan dalam fisika nuklir. |
2. Jodohkan fenomena nuklir berikut dengan karakteristiknya:
| Premis | Respon |
|---|---|
| A. Reaksi Fisi | 1. Pembelahan inti berat menjadi inti ringan, melepaskan energi. |
| B. Reaksi Fusi | 2. Penggabungan inti ringan menjadi inti berat, melepaskan energi. |
| C. Inti Paling Stabil | 3. Memiliki energi ikat per nukleon tertinggi. |
| D. Kurva Energi Ikat | 4. Grafik yang menunjukkan hubungan energi ikat per nukleon dengan nomor massa. |
D. Uraian
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan massa defek dan mengapa massa defek ini esensial dalam perhitungan energi ikat inti. Kaitkan dengan prinsip konservasi massa-energi.
Massa defek adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti atom secara individu dan massa inti atom sebenarnya yang terukur. Massa inti atom sebenarnya selalu lebih kecil daripada total massa nukleon penyusunnya. Selisih massa ini (massa defek) tidak hilang, melainkan diubah menjadi energi sesuai dengan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, E=mc². Energi yang dilepaskan ini adalah energi ikat inti, yaitu energi yang mengikat nukleon-nukleon di dalam inti. Jadi, massa defek adalah indikator langsung dari energi ikat inti; semakin besar massa defek, semakin besar energi ikatnya, dan semakin stabil intinya (hingga batas tertentu).
2. Bagaimana energi ikat per nukleon dapat digunakan untuk memprediksi kestabilan inti atom? Jelaskan dengan mengacu pada grafik energi ikat per nukleon.
Energi ikat per nukleon adalah energi ikat total dibagi dengan jumlah nukleon (nomor massa) dalam inti. Ini adalah ukuran seberapa kuat rata-rata setiap nukleon terikat dalam inti. Semakin tinggi nilai energi ikat per nukleon, semakin stabil inti atom tersebut. Pada grafik energi ikat per nukleon terhadap nomor massa, kita melihat bahwa nilai energi ikat per nukleon rendah untuk inti ringan, meningkat hingga mencapai puncak di sekitar nomor massa 50-60 (misalnya Besi-56), kemudian perlahan menurun untuk inti berat. Puncak grafik menunjukkan inti yang paling stabil. Inti-inti ringan dapat mencapai kestabilan yang lebih tinggi melalui fusi (bergabung), sedangkan inti-inti berat dapat mencapai kestabilan yang lebih tinggi melalui fisi (membelah).
3. Hitunglah energi ikat per nukleon untuk inti Litium-7 (⁷₃Li) jika massa intinya adalah 7,01600 sma. Diketahui massa proton = 1,007825 sma dan massa neutron = 1,008665 sma. (1 sma = 931,5 MeV)
Inti Litium-7 (⁷₃Li) memiliki 3 proton dan (7-3) = 4 neutron. Langkah-langkah perhitungan:
1. Hitung massa total nukleon: (3 × 1,007825 sma) + (4 × 1,008665 sma) = 3,023475 sma + 4,03466 sma = 7,058135 sma.
2. Hitung massa defek: Massa defek = Massa total nukleon – Massa inti sebenarnya = 7,058135 sma – 7,01600 sma = 0,042135 sma.
3. Hitung energi ikat total: Energi ikat = Massa defek × 931,5 MeV/sma = 0,042135 sma × 931,5 MeV/sma = 39,240 MeV.
4. Hitung energi ikat per nukleon: Energi ikat per nukleon = Energi ikat total / Nomor massa = 39,240 MeV / 7 = 5,606 MeV/nukleon.
4. Jelaskan perbedaan mendasar antara reaksi fusi dan fisi nuklir dalam konteks energi ikat inti. Berikan contoh alami atau buatan dari masing-masing reaksi.
Reaksi fusi adalah proses penggabungan dua inti atom ringan untuk membentuk inti yang lebih berat. Dalam proses ini, inti yang terbentuk memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi daripada inti-inti ringan asalnya, sehingga terjadi pelepasan energi yang sangat besar. Contoh alami adalah reaksi di Matahari dan bintang-bintang lain (misalnya penggabungan hidrogen menjadi helium). Contoh buatan adalah bom hidrogen. Reaksi fisi adalah proses pembelahan inti atom berat menjadi inti-inti yang lebih ringan. Inti-inti ringan yang dihasilkan memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan inti berat asalnya, sehingga juga melepaskan energi. Contoh alami terjadi pada beberapa elemen radioaktif di alam, sedangkan contoh buatan adalah pada reaktor nuklir dan bom atom.
5. Mengapa inti atom yang sangat ringan (seperti Hidrogen) dan sangat berat (seperti Uranium) cenderung kurang stabil dibandingkan inti dengan nomor massa menengah?
Inti atom yang sangat ringan (misalnya Hidrogen) kurang stabil karena memiliki energi ikat per nukleon yang rendah. Mereka cenderung bergabung (fusi) untuk membentuk inti yang lebih berat dan lebih stabil (dengan energi ikat per nukleon yang lebih tinggi), melepaskan energi dalam prosesnya. Inti atom yang sangat berat (misalnya Uranium) juga kurang stabil. Meskipun energi ikat totalnya besar, energi ikat per nukleonnya mulai menurun karena peningkatan gaya tolak Coulomb antarproton yang tidak dapat sepenuhnya diimbangi oleh gaya nuklir kuat. Inti berat ini cenderung membelah (fisi) menjadi inti-inti yang lebih ringan dan lebih stabil (dengan energi ikat per nukleon yang lebih tinggi), juga melepaskan energi.