Ilmu Alamiah Dasar:Teori Atom dan Tenaga Nuklir

Nama : Afika Nur Fadilah Fikri

Kelas : 1DF03

NPM : 50216279

BAB 1

PENDAHULUAN

A.   LATAR BELAKANG

Sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan tekhnologi, manusia tidak terlepas dari berbagai bentuk masalah dalam kehidupan ,olehnya para ilmuan selalu mengkaji persoalan yang terjadi baik dalam lingkungan maupun alam secara keseluruhan. Dengan hal tersebut sejarah perkembangan yang diangkat lewat latar belakang ini adalah sejarah perkembangan teori atom mulai dari yang sederhana hingga yang secara modern.

Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akibat yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih dapat dirasakan sampai sekarang. Di samping sebagai senjata pamungkas yang dahsyat, sejak lama orang telah memikirkan bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Sampai saat ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang antara lain bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan, bidang hidrologi, yang merupakan aplikasi teknik nuklir untuk non energi. Salah satu pemanfaatan teknik nuklir dalam bidang energi saat ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara besar-besaran dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, aman dan tidak mencemari lingkungan.

Energy nuklir merupakan salah satu sumber energi yang sangat besar potensinya untuk digunakan dalam kehidupan manusia. Energi nuklir diproduksi oleh reaksi nuklir terkendali yang menciptakan panas yang lalu digunakan untuk memanaskan air, memprodukai uap, dan mengendalikan turbin uap. Turbin ini digunakan untuk menghasilkan energy listrik dan melakukan pekerjaan mekanis.

B.   RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan teori latar belakang maka yang menjadi permasalahan dalam teori atom dan tenaga nuklir adalah :

1.     Menganalisis penemu dari masing-masing teori atom

2.     Menganalisis teori atom Dalton dan teori atom teori mekanika kuantum

3.     Kekurangan dan kelebihan dari masing-masing teori

4.     Apa yang di maksud dengan tenaga nuklir?

5.     Apa saja macam-macam reaktor nuklir?

6.     Bagaimana skema dari reaktor nuklir?

7.     Apa sajakah aplikasi radioisotop?

BAB II

PEMBAHASAN

Perkembangan teori atom menurut:

1.      Teori atom John Dalton

             John Dalton adalah seorang guru di Inggris yang melakukan perenungan tentang atom. Hasil perenungan Dalton menyempurnakan teori atom Democritus. Bayangan Dalton dan Democritus adalah bahwa benda itu berbentuk pejal.  Pada tahun 1803, John Dalton  mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa hokum Lavoisier dan hukum susunan tetap hukum prouts.

 Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”.

 Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”

Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:

a.     Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi.

b.    Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda

c.     Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:     

Kelebihan model atom Dalton:

Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom dan menjelaskan apa yang tidak dijelaskan pada teiri atom Domocritus.

a.     Setiap unsur terdiri dari partikel yang sangat keci yang dinamakan dengan atom

b.    Atom dari unsur yang sama memiliiki sifat yang sama begitu pula bila atom dari unsur berbeda maka akan memiliki sifat yang beda pula

c.     Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain dengan reaksi kimia, dan juga atom tidak dapat dimusnahkan.

d.    Atom-atom dapat bergabung membentuk gabungan atom yang disebut molekul

e.     Dalam senyawa, perbandingan massa masing-masing unsur adalah tetap

Kelemahan model atom John Dalton :

Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang bergerak

2.      Teori Atom J. J. Thomson

            Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positif untuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:

            “Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”

Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, Syang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

Kelebihan model atom Thomson

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Kelemahan model atom Thomson

tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

3.      Teori atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.

   “Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesimpulan “

            Kesimpulan :

Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan

Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisan atom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.

Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan d iameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford. yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.

Model Atom Rutherford:                                                                                                    

a.       Rutherford melakukan penelitian tentang hamburan sinar α pada lempeng emas. Hasil pengamatan tersebut dikembangkan dalam hipotesis model atom Rutherford.
Sebagian besar dari atom merupakan permukaan kosong.

b.      Atom memiliki inti atom bermuatan positif yang merupakan pusat massa atom.

c.       Elektron bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan yanga sangat tinggi.

d.      Sebagian besar partikel α lewat tanpa mengalami pembelokkan/hambatan. Sebagian kecil dibelokkan, dan sedikit sekali yang dipantulkan

Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:

Kelemahan teori rutherford:

Menurut hukum fisika klasik, elektron yang bergerak mengelilingi inti memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Akibatnya, lama-kelamaan elektron itu akan kehabisan energi dan akhirnya menempel pada inti.

a.       Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap ini atom.

b.       Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil.

c.       Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).                               

d.      Dalam orbital tertentu, energi elektron adalah tetap. Elektron akan menyerap energi jika berpindah ke orbit yang lebih luar dan akan membebaskan energi jika berpindah ke orbit yang lebih dalam “Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.”.

Kelebihan Model Atom Rutherford

Bahwa atom memiliki inti atom yang bermuatan positif dan disekelilingnya terdapat elektron yang mengelili

4.      Teori Atom Bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:

ü  Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.

ü  Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.

ü  Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck,ΔE=hv.

ü  Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.

            Kelemahan ada pada pernyataan Bohr yang menyebutkan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu berbentuk lingkaran. Padahal, elektron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melakukan gerak gelombang. Gelombang tersebut tidak bergerak sesuai garis, tetapi menyebar pada suatu daerah tertentu.    

Kelemahan:

ü  Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.

ü  tidak mampu menerangkan spektrum atom berelektron lebih dari satu.

ü  Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack.

ü  Tidak dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam ikatan kimia dengan baik, pengaruh medan magnet terhadap atom-atom. Oleh karena itu, dibutuhkan penjelasan lebih lanjut mengenai gerak partikel (atom).                    

   Kelebihan                                                                                                                  

ü  Atom terdiri dari beberapa kulit/subkulit untuk tempat berpindahnya electron dan atom membentuk suatu orbit dimana inti atom merupakan positif dan disekelilingnya terdapat elektron.

ü  mampu  menerangkan spektrum gas hidrogen dan spektrum atom berelektron tunggal (seperti He⁺ dan Li²⁺),

5.      TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM

Erwin Schrödinger (1926) mengemukakan teori mekanika gelombang atau mekanika kuantum. Heissenberg, dengan asas ketakpastian Heissenberg, “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah keboleh jadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari  inti atom”.sehingga persamaan Schrödinger tidak memberitahukan tepatnya keberadaan elektron itu, melainkan menjelaskan kemungkinan bahwa elektron akan berada pada daerah tertentu pada atom. Pada model Bohr, elektron berada pada garis edar tertentu, pada model Schrödinger, kemungkinan untuk tingkat energi elektron yang diberikan sedangkan model Schrödinger menggunakan tiga bilangan kuantum: n, l dan m untuk menerangkan orbit.

Daerah ruang di sekitar inti dengan keboleh jadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

Persamaan Schrodinger :

x,y dan z : Posisi dalam tiga dimensi

Y : Fungsi gelombang
m :Massa

ђ:h/2pdimana h=konstanta plank dan p=3,14
E : Energi total

V : Energi potensial.

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini.

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat keboleh jadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Ciri khas model atom mekanika gelombang

Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom).

Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

 teori kuantum yang menyatakan bahwa atom dapat memancarkan atau menyerap energ i  hanya dalam jumlah tertentu (kuanta). Jumlah energi yang dipancarkan atau diserap dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum. Adapun besarnya kuantum dinyatakan dalam persamaan berikut:

Keterangan:
E = energi radiasi (Joule = J)                                                                                     
h = konstanta Planck (6,63 x 10^-34J.s)                                                                                 
c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 x 10⁸ ms-1)                                                           
l = panjang gelombang (m)                                                                                                  
            Dengan Teori Kuantum, kita dapat mengetahui besarnya radiasi yang dipancarkan maupun yang diserap. Selain itu, Teori Kuantum juga bisa digunakan untuk menjelaskan terjadinya spektrum atom. Perhatikan spektrum atom hidrogen berikut.

Pada Gambar di atas dapat dilihat bahwa percikan listrik masuk ke dalam tabung gelas yang mengandung gas hidrogen. Sinar yang keluar dari atom H (setelah melalui celah) masuk ke dalam prisma, sehingga sinar tersebut terbagi menjadi beberapa sinar yang membentuk garis spektrum. Ketika sinar itu ditangkap oleh layar, empat garis yang panjang gelombangnya tertera pada layar adalah bagian yang dapat dilihat dari spektrum gas hidrogen.

Salah satu alasan atom hidrogen digunakan sebagai model atom Bohr adalah karena hidrogen mempunyai struktur atom yang paling sederhana (satu proton dan satu elektron) dan menghasilkan spektrum paling sederhana. Model atom hidrogen ini disebut solar system (sistem tata surya), di mana electron dalam atom mengelilingi inti pada suatu orbit dengan bentuk, ukuran, dan energi yang tetap. Semakin besar ukuran suatu orbit, semakin besar pula energi elektronnya. Keadaan ini dipengaruhi oleh adanya gaya tarik-menarik antara proton dan elektron. Dengan menggunakan model atom hidrogen, Bohr menemukan persamaan energi elektron sebagai berikut.

Keterangan:

A = 2,18 x 10^-18J                                                                                                                     
N = bilangan bulat yang menunjukkan orbit elektron  (1, 2, 3, …, 8)

{Tanda negatif menunjukkan orbit mempunyai energi paling rendah (harga n = 1) dan paling tinggi (harga n = 8)}.

Pada atom hidrogen, elektron berada pada orbit energi terendah (n = 1). Jika atom bereaksi, elektron akan bergerak menuju orbit dengan energy yang lebih tinggi (n = 2, 3, atau 4). Pada saat atom berada pada orbit dengan energi yang lebih tinggi, atom mempunyai sifat tidak stabil yang menyebabkan elektron jatuh ke orbit yang memiliki energi lebih rendah. Perpindahan tersebut menjadikan electron mengubah energinya dalam jumlah tertentu. Besar energi tersebut sama dengan perbedaan energi antarkedua orbit yang dilepaskan dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu.

Gambar :  Perpindahan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnyamenyebabkan energi elektron berubah dalam jumlah tertentu.

Meskipun teori atom Niels Bohr mampu menerangkan spektrum gas hidrogen dan spektrum atom berelektron tunggal (seperti He⁺ dan Li²⁺), tetapi tidak mampu menerangkan spektrum atom berelektron lebih dari satu. Oleh karena itu, dibutuhkan penjelasan lebih lanjut mengenai gerak partikel (atom). Pada tahun 1924, ahli fisika dari Perancis bernama Louis de Broglie mengemukakan bahwa partikel juga bersifat sebagai gelombang. Dengan demikian, partikel mempunyai panjang gelombang yang dinyatakan dengan persamaan berikut.

Keterangan:
l = panjang gelombang (m)                                                                                                            

h= tetapan Planck (6,63 10-34 J.s)                                                                                      

p= momentum (m2s-1)                                                                                                         

m = massa partikel (kg)                                                                                                             

v = kecepatan partikel (ms-1)

Berdasarkan persamaan de Broglie, diketahui bahwa teori atom Bohr memiliki kelemahan. Kelemahan itu ada pada pernyataan Bohr yang menyebutkan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu berbentuk lingkaran. Padahal, elektron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melakukan gerak gelombang. Gelombang tersebut tidak bergerak sesuai garis, tetapi menyebar pada suatu daerah tertentu.
Selanjutnya, pada tahun 1927, Werner H        eisenberg menyatakan bahwa kedudukan elektron tidak dapat diketahui dengan tepat. Oleh karena itu, ia menganalisis kedudukan elektron (x) dengan momentum electron (p) untuk mengetahui kedudukan elektron.

Hasil analisis Heisenberg, yaitu selalu terdapat ketidakpastian dalam menentukan kedudukan elektron yang dirumuskan sebagai hasil kali ketidakpastian kedudukan xdengan momentum p. Satu hal yang perlu diingat adalah hasil kali keduanya harus sama atau lebih besar dari tetapan Planck. Persamaan ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg yang dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:
Δx = ketidakpastian kedudukan

Δp = ketidakpastian momentum

h    = tetapan Planck

Selain Werner Heisenberg, ada juga ilmuwan yang menunjukkan kelemahan teori atom Bohr.  Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger menyempurnakan teori atom yang disampaikan oleh Bohr. Dari penyelidikan terhadap gelombang atom hidrogen, Schrodinger menyatakan bahwa elektron dapat dianggap sebagai gelombang materi dengan gerakan menyerupai gerakan gelombang. Teori ini lebih dikenal denganmekanika gelombang (mekanika kuantum).
Teori model atom Schrodinger memiliki persamaan dengan model atom Bohr berkaitan dengan adanya tingkat energi dalam atom. Perbedaannya yaitu model atom Bohr memiliki lintasan elektron yang pasti. Sedangkan pada model atom Schrodinger, lintasan elektronnya tidak pasti karena menyerupai gelombang yang memenuhi ruang (tiga dimensi). Fungsi matematik untuk persamaan gelombang dinyatakan sebagai fungsi gelombang [ dibaca psi (bahasa Yunani)] yang menunjukkan bentuk dan ener gi gelombang elektron.

Berdasarkan teori yang disampaikan oleh Schrodinger, diketahui bahwa elektron menempati lintasan yang tidak pasti sehingga electron berada pada berbagai jarak dari inti atom dan berbagai arah dalam ruang. Jadi, daerah pada inti atom dengan kemungkinan terbesar ditemukannya elektron dikenal sebagai orbital.

1.      BILANGAN KUANTUM

Bilangan Kuantum Utama ‘n’,l mempunyai nilai 1, 2, 3 dan seterusnya,semakin naik nilai n maka kerapatan elektron semakin jauh dari inti,semakin tinggi energi elektron dan ikatan kepada inti semakin longgar Bilangan kuantum Azimut ‘l’l ,memiliki nilai dari 0 - (n-1) dilambangkan dengan huruf (‘s’=0, ‘p’=1, ‘d’=2, ‘f’=3), menunjukkan bentuk dari tiap orbital l Bilangan kuantum magnetik (ketiga) ‘m’, memiliki nilai bulat antara ‘ l ’ -dan ‘ l ’, termasuk 0, menunjukkan arah orbital dalam ruangnya l Bilangan kuantum putaran elektron, s hanya dapat memiliki dua harga (+½ dan -½) untuk itu, paling banyak hanya dua elektron yang dapat menempati orbital yang sama, dan mempunyai nilai putaran magnetik yang berlawanan.

     Konfigurasi elektron

a.      Prinsip Aufbau

Elektron-elektron dalam suatu atom selalu berusaha menempati subkulit yang tingkat energinya rendah. Jika subkulit yang tingkat energinya rendah sudah penuh, baru elektron berikutnya akan mengisi subkulit yang tingkat energinya lebih tinggi.

b.      Aturan Hund

Pada subkulit yang orbitalnya lebih dari satu, elektron-elektron akan mengisi dulu semua orbital, sisanya baru berpasangan.

c.       Larangan pauli

Tidak ada dua elektron di dalam atom memiliki empat bilangan kuantum yang sama.

2.      Bentuk Orbital

Bentuk orbital digambarkan dengan permukaan melewati daerah pada probabilitas yang sesuai. Sebuah orbital s berbentuk bulat, orbital p memiliki dua bagian terpisah oleh bidang simpul dimana probabilitasnya nol dengan tiga orientasi yang mungkin, yaitu yang disebut pz, py dan px. Orbital d memiliki lima orientasi.

A.    Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Letak

Unsur pada Tabel Periodik

Nomor kulit dan jumlah elektron yang ada pada subkulit menunjukkan letak unsur pada tabel periodik. Jadi ada hubungan antara konfigurasi elektron dengan letak unsur pada tabel periodic.

B.     Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Letak Unsur pada

Tabel Periodik untuk Golongan Utama

Nomor golongan dan nomor periode dapat ditentukan

dari konfigurasi elektron.\

1.      Nomor golongan ditentukan dari jumlah elektron pada

kulit terluar.

2.      Nomor periode ditentukan dari nomor kulit terbesar.

C.    Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Letak Unsur pada

Tabel Periodik untuk Golongan Transisi

Nomor golongan unsur transisi ditentukan dari jumlah elektron 3d dengan 4s. Untuk golongan IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, dan VIIIB, nomor golongan diambil dari jumlah elektron pada subkulit 3d dan 4s. Golongan IB dan IIB diambil dari jumlah elektron pada subkulit 4s. Nomor periode tetap diambil dari nomor kulit (bilangan kuantum utama) terbesar. Pada unsur transisi ada tiga kolom yang diberi nomor

golongan yang sama yaitu golongan VIIIB.

4.     Unsur-unsur Transisi (Peralihan)

Unsur-unsur transisi adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit d. Aturan penomoran golongan unsur transisi adalah: a. Nomor golongan sama dengan jumlah elektron pada subkulit  s di-

tambah d.

b. Nomor golongan dibubuhi huruf B.

CATATAN :

1. Jika s + d = 9, golongan VIIIB.

2. Jika s + d = 10, golongan VIIIB.

3. Jika s + d = 11, golongan IB.

4. Jika s + d = 12, golongan IIB.

5.  Unsur-unsur Transisi-Dalam

Unsur-unsur transisi–dalam  adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit  f. Unsur-unsur transisi-dalam hanya dijumpai pada periode keenam dan ketujuh dalam sistem periodik, dan ditempatkan secara terpisah di bagian bawah.

Kegunaan Sistem Periodik

Sistem periodik dapat digunakan untuk memprediksi harga bilangan

oksidasi, yaitu:

1.      Nomor golongan suatu unsur, baik unsur utama maupun unsur transisi, menyatakan bilangan oksidasi tertinggi yang dapat dicapai oleh unsure tersebut. Hal ini berlaku bagi unsur logam dan unsur nonlogam.

2.      Bilangan oksidasi terendah yang dapat dicapai oleh suatu unsur bukan logam adalah nomor golongan dikurangi delapan. Adapun bilangan oksidasi terendah bagi unsur logam adalah nol. Hal ini disebabkan karena unsur logam tidak mungkin mempunyai bilangan oksidasi negatif.

BAB II

PEMBAHASAN

1. Tenaga Nuklir

Nuklir adalah zat yang bisa melepaskan oksigen dari udara atau zat yang dapat memecah partikel benda lain nya. Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung,  membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak.

Ketenaganukliran adalah hal yang berkaitan dengan pemanfaatan, pengembangan, dan penguasaan ilmu pengetahuan dan teknologi nuklir serta pengawasan kegiatan yang berkaitan dengan tenaga dalam bentuk apapun yang dibebaskan dalam proses transformasi inti, termasuk tenaga yang berasal dari sumber radiasi gelombang elektromagnetik dan partikel bermuatan yang karena energi yang dimilikinya mampu mengionisasi media yang dilaluinya.

2. Macam-macam Reaktor Atom/Nuklir

Menurut kegunaannya, reaktor nuklir dapat dibedakan menjadi tiga :

1.    Reaktor Produksi Isotop

Reaktor produksi isotop yaitu reaktor yang menghasilkan radioisotop yang banyak dipakai dalam bidang nuklir, kedokteran, biologi, industri, dan farmasi.

2.    Reaktor Daya/Power

Reaktor daya yaitu reaktor yang dapat menghasilkan energi listrik. Reaktor daya merupakan reaktor komersial yang menghasilkan energi listrik untuk dijual misalnya PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir).

3.      Reaktor Penelitian

Reaktor penelitian yaitu reaktor yang dipergunakan untuk penelitian di bidang pertanian, peternakan, industri, kedokteran, sains, dan sebagainya.

Reaktor nuklir merupakan sebuah peralatan sebagai tempat berlangsungnya reaksi berantai fisi nuklir terkendali untuk menghasilkan energi nuklir, radioisotop, atau nuklida baru.

Dasar Reaktor Atom/Nuklir

Reaktor Nuklir

Keterangan :

1.      Bahan bakar

2.      Teras reaktor

3.      Moderator

4.      Batang kendali

5.      Pompa pemindah

6.      Generator uap

7.      Shielding (perisai)

Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor nuklir :

1.      Bahan bakar reaktor nuklir merupakan bahan yang akan menyebabkan suatu reaksi fisi berantai berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir. Isotop fisi adalah uranium-235, uranium-233, plutonium-239. Uranium-235 terdapat di alam (dengan perbandingan 1 : 40 pada uranium alam), dan yang lainnya harus dihasilkan secara buatan.

2.      Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen bahan bakar yang membungkus bahan bakar.

3.      Moderator adalah komponen reaktor yang berfungsi untuk menurunkan energi neutron cepat (+ 2 MeV) menjadi komponen reaktor normal (+ 0,02 – 0,04 eV) agar dapat bereaksi dengan bahan bakar nuklir. Selain itu, moderator juga berfungsi sebagai pendingin primer. Persyaratan yang diperlukan untuk bahan moderator yang baik adalah dapat menghilangkan sebagian besar energi neutron cepat tersebut dalam setiap tumbukan dan memiliki kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta memiliki kemampuan yang besar untuk menghamburkan neutron. Bahan-bahan yang digunakan sebagai moderator, antara lain :

·     air ringan (H2O),

·     air berat (D2O),

·     grafit,

4.      Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron baru yang lebih banyak (2 – 3 neutron baru), maka perlu diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar. Komponen reaktor yang berfungsi sebagai pengatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar adalah batang kendali. Dalam reaktor dikenal faktor pengali (k), yaitu perbandingan jumlah neutron yang dihasilkan setiap siklus dengan jumlah neutron pada awal siklus untuk :

·         k = 1, operasi reaktor dalam keadaan kritis,

·         k > 1, operasi reaktor dalam keadaan super kritis,

·         k < 1, operasi reaktor dalam keadaan subkritis.

Bahan yang dipergunakan untuk batang kendali reaktor haruslah memiliki kemampuan tinggi menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain kadmium (Cd), boron (B), atau haefnium (Hf ).

5.      Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan radiasi hasil fisi bahan agar tidak menyebar pada lingkungan.

6.      Pemindah panas, berfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin primer ke pendingin sekunder dengan pompa pemindah panas.

7.      Pendingin sekunder, dapat juga berfungsi sebagai generator uap (pembangkit uap) yang selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Reaksi inti atom dapat berlangsung sangat cepat dan dihasilkan energi yang sangat besar. Dari energi reaksi inti atom ini manusia dapat memanfaatkan untuk kesejahteraan manusia tetapi sebagian juga memanfaatkan sebagai alat pembunuh massal, misalnya dibuatnya bom atom dan bom hidrogen sebagai senjata perang pada abad modern ini. Dalam hal kesejahteraan manusia memanfaatkan reasi inti menggunakan reaktor atom/nuklir untuk pembangkit listrik dan lainya.

3.     Skema Reaktor Atom dan Fungsi bagian-bagiannya

1.      Bahan bakar nuklir/bahan dapat belah

Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir yaitu BAHAN FISIL dan BAHAN FERTIL.

Bahan Fisil ialah :  suatu unsur/atom yang langsung dapat memberikan reaksi pembelahan apabila dirinya menangkap neutron.
Contoh: ₉₂U ²³³, ₉₂U ²³⁵, ₉₄PU ²³⁹, ₉₄ PU ²⁴¹

Bahan Fertil ialah :  suatu unsur /atom yang setelah menangkap neutron tidak dapat langsung membelah, tetapi membentuk bahan fisil.
Contoh: ₉₀TH ²³², ₉₂U ²³⁸

Pada kenyataannya sebagian besar bahan bakar nuklir yang berada di alam adalah bahan fertil, sebaai contoh isotop Thorium di alam adalah 100% Th-232, sedangkan isotop Uranium hanya 0,7% saja yang merupakan bahan fisil (U-235), selebihnya sebesar 99,35 adalah bahan fertil (U-238).

2.      Bahan moderator

Dalam reaksi fisi, neutron yang dapat menyebabkan reaksi pembelahan adalah neutron thermal. Neutron tersebut memiliki energi sekitar 0,025 eV pada suhu 27oC. sementara neutron yang lahir dari reaksi pembelahan memiliki energi rata-rata 2 MeV, yang sangat jauh lebih besar dari energi thermalnya. Syarat bahan moderator adalah atom dengan nomor massa kecil. Namun demikian syarat lain yang harus dipenuhi adalah: memiliki tampang lintang serapan neutron (keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil, memiliki tampang lintang hamburan yang besar dan memiliki daya hantara panas yang baik, serta tidak korosif.
Contoh bahan moderator : H2O, D2O (Grafit), Berilium (Be) dan lain-lain.

3.      Pendingin reaktor

Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fisi dari dalam elemen bakar untuk dipindahkan/dibuang ke tempat lain/lingkungan melalui perangkat penukar penukar panas (H.E.). Sesuai dengan fungsinya maka bahan yang baik sebagai pendingin adalah fluida yang koefisien perpindahan panasnya sangat bagus. Persyaratan lain yang harus dipenuhi agar tidak mengganggu kelancaran proses fisi pada elemen bakar adalah pendingin juga harus memiliki tampang lintan serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh fluida-fluida yang biasa dipakai sebagai pendingin adalah: H₂O, D₂O, Na cair. Gas He dan lain-lain.

4.      Perangkat batang kendali

Batang kendali berfungsi sebagai pengendali jalannya operasi reaktor agar laju pembelahan/populasi neutron di dalam teras reaktor dapat diatur sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki. Selain hal tersebut, batang kendali juga berfungsi untuk memadamkan reaktor/menghentikan reaksi pembelahan. Sesuai dengan fungsinya, bahan batang kendali adalah material yang mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besar, dan tampang lintang hamburan yang kecil. Bahan-bahan yang sering dipakai adalah: Boron, cadmium, gadolinium dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya dicampur dengan bahan lain agar diperoleh sifat yang tahan radiasi, titik leleh yang tinggi dan tidak korosif. Prinsip kerja pengaturan operasi adalah dengan jalan memasukkan dan mengeluarkan batang kendali ke dan dari teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan, maka sebagian besar neutron akan tertangkap olehnya, yang berarti populasi neutron di dalam reaktor akan berkurang dan kemudian padam. Sebaliknya jika batang kendali dikeluarkan dari teras, maka populasi neutron akan bertambah, dan akan mencapai tingkat jumlah tertentu. Pertambahan/penurunan populasi neutron berkait langsung dengan perubahan daya reaktor.

5.      Perangkat detektor

Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua insformasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui detektor yang dipasang dalam di dalam teras. Secara detail mengenai masalah tersebut akan dibicarakan dalam pelajaran instrumentasi reaktor.

6.      Reflektor

Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil, berjalan dengan kecepatan tinggi ke segala arah. Karena sifatnya yag tidak bermuatan listrik maka gerakannya bebas menembus medium dan tidak berkurang bila tidak menumbuk suatu inti atom medium. Karena sifat tersebut, sebagian neutron tersebut dapat lolos keluar teras reaktor, atau hilang dari sistem. Keadaan ini secara ekonomi berati kerugian, karena netron tersebut tidak dapat digunakan untuk proses fisi berikutnya.
Untuk mengurangi kejadian ini, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron yang disebut reflektor, sehingga nutron-neutron yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras untuk dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya.

Bahan-bahan reflektor yang baik adalah unsur-unsur yang mempunyai tampang lintang hamburan neutron yang besar, dan tampang lintang serapan yang sekecil mungkin serta tidak korosif. Bahan-bahan yang sering digunakan antara lain: Berilium, Grafit, Parafin, Air, D₂O.

7.      Perangkat bejana dan perisai reaktor

Bejana/tangki raktor berfungsi untuk menampung fluida pendingin agar teras reaktor selalu terendam di dalamnya. Bejana tersebut selain harus kuat menahan beban, maka harus pula tidak korosif bila berinteraksi dengan pendingin atau benda lain di dalam teras. Bahan yang bisa digunakan adalah: alumunium, dan stainless stell. Perisai reaktor berfungsi untuk menahan/menghambat/menyerap radiasi yang lolos dari teras reaktor agar tidak menerobos keluar sistem reaktor. Karena reaktor adalah sumber radiasi yang sangat potensial, maka diperlukan suatu sistem perisai yang mampu menahan semua jenis radiasi tersebut pada umumnya perisai yang digunakan adalah lapisan beton berat.

8.  Perangkat penukar Panas

Perangkat penukar panas (Heat exchanger) merupakan komponen penunjang yang berfungsi sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang menerima panas dari elemen bakar, untuk diberikan pada fluida pendingin yang lain (sekunder). Dengan sistem pengambilan panas tersebut maka integritas komponen teras akan selalu terjamin. 

4.     Aplikasi Radioisotop

1. Manfaat Radioisotop Terkait Bidang Kedokteran

Sinar radioisotop kerap dimanfaatkan untuk mensterilkan peralatan kedokteran. Terutama peralatan yang digunakan saat operasi. Peralatan kedokteran tentu berbeda dengan peralatan makan sehari-hari. Tidak cukup steril dengan hanya dibersihkan menggunakan air dan sabun saja. Peralatan kedokteran juga perlu disterilkan menggunakan sinar gamma dari radioisotop agar benar-benar steril. Dan juga tidak menimbulkan dampak risiko kepada orang lain ketika harus memakai peralatan operasi yang sama.

2. Manfaat Radioisotop Terkait Bidang Pertanian

Menarik sekali karena radioisotop juga dapat menjadikan sebuah tanaman tumbuh subur dan memproduksi tanaman yang unggul. Bantuan dari sinar gamma mampu menjadikan sebuah tanaman tumbuh dan memproduksi bibit-bibit yang terbilang unggul. Selain itu juga mampu membuat waktu panen berlangsung lebih cepat dibanding tanpa bantuan dari radio isotop. Sebab sinar gamma digunakan untuk penyinaran dan mengarah pada perubahan bagian kromosom tanaman atau lebih tepatnya adalah sifat dari kromosom tanaman. Sehingga akan mengalami perkembangan dan pertumbuhan yang berbeda dari biasanya.

3. Manfaat Radioisotop Terkait Bidang Tambang Minyak

Berbicara mengenai tambang minyak tentu akan berpikir pemilik tambang minyak adalah orang yang kaya raya. Semua itu sebanding dengan proses pengeboran minyak yang sangat susah. Walaupun dengan bantuan dari radioisotop namun tidak semudah membalikkan telapak tangan. Proses menambang minyak harus hati-hati. Sinar radioisotop harus tepat menentukan lokasi air dan minyak berada. Proses tersebut berjalan dengan fokus dan penuh kehati-hatian. Dan dengan bantuan sinar radioisotop dapat lebih mempermudah mencari titik lokasi di mana minyak bumi berada.

4. Manfaat Radioisotop Terkait Bidang Arkeologi.

Di bidang arkeologi, radioisotop memiliki peran yang masih sulit digantikan oleh metode lain. Radioisotop berperan dalam menentukan usia sebuah fosil. Usia sebuah fosil dapat diketahui dari jejak radioisotop karbon-14. Ketika makhluk hidup masih hidup, kandungan radioisotop karbon-14 dalam keadaan konstan, sama dengan kandungan di atmosfer bumi yang terjaga konstan karena pengaruh sinar kosmis pada sekitar 14 dpm ( disintegrations per minute) dalam 1 gram karbon. Hal ini dikarenakan makhluk hidup tersebut masih terlibat dalam siklus karbon di alam. Namun, sejak makhluk hidup itu mati, dia tidak terlibat lagi ke dalam siklus karbon di alam. Sebagai akibatnya, radioisotop karbon-14 yang memiliki waktu paro 5730 tahun mengalami peluruhan terus menerus. Usia sebuah fosil dapat diketahui dari kandungan karbon-14 di dalamnya. Jika kandungan tinggal separonya, maka dapat diketahui dia telah berusia 5730 tahun.

5. Manfaat Radioisotop Terkait Bidang Industri

Digunakan dalam pengujian kualitas las pada waktu pemasangan pipa minyak/gas serta instalasi kilang minyak. Teknik radiografi merupakan teknik yang sering dipakai terutama pada tahap-tahap konstruksi. Pada sektor industri minyak bumi, teknik ini digunakan dalam pengujian kualitas las pada waktu pemasangan pipa minyak/gas serta instalasi kilang minyak. Selain bagianbagian konstruksi besi yang dianggap kritis, teknik ini digunakan juga pada uji kualitas las dari ketel uap tekanan tinggi serta uji terhadap kekerasan dan keretakan pada konstruksi beton. Radioisotop yang sering digunakan adalah kobal-60 (60Co). Dalam bidang industri, radioisotop digunakan juga sebagai perunut misalnya untuk menguji kebocoran cairan/gas dalam pipa serta membersihkan pipa, yang dapat dilakukan dengan menggunakan radioisotop iodoum-131 dalam bentuk senyawa CH3131l. Radioisotop seng-65 (65Zn) dan fosfor-32 merupakan perunut yang sering digunakan dalam penentuan efisiensi proses industri, yang meliputi pengujian homogenitas pencampuran serta residence time distribution (RTD). Sedangkan untuk kalibrasi alat misalnya flow meter, menentukan volume bejana tak beraturan serta pengukuran tebal material, rapat jenis dan penangkal petir dapat digunakan radioisotop kobal-60, amerisium-241 (241Am) dancesium-137(137Cs).

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Perkembangan teori atom merupakan suatu perkembangan teori dari berbagai pencobaan dari para ahli kimia yang begitu panjang.dari setiap teori atom tentunya ada kelebihan dan kekurangan .para ahli menyempurnakanya dengan melakukan percobaan yang di dasari pada keingin tahuan mengenai atom.dari situ kita dapat mengambil ilmu yang berharga bahwa untuk mendapat hasil yang maksimal di perlukan keuletan dan kesabaran yang ekstra .jangan pernah menyerah walau kau sudah terlalu banyak mengalami kegagalan.

Ketenaganukliran sangat banyak manfaatnya karena menggunakan bahan bakar yang murah dan mempunyai reaksi berkesinambungan dan tidak memiliki residu yang mengganggu lingkungan seperti lapisan ozon dan mengurangi tingkat global warming. Juga bias dimanfaatkan untuk tenaga listrik. Tetapi Ketenaganukliran juga memiliki banyak dampak negatif  jika dalam pemanfaatanya tidak maksimal, seperti residu zat radioaktif sisa reaksi dalam reactor nuklir yang hanya bias terurai selama 24000 tahun.

Ketenaganukliran juga biasa dimanfaatkan oleh suatu Negara untuk dijadikan senjata pemusnah massal. Jika terjadi kebocoran reactor pada pembangkit listrik tenaga nuklir, akan berakibat fatal, seperti yang terjadi di Chirnobyl, ukraina dan Fukushima Jepang.

Dalam mitigasi bencana nuklir, sebelum terjadi kebocoran nuklir, pembuatan PLTN harus sesuai dengan standar internasional untuk meminimalisir bencana, jika sudah terjadi kebocoran, evakuasi adalah hal yang paling penting untuk mengurangi korban.

DAFTAR PUSTAKA

1.      http://lintangesa.blogspot.co.id/2015/08/makalah-teori-atom-lengkap.html

2.      https://www.academia.edu/16640747/MAKALAH_TEKNOLOGI_NUKLIR