PENGGUNAAN RADIOISOTOP ~ MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

PENGGUNAAN RADIOISOTOP

A. PENELITIAN REAKSI KIMIA

Suatu isotop raioaktif (radioisotop) bersifat tidak stabil dan terus menerus meluruh menjadi isotop lain dengan memancarkan sinar radioaktif. Setiap radioisotop meluruh dengan waktu paro yang khas. Jenis dan energi sinar yang dipancarkan juga khas untuk radioisotop tertentu. Jadi pengukuran waktu paro serta energi sinar yang dipancarkan dapat digunakan sebagai alat identifikasi suatu radioisotop.

Sinar radioaktif yang dipancarkan oleh radioisotop mempunyai kemampuan untuk menembbus benda padat, serta dapat mengubah sifat benda yang terkena radiasi. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk pengolahan berbagai bahan meterial sehingga diperoleh produk dengan sifat lebih baik.

Dengan betitik tolak dari hal di atas, suatu radioisotop dapat digunakan untuk berbagai tujuan yang bermanfaat, misalnya dalam bidang analisis kimia (radiometri), penelitian mekanisme reaksi, serta sumber radiasi untuk berbagai keperluan dibidang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Reaksi fisi uranium pada suatu reaktor nuklir dapat menghasilkan nuklida radioisotop, seperti stontium-90, sesium-137, dan teknesium-99m. Di samping itu, neutron yang dihasilkan reaksi fisi dapat digunakan sebagai partikel penembak untuk memproduksi berbagai nuklida radioisotop, Misalnya :

₂₇ Co ⁵⁹ + ₀ n ¹ --------> ₂₇ Co ⁶⁰ + ϒ

₁₆ S ³² + ₀ n ¹ ----------> ₁₅ P ³⁵ + ₁ P ¹

₃ Li ⁶ + ₀ n ¹ ---------> ₁ H ³ + ₂ He ⁴

₅₂ Te ¹³⁰ + ₀ n ¹ -----------> ₅₃ I ¹³¹ + _-1 e ⁰

Oleh karena suatu atom yang radioaktif akan terus menerus memancarkan sinar, maka atom tersebut dapat dipantau gerak langkahnya, sehingga atom ini dapat digunakan sebagai perunut (penelusur) mekanisme suatu reaksi.

Sebagai contoh, marilah kita perhatikan reaksi esterifikasi yang sudah kita kenal :

RCOOH + R'OH ----------> RCOOR' + H2O

Dari reaksi di atas timbul pertanyaan, " dari manakah asal molekul air yang terbentuk ?". Apakah dari H karboksil dan OH alkokhol, ataukah dari H alkohol dan OH karboksil? pertanyaan ini dapat dijawab dengan bantuan radioisotop oksigen ---18( ₈ O ¹⁸ ) yang kita gunakan sebagai atom perunut.

Jika oksigen -18 kita pakai sebagai bahan karboksil, ternyata oksigen -18 kita dapatkan dari air. Akan tetapi jika oksigen-18 kita pakai sebagai bagian alkohol, ternyata oksigen-18 kita jumpai pada ester .

RCOOH + R'OH --------> RCOOR' + H2O(*)

RCOOH + R'OH --------> RCOOR' + H2O

(*)

hal ini berarti bahwa pada reaksi estrifikasi gugus OH pada karboksil akan berikatan dengan atom H pada alkohol untuk membentuk molekul air.

Perhatikan pula reaksi fotosintesis yang pasti sudah diketahui :

6CO₂ + 6H₂O -------> C₆(H₂O)₆ + 6O₂

Sepintas lalu kita menduga bahwa atom O pada O2 berasal dari atom O pada CO2, tetapi ternyata tidak demikian. Penelitian menggunakan radioisotop karbon -14 ( 6 C 14 ) membuktikan bahwa atom O pada O2 berasal dari air (H2O)

Berapa contoh lain mengenai penggunaan radioisotop sebagai perunut adalah :

a. natrium - 24, untuk mempelajari peredaran darah

b. besi - 58, untuk mempelajari laju pembentukan sel darah merah

c. iodin - 131, untuk mempelajari struktur dan cara kerja hormon tiroid

d. fosforus - 32, untuk mempelajari ATP sebagai penyimpan energi dalam tubuh organisme.

e. teknesium - 99m, untuk mempelajari lokasi tumor dalam bagian dalam tubuh manusia.

B. PENENTUAN UMUR PURBAKALA

Di atmosfer senantiasa berlangsung penembakan nitrogen oleh neutron yang dihasilkan sinar kosmik, untuk membentuk karbon - 14.

₇ N ¹⁴ + ₀ n ¹ ----> ₆ C ¹⁴ + ₁ p ¹

karbon - 14 bersifat radioaktif, meluruh menjadi ₇ N ¹⁴ kembali dengan memancarkan sinar beta

₆ C ¹⁴ ----> ₇ N ¹⁴ + _-1 e ⁰

Karbon -14 ini merupakan bagian dari siklus karbon di alam, dan ikut masuk ke dalam tubuh organisme. Pada tubuh organisme terdapat keseimbangan antara karbon -14 yang diterima dan karbon - 14 yang meluruh, hingga harga keaktifan karbon - 14 dalam tubuh oeganisme akan konstan yaitu 15 peluruhan permenit untuk tiap gram. Ketiga organisme itu mati pengambilan karbon - 14 dari lingkungan terhenti, dan harga keaktifan menurun. Dengan pengukuran keaktifan tersebut, maka umur organisme dapat dihitung, yaitu jarak waktu sejak keseimbangan karbon - 14 terputus

Contoh soal :

Dalam sebuah piramid peninggalan Fir’aun Mesir ditemukan boneka kayu, yang menunjukkan keaktifan karbon – 14 = 10 peluruhan/menit gram. Jika waktu paro adalah 5730 tahun, perkiraan umur boneka kayu tersebut (pada berapa tahun yang lampau kayu itu dipotong dari potongannya )?

Jawab :

Tetapan peluruhan ( λ ) = 0,693/t ½ = 0,693/5730 = 1,21 x 10^-4 tahun^-1

ln N/No = -λt

ln 10/15 = 1,21 x 10^-4 t

2,303 log 15/10 = 1,21 x 10^-4 t

0,41 = 1,21 x 10^-4 t
t = 0,41 / 1,21.10^-4 = 3,388 tahun

C. ANALISIS RADIOMETRI

Suatu radioisotop mempunyai harga keaktifan, yaitu jumlah peluruhan per detik. Satuannya adalah 1 becquerel ( Bq) atau 1 curie ( Ci).

1 Bq = 1 peluruhan / detik

1 Ci = 3,7 x 10¹⁰ Bq

= 3,7 x 10¹⁰ peluruhan / detik

Keaktifan suatu radioisotop dapat dipakai untuk menentukan kadar zat yang sangat rendah (sedikkit sekali) dalam campuran. Metode radiometri ini memiliki tingkat kepekaan yang tinggi, sehingga jumlah 10^-12 gram ternyata masih terdeteksi oleh cara ini.

Analisis radiometri meliputi analisis pengenceran isotop serta analisis pengaktifan neutron.

1. Analisis Pengenceran Isotop

Pada analisis pengenceran isotop, suatu zat radioaktif diencerkan dengan cara ditambahkan kepada larutan zat yang akan ditentukan kadarnya. Kemudian keaktifannya di bandingkan dengan keaktifan semula.

Contoh soal :

Untuk menentukan kadar citamin B-12 dalam vitamin B-kompleks, maka 5 mg vitamin B-kompleks dilarutkan ke dalam air. Kemudian 0,5 mg vitamin B-12 radioaktif dengan keaktifan 2,4 μCi/mg. Hitung kadar vitamin B-12 dalam vitamin B kompleks !

Jawab :

Misalkan massa vitamin B-12 dalam 5 mg vit mg atau 250 amin B-kompleks = x

0,5 x 2,4 = ( 0,5 + x ) x 1,6

X = 0,25mg atau 250μ
Jadi, kadar vitamin B-12 = 250/ 5 = 50 μg/mg

2. Analisis Pengaktifan neutron

Pada analisis pengaktivan neutron, suatu unsur yang akan ditentukan kadarnya dibombardir dengan neutron agar menjadi radioisotop yang memancarkan sinar gamma. Sebagai contoh tembaga yang mengotori alumunium ditembaki dengan neutron

₂₉ Cu ⁶³ + ₀ n ¹ -------> ₂₉ Cu ⁶⁴ + ϒ

Dengan mengukur intensitas radiasi sinar gamma, kita dapat menentukan jumlah atom tembaga semula.

Dalam meneliti pencemaran lingkungan, anallisis radiometri banyak manfaatnya untuk mengukur kadar zat pencemar di udara dan dalam air. Demikian pula pada bidang elekttronika, zat pengotor sekecil apa pun dalam bahan semikonduktor untuk transistor dan komputer dapat dipantau dengan bantuan radioisotop. Studi tentang komposisi batuan dari bulan, penentuan kadar lantanida dan aktinida, serta penelitian bahan kimia yang disalahgunakan dalam kriminologi, kesemuanya itu banyak melibatkan analisis radiometri.

D. BEBERAPA KEGUNAAN LAIN
Sinar gamma dihasilkan oleh nuklidad kobalt -60 atau elektron berenergi tinggi yang dihasilkan mesin akselelator kini banyak digunakan dalam bidang sterilisasi (pembunuhan mikroorganisme). Hal ini disebabkan radiasi sinar radioaktif dapat mengubah susunan DNA (asam deoksiribonukleat) pada mikroorganisme, sehingga kehilangan kemampuan untuk membelah diri.
Teknik sterilisasi dengan radioisotop ini banyak diterapkan pada alat kedokteran dirumah sakit, misalnya alat suntik, perlengkapan transfusi, benang bedah, kain pembalut, wadah obat dsb.
Demikian juga pada pengawetan bahan makanan, teknik radiasi ini dapat digunakan untuk membunuh bakteri pembusuk sehingga bahan makanan dapat disimpan dalam waktu yang cukup lama. Metode pengawetan ini memiliki beberapa keuntungan. Disamping merupakan proses dingin yang tidak mempengaruhi kesegaran bahan yang diawetkan, teknik radiasi ini tidak meninggalkan residu bahan kimia yang dapat menimbulkan efek pencemaran.
Pemakaian radioisotop dewasa ini sudah sedemikian luas sehingga tidak mungkin diuraikan satu persatu.

Materi-materi Zat Radioaktif yang berkaitan :